基于PMC的加工中心自动换刀装置及故障诊断研究
发布时间：2021-07-18 17:23
数控加工中心带有刀库和自动换刀装置,是智能制造和数字化生产线建设的关键设备,在加工结构形状复杂且精度要求高等产品时,可以实现一次装夹、多工序连续加工,对国家制造业的发展起着至关重要的作用。本文的目的在于运用FANUC PMC（可编程机床控制器）,对自动换刀装置的硬件和软件控制进行了设计,并研究了其故障诊断方法,大大减少了产品加工的辅助时间,提高故障定位准确度,极大地提高了生产率。本文以龙门式四轴联动数控加工中心为研究对象,介绍了数控机床和PMC的基本结构和工作原理,对刀库和机械手的类型、驱动方式进行了调研和选型,确定使用圆盘式刀库、并采用机械手随机换刀方式,分析了换刀方式和刀具交换过程,提出了自动换刀的总体控制方案。设计了刀库选刀和随机换刀的算法和自动换刀的PMC整体程序流程,研究了宏变量和用户宏程序,设计了自动换刀用户宏程序。之后,阐述了基于PMC的外部报警原理,结合自动换刀过程中出现的典型故障实例,设计出自动换刀有关的故障诊断整体流程和故障诊断管理系统。最后,在总结现场调试经验的基础上,设计了自动换刀装置的调试流程,并对调试过程中的主轴定向角度调整等关键点进行了详细说明。结果表明,...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：109 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
自动换刀装置
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-4-辑电路为基础的，而最初的数控系统就是由数字逻辑电路组成的，所以也被称为硬件数控系统，随后经历了电子管、晶体管、集成电路等过程，尤其是随着计算机技术的发展，特别是微型计算机的发展，这给数控系统带来了空前的发展机遇，采用了计算机的数控系统被称为计算机数控系统（ComputerNumericalControl），简称为CNC。计算机数控系统具备功能强大、可靠性高、稳定性好以及柔性好等特点，所以被广泛应用在生产制造中[11]。1.3.1.2数控机床组成及工作原理1.数控机床的组成采用数控（数字控制）技术进行控制的自动加工设备称为数控机床，现在市场上常见的数控机床一般采用计算机（微型计算机）作为控制系统[12]，其基本组成框图如图1-2所示。图1-2数控机床组成框图2.数控机床工作原理及工作过程数控机床有机结合了数控技术和机床技术，是典型的机电一体化产品，现代数控机床高度融合了信息处理技术、检测和传感器技术、自动控制技术等多种技术。数控机床工作时，首先由编程人员将加工程序传入机床，数控系统将加工程序（NC代码）翻译成由0和1组成的二进制机器码，再由数控系统将机器码转换为控制机床各进给轴运动的电脉冲信号，以及与之配合的其它辅助信号，伺服驱动系统根据电脉冲信号驱动各伺服轴和主轴，进而转换为各轴的平动或转动，从而顺利完成加工任务。1.3.1.3数控机床的分类及特点数控机床从不同的角度可以有不同的划分方法，一般情况下从以下几个角度进行划分：1.按照工艺用途划分（1）金属切削机床主要由数控车床、数控钻床、数控磨床、数控铣床
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-5-以及加工中心等。安装有刀库和自动换刀装置的数控铣床称为加工中心，一次装夹、多种工序的加工可由加工中心来实现。目前，加工中心主要分为铣削加工中心（见图1-3）和车削加工中心（见图1-4），通常所说的加工中心一般指的是前者。图1-3铣削加工中心图1-4车削加工中心（2）金属成型机床主要有数控转头压力机、数控折弯机以及弯管机等。（3）特种加工机床如数控电火花加工机床、线切割机、激光切割机床、数控三坐标测量机等特种加工机床。2.按照控制系统特征划分（1）点位控制机床此类机床一般要求刀具从所要加工的工件的一点到另一点定位精度，对加工轨迹没有严格的要求，其特点是机床工作台先高速移动，在慢速接近于目标点，从而减小定位误差，这类机床的代表主要由数控冲床、镗床、钻床等。（2）点位直线控制机床这类机床不仅要求定位准确，而且要求点与点之间按照直线运动轨迹进行加工，加工路线一般是由平行于各坐标轴的直线段组成。这类机床的代表有数控镗铣床、数控车床。这类机床有两个或三个坐标轴，但同时受数控系统控制的只有一个轴，这也是区别于轮廓控制机床的特点之一。（3）轮廓控制机床这类机床能同时控制两轴以上的坐标轴进行加工，它不仅能控制刀具起点和终点的定位精度，而且还要严格控制中间刀具轨迹，包括加工任意斜率的直线、圆虎以及符合一定函数关系的曲线和曲面等。数控系统根据加工程序能够同时控制几个坐标轴协调运动的功能，称为坐标联动，根据联动轴数数控机床可分为2轴、2.5轴、3轴、4轴以及5轴联动。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于PLC的刀库自动换刀控制系统设计[J]. 王蕊,张孝元,高昆,王琪. 电子技术与软件工程. 2018(13)
[2]分析数控加工中心斗笠式刀库与自动换刀装置[J]. 杨恺. 内燃机与配件. 2018(04)
[3]基于FANUC数控系统改造VMC-3000立式加工中心的自动换刀设计[J]. 吕龙. 中国设备工程. 2017(15)
[4]加工中心自动换刀系统故障的诊断及排除[J]. 唐霞. 机械制造. 2017(07)
[5]PLC在机床电气控制系统改造中的应用[J]. 刘吉祥. 中国设备工程. 2017(09)
[6]基于PLC和自诊断技术的数控机床故障诊断[J]. 刘俊,陈廷艳,石亚平,董志强,许二娟. 轻工科技. 2017(05)
