Tianjin University of Technology and Education毕 业 设 计 专 业： 机械维修及检测技术教育 班级学号： 机检0301-26 学生姓名： 张书林 指导教师： 蒋丽 副教授 二八 年 六 月天津工程师范学院本科生毕业设计加工中心刀库部分PMC控制系统研究设计PMC Control System Study and Design of Machining Center Tool Magazine Parts专业班级：机检0301学生姓名：张书林指导教师：蒋丽 副教授系 别：机械工程学院二八 年 六 月摘 要数控机床的发展与应用极大的提高了生产率。随着数控机床的普及，机械加工的自动化程度大大提高。加工中心带有自动换刀装置，能对工件按预定的程序进行多工序加工，从而缩短了零件加工的辅助时间。自动换刀装置应当满足换刀时间短和刀具存储量足够，加工中心的关键在于CNC对刀库的自动选刀和自动换刀的控制。本次研究对象为VMC630立式数控加工中心刀库部分PMC控制系统设计。该机床刀库容量为60把刀的链式刀库，刀库驱动采用带抱闸的三相异步电机，设计和研究的内容主要包括以下几点：1.加工中心刀库和机械手的研究；2.内置式PMC-SA1的相关技术；3.加工中心选刀方式和PMC实现的随机选刀的方法；4.基于PMC-SA1刀库控制系统的随机换刀程序设计。通过本设计完成对该机床刀库部分PMC控制系统的设计，使数控装置和PMC能协调共同完成随机自动换刀。关键词：机械手；刀库；PMC；随机换刀；ABSTRACTDevelopment and application of the numerical control lathe have boosted productivity greatly. With the popularization of the numerical control lathe, The machined automatic intensity is improved greatly. The machining center changes one hundred sheets of devices automatically, Can process many processes to the work piece according to the procedure booked, Thus the one that has shortened the part and processed has assisted time. Change one hundred sheetses of device should satisfied to change one hundred sheetses of time and cutter storing amount enough automatically, The key to the machining center lies in CNC selecting the knife automatically and changing the control of one hundred sheets automatically to one hundred sheets of storehouses.This research object is designed for one hundred sheets of storehouses some PMC control systems of VMC630 vertical numerical control machining center. A one hundred sheets of capacity of storehouse of this lathe is chain type one hundred sheets of storehouses of 60 knives, One hundred sheets of storehouses drives three different step electrical machineries adopting the area and embracing the floodgate, The content designed and studied mainly includes the following several points:1.Machining center a one hundred sheets of research of storehouses and manipulators;2.Relevant technology of built-in PMC-SA1;3.Machining center select one hundred sheetses of way and whom PMC realize select the method of one hundred sheets at random;4. Because of changing a one hundred sheets of design program at random of PMC-SA1 one hundred sheets of control systems of storehouse. Finishes some designs of