JCS-018A 立式加工中心盤式刀庫(kù)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)目的和要求1、通過(guò)在網(wǎng)上查找資料，理解其結(jié)構(gòu)和工作原理，并以此為模板運(yùn)用 UG設(shè)計(jì)出加工中心及刀庫(kù)的機(jī)械結(jié)構(gòu)，并且進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真2、掌握加工中心刀庫(kù)及其換刀系統(tǒng)的工作原理和設(shè)計(jì)思路3、通過(guò)畢業(yè)設(shè)計(jì)培養(yǎng)綜合運(yùn)用所學(xué)的基礎(chǔ)理論、基礎(chǔ)知識(shí)、基本技能和實(shí)習(xí)內(nèi)容進(jìn)行分析和解決問(wèn)題的能力；使理論與實(shí)踐緊密的結(jié)合主要內(nèi)容及應(yīng)完成的工作主要內(nèi)容： 1 了解加工中心刀庫(kù)及其換刀裝置的結(jié)構(gòu)，工作原理2 用 UG 畫出各個(gè)零件的三維圖形3 在 UG 中裝配各個(gè)零件并進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真4 按要求撰寫畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書應(yīng)完成的工作：1、畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書 2、開題報(bào)告 3、文獻(xiàn)綜述 4 外文翻譯5、畢業(yè)設(shè)計(jì)正本（包含畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明說(shuō)文本、機(jī)械壽命測(cè)試臺(tái)的三維模型、設(shè)備動(dòng)畫演示文件、設(shè)備的部分零件圖紙等） 。進(jìn)度安排2014 年 1 月 25 日——2014 年 3 月 10 日 完成各種相關(guān)資料的查詢和收集，學(xué)習(xí)并且熟練使用 UG 三維繪圖軟件。2014 年 3 月 11 日——2014 年 4 月 1 日 完成設(shè)計(jì)任務(wù)書、開題報(bào)告、文獻(xiàn)綜述、外文翻譯等文本的編寫和加工中心刀庫(kù)及其換刀裝置結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)及各部分尺寸的測(cè)量。2014 年 4 月 2 日——2014 年 5 月 10 日 完成加工中心刀庫(kù)及其換刀系統(tǒng)的三維建模、運(yùn)動(dòng)仿真，編寫設(shè)計(jì)說(shuō)明書。2014 年 5 月 11 日——2014 年 5 月 20 日 整理資料，準(zhǔn)備答辯。應(yīng)收集的資料及主要參考文獻(xiàn)查閱網(wǎng)上、圖書館的期刊及相關(guān)書籍資料共計(jì) 20 余篇。備注注：1、學(xué)生進(jìn)行畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）前，指導(dǎo)教師應(yīng)填好此任務(wù)書，經(jīng)教研室、部（系）主任簽字后，正式給學(xué)生下達(dá)任務(wù)。2、若是課題組共同完成一項(xiàng)大任務(wù)應(yīng)在備注欄內(nèi)填寫同組設(shè)計(jì)者名單。國(guó)家計(jì)算機(jī)集成制造雜志卷 21，8 號(hào)，2008 十二月，885–894一個(gè)實(shí)時(shí)仿真虛擬加工中心自動(dòng)換刀裝置Y.H. Jeong H. Tae , B.-K. Min and D.-W. Cho *abcdSchool of Mechanical Engineering, Yonsei University, Seoul, 120-749, Korea; Central R School of Mechanical cEngineering, Yonsei University, Seoul, 120-749, Korea; Department of Mechanical Engineering, Pohang University of Science and Technology, Pohang, Kyungbuk, 790-784, Korea(Received 27 June 2007; ?nal version received 13 November 2007)在加工中心的離散系統(tǒng)，如自動(dòng)換刀裝置和托盤自動(dòng)交換裝置在提高加工自動(dòng)化生產(chǎn)中扮演著重要的角色。然而，系統(tǒng)配置和時(shí)序邏輯編程仍需要相當(dāng)大的技能和基礎(chǔ)上,根據(jù)實(shí)際情況處理?；诜抡娴尿?yàn)證環(huán)境可以改善系統(tǒng)性能,減少過(guò)渡時(shí)間和成本,避免錯(cuò)誤的設(shè)置和系統(tǒng)。在這項(xiàng)研究中,我們開發(fā)了一個(gè)仿真模型以及盤式自動(dòng)換工具的可視化與空中交通管制(ATC)協(xié)助機(jī)械設(shè)計(jì)和 PLC邏輯驗(yàn)證。我們的仿真模型是基于面向?qū)ο蟮慕７椒?