[7]CNC加工中心刀库中蜗杆传动的设计[J]. 高云龙. 内燃机与配件. 2017(07)
[8]加工中心自动换刀系统的可靠性分析[J]. 隗纪强,崔峰,朴成道. 机床与液压. 2017(05)
[9]数控机床中的机械手换刀装置故障分析以及维修方法研究[J]. 曾军华,温林. 科技展望. 2017(07)
[10]数控技术的现状及发展趋势[J]. 李袭桐,薛迪. 科技创新与应用. 2017(07)
硕士论文
[1]圆盘式刀库控制系统的设计与实现[D]. 易浩明.湖南大学 2016
本文编号：3290025
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：109 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
自动换刀装置
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-4-辑电路为基础的，而最初的数控系统就是由数字逻辑电路组成的，所以也被称为硬件数控系统，随后经历了电子管、晶体管、集成电路等过程，尤其是随着计算机技术的发展，特别是微型计算机的发展，这给数控系统带来了空前的发展机遇，采用了计算机的数控系统被称为计算机数控系统（ComputerNumericalControl），简称为CNC。计算机数控系统具备功能强大、可靠性高、稳定性好以及柔性好等特点，所以被广泛应用在生产制造中[11]。1.3.1.2数控机床组成及工作原理1.数控机床的组成采用数控（数字控制）技术进行控制的自动加工设备称为数控机床，现在市场上常见的数控机床一般采用计算机（微型计算机）作为控制系统[12]，其基本组成框图如图1-2所示。图1-2数控机床组成框图2.数控机床工作原理及工作过程数控机床有机结合了数控技术和机床技术，是典型的机电一体化产品，现代数控机床高度融合了信息处理技术、检测和传感器技术、自动控制技术等多种技术。数控机床工作时，首先由编程人员将加工程序传入机床，数控系统将加工程序（NC代码）翻译成由0和1组成的二进制机器码，再由数控系统将机器码转换为控制机床各进给轴运动的电脉冲信号，以及与之配合的其它辅助信号，伺服驱动系统根据电脉冲信号驱动各伺服轴和主轴，进而转换为各轴的平动或转动，从而顺利完成加工任务。1.3.1.3数控机床的分类及特点数控机床从不同的角度可以有不同的划分方法，一般情况下从以下几个角度进行划分：1.按照工艺用途划分（1）金属切削机床主要由数控车床、数控钻床、数控磨床、数控铣床
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-5-以及加工中心等。安装有刀库和自动换刀装置的数控铣床称为加工中心，一次装夹、多种工序的加工可由加工中心来实现。目前，加工中心主要分为铣削加工中心（见图1-3）和车削加工中心（见图1-4），通常所说的加工中心一般指的是前者。图1-3铣削加工中心图1-4车削加工中心（2）金属成型机床主要有数控转头压力机、数控折弯机以及弯管机等。（3）特种加工机床如数控电火花加工机床、线切割机、激光切割机床、数控三坐标测量机等特种加工机床。2.按照控制系统特征划分（1）点位控制机床此类机床一般要求刀具从所要加工的工件的一点到另一点定位精度，对加工轨迹没有严格的要求，其特点是机床工作台先高速移动，在慢速接近于目标点，从而减小定位误差，这类机床的代表主要由数控冲床、镗床、钻床等。（2）点位直线控制机床这类机床不仅要求定位准确，而且要求点与点之间按照直线运动轨迹进行加工，加工路线一般是由平行于各坐标轴的直线段组成。这类机床的代表有数控镗铣床、数控车床。这类机床有两个或三个坐标轴，但同时受数控系统控制的只有一个轴，这也是区别于轮廓控制机床的特点之一。（3）轮廓控制机床这类机床能同时控制两轴以上的坐标轴进行加工，它不仅能控制刀具起点和终点的定位精度，而且还要严格控制中间刀具轨迹，包括加工任意斜率的直线、圆虎以及符合一定函数关系的曲线和曲面等。数控系统根据加工程序能够同时控制几个坐标轴协调运动的功能，称为坐标联动，根据联动轴数数控机床可分为2轴、2.5轴、3轴、4轴以及5轴联动。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于PLC的刀库自动换刀控制系统设计[J]. 王蕊,张孝元,高昆,王琪. 电子技术与软件工程. 2018(13)
[2]分析数控加工中心斗笠式刀库与自动换刀装置[J]. 杨恺. 内燃机与配件. 2018(04)
[3]基于FANUC数控系统改造VMC-3000立式加工中心的自动换刀设计[J]. 吕龙. 中国设备工程. 2017(15)
[4]加工中心自动换刀系统故障的诊断及排除[J]. 唐霞. 机械制造. 2017(07)
[5]PLC在机床电气控制系统改造中的应用[J]. 刘吉祥. 中国设备工程. 2017(09)
[6]基于PLC和自诊断技术的数控机床故障诊断[J]. 刘俊,陈廷艳,石亚平,董志强,许二娟. 轻工科技. 2017(05)
[7]CNC加工中心刀库中蜗杆传动的设计[J]. 高云龙. 内燃机与配件. 2017(07)
[8]加工中心自动换刀系统的可靠性分析[J]. 隗纪强,崔峰,朴成道. 机床与液压. 2017(05)
[9]数控机床中的机械手换刀装置故障分析以及维修方法研究[J]. 曾军华,温林. 科技展望. 2017(07)
[10]数控技术的现状及发展趋势[J]. 李袭桐,薛迪. 科技创新与应用. 2017(07)
硕士论文
[1]圆盘式刀库控制系统的设计与实现[D]. 易浩明.湖南大学 2016
本文编号：3290025
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