PMC control system of one hundred sheets of storehouses to this lathe through originally designing, make the numerical control device can be coordinated and finished changing the knife with PMC automatically at random together.Key Words: ATC；Tool magazine；PMC；Random Tool Changing目 录1 绪论11.1加工中心和自动换刀装置概述11.2 FANUC 0i系统中的PMC概述21.2.1 PMC概述21.3 本文的主要研究内容52 加工中心自动换刀装置的研究6、2.1 加工中心自动换刀装置的主要类型和特点62.1.1转塔头式自动换刀装置62.1.2 有刀库的转塔头式换刀装置62.1.3 刀库式自动装置72.2刀库式自动换刀装置的作用及其组成82.2.1刀库82.2.2刀具交换装置102.2.3 机械手的驱动与控制方式：123 PLC控制的随机换刀方式的研究133.1 常见的自动选刀方式133.1.1 顺序选刀133.1.2 随机选刀133.2 PLC的随机换刀143.2.1 计算机记忆式选刀方式的方法143.2.2 计算机记忆式选刀的软件设计153.3 PLC的选择与FANUC 系统内装式PMC173.3.1 可编程控制器机型选择的一般原则173.3.2 FANUC 0i系统内装式PMC介绍193.3.3 PMC控制程序数据区地址的分布224 刀库、机械手与主轴间的自动换刀244.1 自动换刀程序示意图及整个实现过程244.1.1刀库工作原理244.1.2 刀库机械手换刀过程254.1.3、机械手工作程序及对电气系统的要求264.2 刀库部分PMC控制系统设计27421 用PMC-SA1实现随机换刀的方法274.2.2 随机换刀程序设计294.2.3刀库、机械手与主轴间换刀程序设计34结 论36参考文献37附录1： 中英文资料翻译错误!未定义书签。附录2： 自动换刀程序38致 谢46天津工程师范学院2008届本科生毕业设计1 绪论1.1加工中心和自动换刀装置概述加工中心是备有刀库，并能自动更换刀具，对工件进行多工序加工的CNC机床。如图1.1所示。图1.1 日本牧野公司MAKINO-1210卧式加工中心工件经一次装夹后，计算机控制系统能控制机床按不同工序，自动选择和更换刀具，自动改变机床主轴转速、进给量和刀具相对工件的运动轨迹及其他辅助机能，依次完成工件几个面上多工序的加工。加工中心由于工序的集中和自动换刀，减少了工件的装、夹、测量和机床调整等时间，使机床的切削时间达到机床开动时间的80%左右(普通机床仅为1520%);同时也减少了工序之间的工件周转、搬运和存放时间，缩短了生产周期，具有明显的经济效果。加工中心适用于零件形状比较复杂、精度要求较高、产品更换频繁的中小批量生产。二十世纪70年代以来，加工中心得到迅速发展，出现了可换主轴箱加工中心，它备有多个可以自动更换的装有刀具的多轴主轴箱，能对工件同时进行多孔加工。这种多工序集中加工的形式也扩展到了其他类型数控机床，例如车削中心，它是在数控车床上配置多个自动换刀装置，能控制三个以上的坐标，除车削外，主轴可以停转或分度，而由刀具旋转进行铣削、钻削、铰孔和攻丝等工序，适于加工复杂的旋转体零件。加工中心按主轴的布置方式分为立式和卧式两类。卧式加工中心一般具有分度转台或数控转台。可加工工件的各个侧面；也可作多个坐标的联合运动，以便加工复杂的空间曲面。立式加工中心是刀具主轴垂直设置，其传统的布局方式是工作台作X,Y方向运动，主轴箱在立柱上作Z方向运动，刀库可以装在立柱的一侧。此外，还有带立、卧两个主轴的复合式加工中心，和主轴能调整成卧轴或立轴的立卧可调式加工中心，它们能对工件进行五个面的加工。自动换刀装置主要由刀库、换刀装置和驱动装置几部分组成。刀库种类很多，常见的有盘式和链式两类。链式刀库的特点是存刀量多、扩展性好、在加工中心上的配置位置灵活，但结构复杂。盘式刀库结构简单紧凑，应用较多，适用于中小型加工中心。从统计数据来看卧式加工中心刀库容量有30, 40、60、90、120等，立式加工中心有16、24、32把容量的刀库。用于柔性制造单元(FMC)或柔性制造系统(FMS)的加工中心机床，其刀库容量应选大容量刀库，甚至配置可交换刀库。换刀装置在机床主轴与刀库之间交换刀具，常见的为机械手；也有不带机械手而由主轴直接与刀库交换刀具的，称无臂式换刀装置。换刀机械手具有多种形式：单臂式、双臂式、轨道式等等，其中使用等较广泛的是回转式单臂双手的机械手，这种机械手转动角度士180即可抓取刀的需要，其运动过程靠步进电机或液压（或气液机构）或凸轮机构来完成。机械手能够完成抓刀、拔刀、回转、换刀以及返回等全部动作过程。现代的一些加工中心，为提高换刀速度，不采用机械手来完成换刀作业，而是直接利用工作主轴和机床刀具库的相对运动来实现自动换刀。为了进一步缩短非切削时间，有的加工中心配有两个自动交换工件的托盘(APC),一个装着工件在工作台上加工另一个则在工作台外装卸工件。机床完成加工循环后自动交换托盘，使装卸工件与切削加工的时间相重合。加工中心的换刀过程较为复杂，动作多，动作间的相互协调关系多，因而自动换刀系统性能的好坏直接影响加工效率的高低。随着计算机技术和可