并由模型塊對(duì)應(yīng)的基本組件(如電機(jī)、齒輪組、等）,功能和接近傳感器。我們測(cè)試了在實(shí)時(shí)仿真模型,使用一個(gè)實(shí)際的機(jī)床控制器的軟件組件的仿真循環(huán)評(píng)估實(shí)時(shí)計(jì)算性能和可行性在真實(shí)的應(yīng)用程序中,如邏輯和配置驗(yàn)證。相關(guān)結(jié)果提要驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)在 ATC 炮塔操作限制傳感器行動(dòng)表明,我們的方法是實(shí)用和滿足實(shí)時(shí)要求。關(guān)鍵詞:自動(dòng)工具改變;面向?qū)ο竽Ｐ?邏輯驗(yàn)證;實(shí)時(shí)仿真1.介紹計(jì)算機(jī)數(shù)控(CNC)機(jī)床是由各種復(fù)雜的元素,比如提要驅(qū)動(dòng)主軸,工具自動(dòng)更換裝置(ATC),自動(dòng)托盤商(APC),計(jì)算機(jī)數(shù)字控制器和可編程序邏輯控制器(PLC)。因此,設(shè)計(jì)、構(gòu)建和安裝是一個(gè)復(fù)雜和耗時(shí)的過(guò)程。一個(gè)典型的加工中心有幾個(gè)重要的離散系統(tǒng),如空中交通管制,APC,守衛(wèi)大門。這些子系統(tǒng)扮演了一個(gè)重要的角色在機(jī)床操作和加工自動(dòng)化。因此,任何性能改進(jìn)的離散系統(tǒng)可以大大提高生產(chǎn)率。然而,系統(tǒng)配置、時(shí)序邏輯生成和驗(yàn)證所有仍然需要大量的技巧和治療基礎(chǔ)上,根據(jù)實(shí)際情況,因?yàn)檫@個(gè)過(guò)程沒(méi)有有效的驗(yàn)證方法或環(huán)境。仿真技術(shù)已經(jīng)成功地使用在許多行業(yè)提高產(chǎn)品質(zhì)量和減少開發(fā)周期時(shí)間。在機(jī)床行業(yè),許多類型的模擬等機(jī)床有限元方法(FEM)框架,例如,用于機(jī)床的開發(fā)和管理。在這種背景下,基于仿真驗(yàn)證環(huán)境可以提高系統(tǒng)性能,減少走彎路和成本,避免錯(cuò)誤的設(shè)置和系統(tǒng)惡化。各種方法用于控制或模擬離散系統(tǒng),如生產(chǎn)線。典型的和最普遍的方法使用佩特里網(wǎng)(大衛(wèi)和真主安拉 1994)。在一個(gè)模范的研究中,李和許(2005)提出了一個(gè)簡(jiǎn)化的佩特里網(wǎng)控制器,其中包括傳感器狀態(tài)信息來(lái)簡(jiǎn)化控制器設(shè)計(jì)層面的過(guò)程建模。在 ATC 的設(shè)計(jì)機(jī)制,研究 Gokler 和 Koc(1997)設(shè)計(jì)了一個(gè)自動(dòng)盤式工具改變臥式數(shù)控加工中心,和 Dereli Filiz(2000)提出了一種遺傳算法優(yōu)化方法指數(shù)一個(gè)空中交通管制的刀具的位置。此外,Baykasoglu 和 Dereli(2004)提出了一個(gè) meta-heuristic 優(yōu)化系統(tǒng)來(lái)確定刀具的最佳索引位置最小化theindexing 時(shí)間數(shù)控機(jī)床工具的雜志。一個(gè)驗(yàn)證開發(fā)的飼料與摩擦傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)模型表示為 Stribeck 曲線,并確定了系統(tǒng)參數(shù)使用最小二乘法和卡爾曼濾波。書釘 et al。(2003)介紹了一個(gè)基于互聯(lián)網(wǎng)的虛擬機(jī)工具使用機(jī)械部件的運(yùn)動(dòng)鏈數(shù)控和計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和制造(CAD / CAM)用于教育目的。張文雄和傅(2006) 還開發(fā)出一種虛擬機(jī)工具培訓(xùn)以及網(wǎng)絡(luò)制造控制。重要的是,他們的系統(tǒng)包括一個(gè)切削力預(yù)測(cè)模塊基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(ANN)。侯賽因(1998)提出了一個(gè)統(tǒng)一的方法對(duì)機(jī)電一體化系統(tǒng)模型使用多維數(shù)組和映射函數(shù)作為造型方案,雖然 Harrison et al.。(2000)介紹了一個(gè)集成的機(jī)械設(shè)計(jì)和控制環(huán)境,可以應(yīng)用于機(jī)械設(shè)計(jì),控制和維護(hù)。哈里森 et al。(2000)應(yīng)用的邏輯設(shè)計(jì)和快速成型部分的環(huán)境他們?cè)O(shè)計(jì)開發(fā)飲料 can-body制造機(jī)器。然而,盡管大量的研究機(jī)床的模擬和離散系統(tǒng),很難找到一個(gè) ATC 系統(tǒng)仿真方法,減少機(jī)床開發(fā)成本和減輕 PLC 邏輯生成和驗(yàn)證的難度和復(fù)雜性。此外,現(xiàn)有的離散系統(tǒng)的仿真研究考慮系統(tǒng)作為一個(gè)簡(jiǎn)單的序列或數(shù)據(jù)流,而忽略機(jī)械運(yùn)動(dòng)學(xué)或動(dòng)力學(xué)等特點(diǎn)。