基于PLC刀库控制系统调查.doc

基于PLC刀库控制系统调查 重要词汇： 刀库；自动换刀；PLC；控制系统 摘要： 对于加工中心直接表现出有效的加工效率有很大影响的两个功能要素：刀库和自动换刀的研究。我们将通过介绍由中环集团提供的BT50-32L型号的加工中心。这个型号所应用的有关总体方面的设计，刀库的控制系统设计和自动换刀的设计的特点。PLC控制刀库是加工中心在工作时，能正确选择刀具、使之移动到换刀位置，刀架翻转和手动换刀的动作的核心关键。利用接口将计算机与PLC通讯，来实现机器仿真和运行控制。自动换刀系统可以使加工中心工作可靠，结构简单，操作简单，动作快速精确。 介绍： 刀库和自动换刀装置实现刀具储存和交换的自动化，是使加工中心走向高端和重型化的重要标准。加工中心利用刀库换刀来实现目标刀具的选择，刀架的翻转和手动换刀的功能。它是使加工中心稳定地进行连续多步骤的加工过程的关键设备。对于加工中心的高自动化，高精度，高效率给刀库和换刀装置的控制系统提出了更高的要求。刀库选择刀具和换取刀具的过程需要一系列严格逻辑的，实时的，满足各部分要求的控制系统。由于它各个机构和操作的复杂性导致它很容易失去精度和加工要求。因此我们需要调查研究，正常工作下，加工中心操作的效率和控制系统的稳定性。这次调查是以中环集团提供的BT50-32L型号的刀库和换刀装置为代表。我们研究和设计一系列满足国内投资要求的有关于加工中心基于像计算机软件和其他方法的PLC的换刀系统，控制系统，电子驱动以及加工动作次序的设计和要求。 控制系统的总体结构设计： 由计算机，可编程控制器，伺服电机和驱动器，刀库马达和逆变器，气缸等其他部件组成的控制系统，主要去完成加工中心，刀具位置的定位，刀架的翻转和手动换刀功能。我们通过对于可编程控制器精确数据的统计和输入输出信号幅频的考虑，选择了三菱公司FX1N-40MT的小型可编程控制器。通过PLC控制伺服电机来驱动刀库，以此PLC通过控制和反馈接近开关检测信号的功能来控制传动链的运动和停止，并选择最近的传动路线进行刀具定位。PLC通过电磁阀来控制气缸的进气排气来使刀套翻转。通过发动机和凸轮箱来控制机械手的运动，机械手的位置反馈元件将信号输入到PLC中，通过PLC控制电机的旋转来以此命令机械手的运动。模拟换刀过程和控制系统的操作是通过电脑HMI和PLC通信实现的。在图形1中表现了刀库和换刀装置的总体结构。 图形1，控制系统结构 控制系统的总体结构设计： PLC通过内部逻辑元件来控制伺服电机转动的方向，以换取最近的刀具。伺服电机驱动圆柱凸轮机构，并用圆形仪表盘来调整和确定链齿轮运动的准确性。所以刀具库凸轮机构的旋转使加工中心的刀具库移动。接近开关安装在圆柱分度凸轮下面，以此监测圆柱凸轮机构的旋转位置来提高刀库移动的精度。 2.1、刀库的驱动系统设计 伺服电机利用PLC控制系统来实现整个传动链的运动。电机的角位移信号可以通过轴角编码器反馈来实现，能够以此实现伺服电机旋转的位置和速度控制，使刀库能准确的运动。我们选择YASKAWASGMGV-13ADC61型号的伺服电机和能正确计算出电机旋转速度和所需能量的SGDV-1R9D01A型伺服驱动装置。CN1与PLC输出终端连接，当PLC收到驱动脉冲，方向信号和清除信号使需要2K欧母的阻抗。 2.2 刀具选择设计 假设要替换的刀具号为X，PLC随机在刀容量为32的刀库中随机产生目标刀具号Y。通过电机正确的转向和刀库的刀容量数来确定电机旋转方向。首先，PLC来比较X和Y的大小，如果X等于Y，则直接开始换取刀具；而XY时，当Y+32-X的值大于16时，电机逆向旋转，否则相反；而XY时，当Y-X的值大于16时，电机逆向旋转，否则相反。有两个安装在圆柱凸轮机构下面的接近开关能够触发PLC里面的C221计数器基于旋转的方向上用减法来确定旋转次数。当C221计数器的数值等于刀具移动数值是，PLC输出停止脉冲使伺服电机停止转动。 3、自动换刀装置设计 刀库自动换刀装置能够使加工中心，在一次装夹中进行很多步序，以此来提高加工的精度和效率。刀库自动换刀装置应该满足换刀省时，重复加工精度高，操作可靠等要求。受PLC控制的马达，能够完成一系列抓去刀具，换取刀具，翻转刀套，安装刀具，使之返回换刀点。通过传感装置的反馈和信号传递给PLC来确定刀具的移动和定位。多功能变频器端子可以控制刀具移动的速度（改变伺服电机的旋转速度）。 3.1、换刀驱动装置设计 交流电动机和加工中心刀库共同完成换刀。我们通过需求，使用三菱的PLCFR-D740-0.75K型变频器来控制刀库换刀的时所用的电机。在刀具换取的过程中，电机从开始到结束保持连续的速度变化。因此，使用不同档位的变频器来控制电机完成刀具换取速度，对于自动换刀装置包括主电路和控制电路。主电路输