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1、. . . . 摘 要一般的刀具管理控制系统是指备有刀库，具有自动换刀功能的系统。目前它普遍应用在我国的数控机床中，满足了我国机床工业的需要。本系统就是通过可编程序控制器对刀具管理系统进行控制，从而节省换刀时间和不必要的劳动力，使其达到工艺流程的控制要求。本系统主要完成了硬件、软件和监控系统的设计。硬件主要是选用PLC中的CPU224实现刀具选择模块和取刀模块的设计。在此基础上进行系统软件设计并编制出相应的梯形图程序，使刀具能够按照就近取刀的原则到达指定位置，并通过机械手的下行、上行、左行、右行、夹紧和松开的动作把刀具送到需要的位置。最后采用监控组态对系统的运动过程进行监控，达到对刀具管理系统
2、实时监控的目的。关键词： PLC；数控机床；监控组态；刀具管理控制系统AbstractTool management control system means the system equipped with the knife, with automatic tool change function. It is now widely used in Chinas CNC machine tools, to meet the needs of Chinas machine tool industry. This system is adopted by the PLC control sys
3、tem management tool, saving time and unnecessary ATC workforce to meet the requirements of the control process. The system completed a design in major hardware, software and control system. PLC hardware is optional in the realization of the CPU224 cutter knife choose modules and modules in the desig
4、n. Base on this system the design of software and preparation of the ladder procedures, the cutter knife in accordance with the principles from the nearest arrived at the designated location, through the mechanical hand down, up, left to right line, clamp and release the tool where they are needed t
5、o move to the location. The final configuration of a monitoring system monitor the campaign process, to achieve the purposes of the tool management systems real-time monitoring Key word: PLC；CNC machine tools; Control the configuration; Tool management control system目 录1 绪 论11.1 课题的目的和意义11.2 刀具管理控制系
6、统的概述11.2.1 数控机床的发展11.2.2 加工中心的介绍21.2.3 刀库的介绍41.3 可编程控制器（PLC）概述61.4 课题研究的主要容92 系统的总体设计方案102.1 系统的工作原理102.2 控制方案的确定102.2.1 PLC的选型102.2.2 电动机的选择102.2.3 位置检测的选择122.2.4 组态软件的选择123 刀具管理控制系统的设计153.1 刀具管理控制系统硬件的设计153.1.1 硬件简介153.1.2 刀具选择模块的硬件设计153.1.3 取刀模块的硬件设计173.2 刀具管理控制系统软件的设计183.2.1 刀具选择模块的程序设计183.2.1 取
7、刀模块的相关的程序设计213.3 下位机的调试264 监控系统的设计284.1 组态软件的概述284.2 监控组态软件的制作284.2.1 前期准备284.2.2 构造实时数据库294.2.3 制作监控画面304.2.4 动画的连接及相关的脚本程序314.3 组态与下位机的通信及调试32结 论34致 35参考文献36附录 程序梯形图37 . . . 1 绪 论1.1 课题的目的和意义数控的概念是把被加工的机械零件的要求，如形状、尺寸等信息转换成数值数据指令信号传送到电子控制装置，由该装置控制驱动机床刀具的运动而加工出零件。在传统的手动机械加工中，这些过程都需要经过人工操纵机械实现，很难满足复杂
8、零件对加工的要求，特别对于多品种、小批量的零件、加工效率低、精度差。本次设计的目的是因为在生产中是不能用一种流畅的方式完成所有的加工工艺，这样就必须要采用换刀功能。本系统就是通过可编程序控制器对刀具进行自动控制，使刀具可以按照工艺流程自动换刀完成加工的过程。通过这样的方式可以为换刀节省时间和不必要的劳动力，充分体现了自动化生产的原则。1.2 刀具管理控制系统的概述1.2.1 数控机床的发展刀具管理控制系统普遍应用在我国的数控机床中，我国的机床工业正从生产大国逐渐变为机床强国，主要体现在数控机床产品的技术水平和质量不断发展及提高。其中，特别是数控系统和数控机床的可靠性不断提高。由于对产品结构进行