因此,它已經(jīng)很難包含系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)或動(dòng)力學(xué)行為或部分在系統(tǒng)級(jí)模擬。本研究的目的是開發(fā)一個(gè)仿真模型,可以應(yīng)用到 ATC 的空中交通管制機(jī)制設(shè)計(jì)和 PLC 邏輯驗(yàn)證。目標(biāo)特性的仿真模型,該模型必須是通用的，是可重用的擴(kuò)展成各種 ATC 類型,并且模型必須準(zhǔn)確地描述傳感器信號(hào)和部分運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng),這樣他們就可以被應(yīng)用到各種應(yīng)用程序。在這種背景下,我們開發(fā)了以下模型的策略。我們使用了一個(gè)基于組件的方法提高通用性。這意味著組件模型塊被定義為可更換單元所購(gòu)買機(jī)床建設(shè)者。每個(gè)模型塊有自己的參數(shù),有關(guān)其運(yùn)動(dòng)方程,并定義輸入和輸出信號(hào)描述模型之間的連接塊。商業(yè)化或標(biāo)準(zhǔn)化的造型語(yǔ)言和工具被用來(lái)確保兼容性等各種機(jī)床的開發(fā)流程設(shè)計(jì)、優(yōu)化和驗(yàn)證邏輯,和維護(hù)過(guò)程。我們描述一個(gè)典型的盤式 ATC 機(jī)制,在第二節(jié)的基本組件。第三節(jié)討論了ATC 仿真模型的細(xì)節(jié)我們發(fā)達(dá)的模型塊對(duì)應(yīng)的基本部分。第四節(jié)描述了兩個(gè)仿真結(jié)果,介紹了實(shí)時(shí)仿真方法和仿真結(jié)果可視化模塊。第一個(gè)模擬與提要驅(qū)動(dòng)器與極限運(yùn)動(dòng)傳感器模擬工具改變位置的方法。第二個(gè)是 ATC 炮塔工具變化的模擬操作。我們使用我們的實(shí)時(shí)仿真方法結(jié)合仿真模型與實(shí)際機(jī)床控制器的軟件組件在一個(gè)模擬循環(huán)使用內(nèi)部數(shù)據(jù)通信表明,我們的模型實(shí)時(shí)計(jì)算性能和 PLC 邏輯驗(yàn)證是可行的。結(jié)論在第五節(jié)。圖 1 原理圖的一個(gè)典型的盤式 ATC 沒(méi)有改變圖 2 等效的模型等。圖 3 簡(jiǎn)化的快動(dòng)作開關(guān)用作限制傳感器。圖 4 接近傳感器的等效模型和遙感磁盤和螺栓。2。調(diào)查的 ATC 模型雜志典型的盤式 ATC 裝置包含以下基本組件:一個(gè)炮塔磁盤,一組齒輪、回轉(zhuǎn)馬達(dá)、等功能,和幾個(gè)傳感器?；剞D(zhuǎn)馬達(dá),它提供了驅(qū)動(dòng)功率的 ATC 炮塔裝置等軸旋轉(zhuǎn)，間歇旋轉(zhuǎn)等變化連續(xù)動(dòng)作,從垂直旋轉(zhuǎn)軸方向橫向。它使用的組合凸輪和磁盤索引,轉(zhuǎn)移其旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)通過(guò)其軸等功能的裝置。最后,齒輪裝置和磁盤旋轉(zhuǎn)速度剖面,可以簡(jiǎn)化低速度值為零的矩形波。注意,本研究中使用的盤式 ATC 裝置有兩個(gè)類型的接近傳感器,使用磁盤和螺栓檢測(cè)工具改變位置和計(jì)算炮塔旋轉(zhuǎn)間隔。圖 1 顯示了一個(gè)示意圖的互連基本組件在一個(gè)典型的盤式 ATC 裝置。在本研究中,我們模擬限制傳感器模擬自動(dòng)工具的復(fù)雜連續(xù)的運(yùn)動(dòng)變化,包括炮塔裝置的驅(qū)動(dòng)和運(yùn)動(dòng)。圖 5 仿真模型的一個(gè)提要積極限制傳感器驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。圖 6 一個(gè)提要驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的仿真結(jié)果積極限制傳感器。圖 7 ATC 炮塔的仿真模型。4。模擬的自動(dòng)工具改變本研究構(gòu)建的仿真模型使用基于 Modelica Dymola 語(yǔ)言(勃拉克 et al . 2002 年)。模型的仿真模型由組件(如電機(jī)、齒輪的集合(齒輪箱)）等對(duì)應(yīng)的功能。每個(gè)模型塊標(biāo)準(zhǔn)形式,其中包括輸入和輸出信號(hào),模型參數(shù),和自己的方程式。該模型結(jié)構(gòu)容易實(shí)現(xiàn) Modelica 語(yǔ)言,因?yàn)檎Z(yǔ)言是面向?qū)ο蟮?。模型的每個(gè)部分的屬性等參數(shù)和方程可以指定和修改使用圖形框圖界面或在一個(gè)文本文件中。模擬的操作限制傳感器在旋轉(zhuǎn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的線性階段,我們聯(lián)合動(dòng)態(tài)仿真模型的線性階段從先前的工作(Jeong et al . 2006 年)限制傳感器模型,如圖 3 所示。圖 5 顯示了總體仿真模塊,該模塊可用于遙感超程階段歸航,到達(dá)的位置工具改變操作。在這項(xiàng)研究中所使用的線性階段模型由模型塊對(duì)應(yīng)的速度和轉(zhuǎn)矩控制,一個(gè)簡(jiǎn)單的直流電機(jī),軸向聯(lián)合、導(dǎo)螺桿和導(dǎo)軌。積極的限制傳感器響應(yīng)瞬時(shí)表位置。的圖中顯示積極限制傳感器監(jiān)控表的位置。因此,飼料的表位置獲得或預(yù)測(cè)轉(zhuǎn)移到限制傳感器塊驅(qū)動(dòng)仿真模型,方程(5)所示。限制傳感器模型塊比較轉(zhuǎn)移位置指定的限制傳感器位置。圖 6 顯示了模擬線性階段,傳感器操作控制電機(jī)速度時(shí) 60 rad / s。圖 6(a)顯示了電機(jī)速度和驅(qū)動(dòng)電流、和圖 6(b)顯示了表和傳感器位置。注意,傳感器輸出從 0 變?yōu)?1 當(dāng)表到達(dá) 0.1 米。傳感器的傳感器位置公差模型中被設(shè)置為 0。圖 8 ATC 炮塔操作的仿真結(jié)果。我們使用我們的 ATC 炮塔模型模擬 ATC 炮塔的性能。圖 7 顯示了 ATC 炮塔的實(shí)際仿真模型和恒定的命令。這表明兩個(gè)接近傳感器分別檢測(cè)螺栓和連接到炮塔磁盤。仿真模型顯示當(dāng)前工具數(shù)量隨著炮塔角度變化。此外,兩個(gè)距離傳感器的輸出信號(hào)監(jiān)測(cè)的 PLC 內(nèi)核提供 CNC 控制器,控制 ATC 炮塔操作。仿真中使用的模型參數(shù)如表 1 所示,從改造小型加工中心(SPT-V30T,現(xiàn)代汽車(Hyundai Motor Co。)和一個(gè)炮塔類型 overhead-disk 雜志和一個(gè)基于 PC 的數(shù)控(HX TurboTek)。十四個(gè)工具裝置。圖 8(a)、(b)和(c)顯示仿真結(jié)果當(dāng)工具改變從1 號(hào)到 12 號(hào)。更具體地說(shuō),圖 8(一個(gè))顯示炮塔的旋轉(zhuǎn)角,不斷旋轉(zhuǎn)的動(dòng)作等功能。圖 8(b)和(c)顯示的邏輯輸出接近傳感器連接到磁盤和等軸炮塔。從這些數(shù)據(jù)中我們可以看到接近傳感器的輸出的炮塔磁盤是相反的,接近傳感器等因?yàn)榈葘?duì)應(yīng)的旋轉(zhuǎn)炮塔的旋轉(zhuǎn)磁盤。我們比較仿真結(jié)果與實(shí)際行動(dòng)炮塔運(yùn)動(dòng)。圖 9 顯示了這種比較的結(jié)果變化時(shí)間從第一個(gè)工具(工具 1)到最后一個(gè)工具。仿真結(jié)果在 2%的實(shí)際時(shí)間。我們推斷這個(gè)錯(cuò)誤來(lái)自實(shí)際電機(jī)的速度變化和識(shí)別錯(cuò)誤的仿真模型參數(shù)如電機(jī)速度和傳動(dòng)比。圖 9 模擬和測(cè)量之間的比較結(jié)果 tool-to-tool 變更時(shí)間從第一個(gè)工具(工具 1)。圖 10。原理圖的實(shí)時(shí)仿真。我們介紹了實(shí)時(shí)仿真方法是否可以應(yīng)用于 PLC 邏輯驗(yàn)證。我們?cè)O(shè)計(jì)了一個(gè)模擬循環(huán)在計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)內(nèi)核,分離軟件對(duì)控制器的仿真模型。圖 10 顯示了這個(gè)模擬的結(jié)構(gòu)。仿真回路由一個(gè)實(shí)際的控制器的軟件部分和一個(gè)動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)(DLL)仿真模型的文件;這些相通通過(guò)共享內(nèi)存?？刂破鲙?kù)是由數(shù)控(NC)內(nèi)核控制驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和 PLC 的內(nèi)核操作的離散系統(tǒng),如限制傳感器和 ATC 炮塔。仿真模型包括飼料驅(qū)動(dòng)器和 ATC 炮塔模型在第三節(jié)中描述。我們監(jiān)控使用單獨(dú)的計(jì)算機(jī)仿真結(jié)果,以避免影響計(jì)算機(jī)運(yùn)行的實(shí)時(shí)性能仿真循環(huán)。之間的連接控制器軟件和控制器之間的仿真模型是相同的,和實(shí)際的飼料驅(qū)動(dòng)器的 ATC 炮塔,除了實(shí)際的線路被內(nèi)部數(shù)據(jù)通信所取代。提出的模擬進(jìn)行了工業(yè)個(gè)人電腦(pxi - 8186 RT)的實(shí)時(shí)內(nèi)核,2.2 GHz Pentium 4 CPU 和 512 MB 的隨機(jī)存取存儲(chǔ)器。我們使用四階龍格-庫(kù)塔算法集成 0.5 毫秒的時(shí)間步長(zhǎng)仿真?？刂破鞲聲r(shí)間設(shè)置為 1 ms 提要驅(qū)動(dòng)器和 4 ms ATC 炮塔。結(jié)論在這項(xiàng)研究中,我們開發(fā)了一個(gè)仿真模型的自動(dòng)工具變換器使用炮塔雜志。W 使用面向?qū)ο蟮姆椒?gòu)建一個(gè)概括模型的基本組件的 ATC 炮塔模型作為單獨(dú)的塊,和連接在一起他們會(huì)在實(shí)際的 ATC 每一塊都有自己的參數(shù)和方程描述相應(yīng)的塊的運(yùn)動(dòng)。