9、了调整，新的数控产品不断涌现，如多坐标联动、高速、高精等数控机床的研制成功。发那科机电作为一家中国国的数控系统制造和销售企业，为我国机床工业的发展提供更加可靠、功能更多的数控产品，满足了我国机床工业的需要。数控机床是以数控系统为代表的新技术对传统机械制造产业的渗透而形成的机电一体化产品：数控系统装备的机床大大提高了零件加工的精度、速度和效率。这种数控的工作母机是国家工业现代化的重要物质基础之一。数控系统及相关的自动化产品主要是为数控机床配套。1952年，美国麻省理工学院与帕森斯公司进行合作，发明了世界上第一台三坐标数控铣床。控制装置由2000多个电子管组成，约一个普通实验室大小。伺服机构采用一
10、台小伺服马达改变液压马达斜盘角度以控制液动机速度。其插补装置采用脉冲乘法器。这台数控机床的研制成功标志着数控技术的开创和机械制造的一个新的、数值控制时代的开始。随着数控机床成为机械自动化加工的重要设备，在管理和操作之间，都需要有统一的术语、技术要求、符号和图形，即有统一的标准，以便进行世界性的技术交流和贸易。数控技术的发展，形成了多个国际通用的标准：即ISO国际标准化组织标准、IEC国际电工委员会标准和EIA美国电子工业协会标准等。最早制订的标准有数控机床的坐标轴和运动方向、数控机床的编码字符、数控机床的程序段格式、准备功能和辅助功能、数控纸带的尺寸、数控的名词术语等。这些标准的建立，对数控技
11、术的发展起到了规和推动作用。最近，ISO基于用户的需要和对下一个5年间信息技术的预测，又在酝酿推出新标准“CNC控制器的数据结构”。它把AMT的容集中在两个主要的级别和它们之间的连接上：第一级CAM，为车间和它的生产机械：第二级是上一级，为数据生成系统，由CAD、CAP、CAE和数控编程系统及相关的数据库组成。1.2.2 加工中心的介绍加工中心是指备有刀库，具有自动换刀功能，对工件一次装夹后进行多工序加工的数控机床。刀具管理系统应具备的性能：一是管理数量庞大的刀具，通常是数百把至几千把刀具；二是刀具输送自动化程度高，具有高性能、智能化的机器人作为刀具流动的传送工具；三是自动、准确地采集刀具信息
12、；四是借助大型数据库实现对刀具的调度及动静态最优化管理；五是自动在线检测刀具寿命及刀具磨损、破损管理，并能实现在线换刀功能。加工中心是高度机电一体化的产品，工件装夹后，数控系统能控制机床按不同工序自动选择、更换刀具，自动对刀、自动改变主轴转速、进给量等，可连续完成钻、镗、铣、铰、攻丝等多种工序。因而大大减少了工件装夹时间，测量和机床调整等辅助工序时间，对加工形状比较复杂，精度要求较高，品种更换频繁的零件具有良好的经济效果。 加工中心通常以主轴与工作台相对位置分类，分为卧式、立式和万能加工中心。卧式加工中心：是指主轴轴线与工作台平行设置的加工中心，主要适用于加工箱体类零件。立式加工中心：是指主轴
13、轴线与工作台垂直设置的加工中心，主要适用于加工板类、盘类、模具及小型壳体类复杂零件。万能加工中心：是指通过加工主轴轴线与工作台回转轴线的角度可控制联动变化，完成复杂空间曲面加工的加工中心。适用于具有复杂空间曲面的叶轮转子、模具、刃具等工件的加工。 加工中心按其精度等级可分为普通级和精密级。检验项目一般在30项以上，其细目及检验条件、方法在标准中均有明确规定。一台加工中心全项验收工作是比较复杂的，一般需要使用如激光干涉仪、三座标测量机等大型高精度仪器，对机床的机械、电器、液压、气动、微机控制等各部分及整机运行性能检测试验，最后得出对该机的综合技术评价。几何精度：包括综合反映主轴和工作台的相关和相
14、互位置精度、主轴径跳、端面跳动、工作台平面度、回转精度等。机床定位、重复定位精度：即工作台或主轴运动位置，回转角度的设定值与实际值之差或多次测量差值的均值，它是反映机床数控系统的控制、差补精度和机床自身设定的综合指标。 工作精度：是指对代表性工件精加工尺寸进行检验，尺寸精度是对机床几何精度，定位精度在一定切削和加工条件下的综合考核。主要有镗孔精度、平行孔孔距精度、调头镗孔同轴度、铣削四周面精度、圆弧插补铣削精度等。外观：可参照通用机械相关标准检验，但加工中心由于其单台价格昂贵，外观要求也高于一般机床。由于提高进给速度直接关系到产品的加工时间，以利提高生产效率，因此在高速进给技术方面，驱动装置采
15、用直线电机的机型正在增多。同时也有厂家在开发不使用直线电机，采用进给轴以大导程滚珠丝杠为驱动，进给加速度1.5G 2G、快速进给速度120 mmmin的高速卧式加工中心。并在主轴上采用双面约束刀具、主轴转速为 2 万 r/min、快速进给速度为60 m/min、以尽量缩短重复定位、刀至刀等的非切削时间。为解决速度提高带来的热变位影响，防止精度下降，一般都采用独自的补正装置或主轴冷却结构、冷却装置等。最近，对中国出口看好的建设机械厂家对立式车床的需求令人瞩目，造船行业的订货则似乎暂告一段落。从去年起，数控车床生产厂家期待着在飞机、高性能发电机、风力发电机等方面设备投资比较活跃的重电机行业的订货。 由于市场在交货期、质量、价格方面的要求越来越高，一些中小规模的设备用户为缩短产品的生产周期，更青睐一次装卡、可搞多种加工的复合型加工机。 考虑到环保要求而采用半干式加工的需求也在增加，根据这类用户的要求，系统开发出采用气化热半干式加工技术，并加强了节省能源的措施，控制了电力的使用