仿真結(jié)果表明,該方法生成的現(xiàn)實(shí)操作組件運(yùn)動(dòng)和傳感器信號(hào)。我們開發(fā)了一個(gè)三維可視化演示仿真結(jié)果。集成的仿真模型與實(shí)際機(jī)床控制器表明,我們的模型可以用于實(shí)時(shí)邏輯驗(yàn)證為了減少走彎路和錯(cuò)誤的設(shè)置問(wèn)題。的實(shí)時(shí)仿真PLC 邏輯,模型成功地扮演了真正的 ATC 炮塔和飼料的角色。我們表明,我們的模型可以滿足實(shí)時(shí)要求,和計(jì)算時(shí)間的仿真循環(huán)時(shí)間不到 30 分之一。確認(rèn)本研究得到了批準(zhǔn)號(hào) krf - 2004 - 202 - d00068 科技部。參考文獻(xiàn)[1].Baykasoglu,a . 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design2.選題目的和意義目的：隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和計(jì)算機(jī)技術(shù)日益普及，數(shù)控機(jī)床越來(lái)越取代普通的機(jī)床，成為市場(chǎng)的主角，但是在科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展的今天，市場(chǎng)對(duì)于數(shù)控機(jī)床的要求也就越來(lái)越高?，F(xiàn)在的產(chǎn)品更新的速度越來(lái)越快，而且市場(chǎng)上的零件的形狀越來(lái)越復(fù)雜，但是對(duì)于零件的精度卻越來(lái)越高，生產(chǎn)的周期越來(lái)越短。加工中心就是這樣應(yīng)運(yùn)而生，它是將這些加工工序集中在一臺(tái)機(jī)床上，一次裝夾，按不同的工序選擇和更換刀具，進(jìn)給速度，進(jìn)給量和刀具相當(dāng)于工件的運(yùn)動(dòng)軌跡，一次完成多個(gè)工序的加工。但是由于歷史的客觀原因，我國(guó)的數(shù)控加工技術(shù)相對(duì)于國(guó)外來(lái)說(shuō)起步晚發(fā)展慢，現(xiàn)在距離西方發(fā)達(dá)國(guó)家還有 10-15 年的差距，在一些高精尖的技術(shù)上更甚。特別是在產(chǎn)品開發(fā)這一塊，很多東西都是依賴進(jìn)口而國(guó)內(nèi)的市場(chǎng)上技術(shù)還不成熟，還不能夠贏得顧客的青睞。而國(guó)內(nèi)的企業(yè)缺乏對(duì)于數(shù)控市場(chǎng)領(lǐng)域的研究不足，產(chǎn)品開發(fā)和制造的能力還不夠滿足市場(chǎng)的需求，對(duì)產(chǎn)品的規(guī)劃制定不夠?，F(xiàn)在而言呢國(guó)內(nèi)在加工中心刀庫(kù)和換刀系統(tǒng)這一塊還有很大的提升空間，這對(duì)于提高產(chǎn)品的精度和生產(chǎn)周期都有很大的作用。而我們機(jī)械行業(yè)的大學(xué)生是將來(lái)機(jī)械產(chǎn)品研究制造的主導(dǎo)者，充分的認(rèn)識(shí)數(shù)控加工中心刀庫(kù)和換刀裝置的結(jié)構(gòu)有助于我們更好的認(rèn)識(shí)到自己的不足和在將來(lái)更好地改進(jìn)。意義：造業(yè)的最重要的就是時(shí)間，節(jié)省了非加工所需的時(shí)間都會(huì)大幅度的提高工作效率，從而進(jìn)一步減少成本，提高生產(chǎn)效率。數(shù)控加工中心，特別是帶刀庫(kù)的數(shù)控加工中心就可以大幅減少非加工時(shí)間。自動(dòng)換刀裝置的出現(xiàn)解決了工序分散，零件裝夾，更換刀具帶來(lái)的非加工時(shí)間過(guò)長(zhǎng)的問(wèn)題。因此刀庫(kù)換刀工序集中的特點(diǎn)將會(huì)是數(shù)控機(jī)床的重點(diǎn)發(fā)展方向。因此帶刀庫(kù)的數(shù)控加工中心將會(huì)是未來(lái)數(shù)控機(jī)床的發(fā)展方向。加工中心刀庫(kù)和換刀裝置的設(shè)計(jì)涉及到我們大學(xué)中學(xué)到的很多方面的內(nèi)容，比如對(duì)自動(dòng)換刀裝置就可以利用 PLC 控制，而動(dòng)力可以選擇液壓元件或是電動(dòng)機(jī)，而其中刀庫(kù)和換刀裝置對(duì)于機(jī)械機(jī)構(gòu)的有一定的要求。課題內(nèi)容涉及機(jī)械、電氣、控制技術(shù)、數(shù)控技術(shù)等方面，覆蓋了各個(gè)方面，綜合性強(qiáng)。并且通過(guò)對(duì)這個(gè)課題的研究可以提高自己的裝也知識(shí)，還可以把機(jī)械和電氣聯(lián)系起來(lái)，真正做到機(jī)電一體化。3.國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)目前國(guó)內(nèi)外的數(shù)控加工中心的自動(dòng)換刀裝置系統(tǒng)當(dāng)中，刀具和輔具一般都采用錐柄的結(jié)構(gòu)形式，機(jī)床主軸的刀具夾緊機(jī)構(gòu)以及刀庫(kù)的驅(qū)動(dòng)方式和機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)方式差不多都是一樣的模式。對(duì)目前提高換刀方式的主要方式就是提高選刀的效率和減少刀具交換的時(shí)間，選刀的方式有很多種，但是精確度還可以繼續(xù)提高，選刀的時(shí)間將會(huì)得到很大程度上的縮短?？s短刀具交換的時(shí)間就目前的行業(yè)情況來(lái)看，提高的幅度不會(huì)很大，主要是驅(qū)動(dòng)方式的改進(jìn)，目前換刀速度較快的是凸輪裝置換刀方式，最快的刀對(duì)刀換刀時(shí)間已經(jīng)達(dá)到了 1.5S 以內(nèi)。根據(jù)行業(yè)的需求，小容量的刀庫(kù)已經(jīng)無(wú)法滿足企業(yè)需求，大型刀庫(kù)的研制也是關(guān)鍵的發(fā)展方向，刀具曾多，質(zhì)量變大也給自動(dòng)換刀裝置帶來(lái)了難度。以往提高自動(dòng)換刀工作效率主要在刀具交換的時(shí)間上大力研究，但是現(xiàn)在隨著換刀技術(shù)的成熟，驅(qū)動(dòng)設(shè)備的不斷完善，換刀時(shí)間也無(wú)法進(jìn)一步的有所突破。所以以后的發(fā)展方向?qū)?huì)是刀具選擇方式的改進(jìn)和精確度的提高。就我國(guó)的加工中心的發(fā)展來(lái)看，國(guó)內(nèi)沒(méi)有專門制造生產(chǎn)自動(dòng)化刀裝置的企業(yè)，一些大型的機(jī)床廠都是根據(jù)需求，自主研制換刀裝置。目前國(guó)內(nèi)的刀庫(kù)主要依靠進(jìn)口，使用臺(tái)灣的刀庫(kù)較多，也有其他國(guó)家知名企業(yè)的產(chǎn)品。自動(dòng)換刀裝置的發(fā)展左右了數(shù)控加工中心的未來(lái)發(fā)展，國(guó)內(nèi)企業(yè)要盡快擁有自己獨(dú)立的產(chǎn)品脫離進(jìn)口才是關(guān)鍵，雖然起步較晚，但是我仍然相信未來(lái)國(guó)內(nèi)的數(shù)控加工中心會(huì)得到很大的提高，能夠生產(chǎn)出高端的機(jī)床。4、選題研究?jī)?nèi)容和要解決的關(guān)鍵問(wèn)題設(shè)計(jì)刀庫(kù)時(shí)應(yīng)該注意的問(wèn)題在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該讓它滿足換刀時(shí)間短，刀具重復(fù)定位精度高；刀具存儲(chǔ)量足夠，結(jié)構(gòu)緊湊，便于制造，維修，調(diào)整。布局應(yīng)該合理，使機(jī)床總布局美觀大方；應(yīng)該有較好的剛性，避免沖擊振動(dòng)和噪音，運(yùn)轉(zhuǎn)安全可靠，應(yīng)有防屑，防塵的裝置要求。1）合理確定刀庫(kù)的存儲(chǔ)量，一般刀庫(kù)的存儲(chǔ)量以 10-40 把較為合適， 41-60 把刀具基本上滿足絕大多數(shù)零件的要求。2）盡量的縮短選刀時(shí)間，將選刀時(shí)間與加工時(shí)間重疊，根據(jù)所選刀具在刀庫(kù)中的位置來(lái)決定刀庫(kù)正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，以縮短選刀時(shí)間。3）刀庫(kù)的運(yùn)動(dòng)速度應(yīng)該適宜，國(guó)內(nèi)外鏈?zhǔn)降稁?kù)的線速度可達(dá) 100-800mm/s，最大刀具長(zhǎng)度為 500mm,最大刀具重量為 100kg.4）要求刀庫(kù)運(yùn)行平穩(wěn)，如對(duì)鏈?zhǔn)降稁?kù)設(shè)置刀座運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌。5）刀座到刀庫(kù)中的排列，一般來(lái)講刀座間距相等。6）刀庫(kù)防塵，防屑及安全防護(hù)等問(wèn)題都必須在設(shè)計(jì)刀庫(kù)的過(guò)程中考慮進(jìn)去。擬采用 JCS-018A 自動(dòng)換刀數(shù)控立式鏜銑床，它的自動(dòng)換刀裝置是由盤式刀庫(kù)和刀具交換裝置組成。刀庫(kù)安裝在機(jī)床左側(cè)的立柱上，刀庫(kù)容量為 16 把刀，換刀機(jī)械手安裝在刀庫(kù)和主軸之間。機(jī)械手將刀庫(kù)中取出送到機(jī)床主軸上，然后將用過(guò)的舊刀送回刀庫(kù)。在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該考慮的有刀具的選擇方式，刀具的識(shí)別裝置，刀具交換裝置等的選擇。關(guān)鍵問(wèn)題（1）選用的是 JCS-018A 自動(dòng)換刀數(shù)控立式鏜銑床，采用的是盤刀庫(kù)，確定的基本參數(shù)如下：刀庫(kù)直徑：400mm刀具數(shù)量：16 把最大刀具直徑：40mm平均刀具重量：8kg刀盤最低轉(zhuǎn)速：60r/min換刀時(shí)間：3.2s（刀到刀）刀具形式：BT40（2）在設(shè)計(jì)中，需要重點(diǎn)考慮的問(wèn)題有刀庫(kù)的傳動(dòng)方案的設(shè)計(jì)，換刀裝置的設(shè)計(jì)，刀庫(kù)的設(shè)計(jì)，刀庫(kù)中主要零件參數(shù)的設(shè)計(jì)，刀具換刀裝置的設(shè)計(jì)，選刀方式等，最后要用 UG 進(jìn)行三維建模并編寫設(shè)計(jì)說(shuō)明書。5、研究方法1.文獻(xiàn)資料法：根據(jù)已掌握的文獻(xiàn)，查找相關(guān)數(shù)控機(jī)床的書籍，利用校園網(wǎng)查詢各類期刊，學(xué)術(shù)報(bào)告，學(xué)術(shù)會(huì)議論文，學(xué)位論文，科技檔案等。2.咨詢老師法：在做畢業(yè)設(shè)計(jì)的過(guò)程中難免有很多問(wèn)題自己不能解決，這時(shí)就有必要向老師詢問(wèn)解決的辦法或是索要相關(guān)的資料。6.計(jì)劃進(jìn)度2014 年 12 月 25 日——2014 年 3 月 1 日 完成各種相關(guān)資料的查詢和收集，學(xué)習(xí)并且熟練使用 UG 三維繪圖軟件。2014 年 3 月 2 日——2014 年 3 月 18 日 完成設(shè)計(jì)任務(wù)書、開題報(bào)告、文獻(xiàn)綜述、外文翻譯等文本的編寫和加工中心刀庫(kù)及換刀裝置的結(jié)構(gòu)問(wèn)題。2010 年 3 月 19 日——2010 年 5 月 19 日 完成加工中心刀庫(kù)和換刀裝置的三維建模、運(yùn)動(dòng)仿真及控制程序調(diào)試，編寫設(shè)計(jì)說(shuō)明書。2010 年 5 月 20 日——2010 年 6 月 2 日 整理資料，準(zhǔn)備答辯。參考文獻(xiàn)1.數(shù)控技術(shù)/廖效果主編.武漢：湖北科學(xué)技術(shù)出版社，2000.52.時(shí)雨 加工中心換刀系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.聶小春，韓利紅 ，孫曉輝 ，汪菊英 4 5 # - 1 6 T 型立式加工中心 盤式刀庫(kù)的設(shè)計(jì) 4.張建玲 F AN U C O i M D 數(shù)控系統(tǒng)斗笠式刀庫(kù)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換刀 5.應(yīng)保勝，楊威，邱新橋 高速加工中心自動(dòng)換刀裝置的研究 6.張字， 夏曉平 加工中心斗笠式刀庫(kù)換刀裝置的設(shè)計(jì) 7.周建東 加工中心盤式刀庫(kù)的設(shè)計(jì) 8.汪雪松 加工中心自動(dòng)換刀裝置 9.李永軍 吳麗 范春宏 王慶利 鏈?zhǔn)降稁?kù)自動(dòng)換刀裝置及其液壓控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與分析 10.張躍明，楊伯金，牟宏明，楊宇 盤式刀庫(kù)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開發(fā)11.王振龍 數(shù)控機(jī)床 自動(dòng)換刀裝置的研究 12.簡(jiǎn)志雄 四軸機(jī)床盤盤式刀庫(kù) P L C 程序的設(shè)計(jì)13.Y.H. Jeonga H. Tae B.-K. Minc and D.-W. Chod*Virtual automatic tool changer of a machining centre with a real-time simulation14.ADIL BAYKASOGLUy* and TURKAY DERELIy Heuristic optimization system for the determination of index positions on CNC magazines with the consideration of cutting tool duplicationsJCS-018A 立式加工中心盤式刀庫(kù)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)目的和要求1、通過(guò)在網(wǎng)上查找資料，理解其結(jié)構(gòu)和工作原理，并以此為模板運(yùn)用 UG設(shè)計(jì)出加工中心及刀庫(kù)的機(jī)械結(jié)構(gòu)，并且進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真2、掌握加工中心刀庫(kù)及其換刀系統(tǒng)的工作原理和設(shè)計(jì)思路3、通過(guò)畢業(yè)設(shè)計(jì)培養(yǎng)綜合運(yùn)用所學(xué)的基礎(chǔ)理論、基礎(chǔ)知識(shí)、基本技能和實(shí)習(xí)內(nèi)容進(jìn)行分析和解決問(wèn)題的能力；使理論與實(shí)踐緊密的結(jié)合主要內(nèi)容及應(yīng)完成的工作主要內(nèi)容： 1 了解加工中心刀庫(kù)及其換刀裝置的結(jié)構(gòu)，工作原理2 用 UG 畫出各個(gè)零件的三維圖形3 在 UG 中裝配各個(gè)零件并進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真4 按要求撰寫畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書應(yīng)完成的工作：1、畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書 2、開題報(bào)告 3、文獻(xiàn)綜述 4 外文翻譯5、畢業(yè)設(shè)計(jì)正本（包含畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明說(shuō)文本、機(jī)械壽命測(cè)試臺(tái)的三維模型、設(shè)備動(dòng)畫演示文件、設(shè)備的部分零件圖紙等） 。進(jìn)度安排2014 年 1 月 25 日——2014 年 3 月 10 日 完成各種相關(guān)資料的查詢和收集，學(xué)習(xí)并且熟練使用 UG 三維繪圖軟件。2014 年 3 月 11 日——2014 年 4 月 1 日 完成設(shè)計(jì)任務(wù)書、開題報(bào)告、文獻(xiàn)綜述、外文翻譯等文本的編寫和加工中心刀庫(kù)及其換刀裝置結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)及各部分尺寸的測(cè)量。2014 年 4 月 2 日——2014 年 5 月 10 日 完成加工中心刀庫(kù)及其換刀系統(tǒng)的三維建模、運(yùn)動(dòng)仿真，編寫設(shè)計(jì)說(shuō)明書。2014 年 5 月 11 日——2014 年 5 月 20 日 整理資料，準(zhǔn)備答辯。應(yīng)收集的資料及主要參考文獻(xiàn)查閱網(wǎng)上、圖書館的期刊及相關(guān)書籍資料共計(jì) 20 余篇。備注注：1、學(xué)生進(jìn)行畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）前，指導(dǎo)教師應(yīng)填好此任務(wù)書，經(jīng)教研室、部（系）主任簽字后，正式給學(xué)生下達(dá)任務(wù)。2、若是課題組共同完成一項(xiàng)大任務(wù)應(yīng)在備注欄內(nèi)填寫同組設(shè)計(jì)者名單。國(guó)家計(jì)算機(jī)集成制造雜志卷 21，8 號(hào)，2008 十二月，885–894一個(gè)實(shí)時(shí)仿真虛擬加工中心自動(dòng)換刀裝置Y.H. Jeong H. Tae , B.-K. Min and D.-W. Cho *abcdSchool of Mechanical Engineering, Yonsei University, Seoul, 120-749, Korea; Central R School of Mechanical cEngineering, Yonsei University, Seoul, 120-749, Korea; Department of Mechanical Engineering, Pohang University of Science and Technology, Pohang, Kyungbuk, 790-784, Korea(Received 27 June 2007; ?nal version received 13 November 2007)在加工中心的離散系統(tǒng)，如自動(dòng)換刀裝置和托盤自動(dòng)交換裝置在提高加工自動(dòng)化生產(chǎn)中扮演著重要的角色。然而，系統(tǒng)配置和時(shí)序邏輯編程仍需要相當(dāng)大的技能和基礎(chǔ)上,根據(jù)實(shí)際情況處理?；诜抡娴尿?yàn)證環(huán)境可以改善系統(tǒng)性能,減少過(guò)渡時(shí)間和成本,避免錯(cuò)誤的設(shè)置和系統(tǒng)。在這項(xiàng)研究中,我們開發(fā)了一個(gè)仿真模型以及盤式自動(dòng)換工具的可視化與空中交通管制(ATC)協(xié)助機(jī)械設(shè)計(jì)和 PLC邏輯驗(yàn)證。我們的仿真模型是基于面向?qū)ο蟮慕７椒?并由模型塊對(duì)應(yīng)的基本組件(如電機(jī)、齒輪組、等）,功能和接近傳感器。我們測(cè)試了在實(shí)時(shí)仿真模型,使用一個(gè)實(shí)際的機(jī)床控制器的軟件組件的仿真循環(huán)評(píng)估實(shí)時(shí)計(jì)算性能和可行性在真實(shí)的應(yīng)用程序中,如邏輯和配置驗(yàn)證。相關(guān)結(jié)果提要驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)在 ATC 炮塔操作限制傳感器行動(dòng)表明,我們的方法是實(shí)用和滿足實(shí)時(shí)要求。關(guān)鍵詞:自動(dòng)工具改變;面向?qū)ο竽Ｐ?邏輯驗(yàn)證;實(shí)時(shí)仿真1.介紹計(jì)算機(jī)數(shù)控(CNC)機(jī)床是由各種復(fù)雜的元素,比如提要驅(qū)動(dòng)主軸,工具自動(dòng)更換裝置(ATC),自動(dòng)托盤商(APC),計(jì)算機(jī)數(shù)字控制器和可編程序邏輯控制器(PLC)。因此,設(shè)計(jì)、構(gòu)建和安裝是一個(gè)復(fù)雜和耗時(shí)的過(guò)程。一個(gè)典型的加工中心有幾個(gè)重要的離散系統(tǒng),如空中交通管制,APC,守衛(wèi)大門。這些子系統(tǒng)扮演了一個(gè)重要的角色在機(jī)床操作和加工自動(dòng)化。因此,任何性能改進(jìn)的離散系統(tǒng)可以大大提高生產(chǎn)率。然而,系統(tǒng)配置、時(shí)序邏輯生成和驗(yàn)證所有仍然需要大量的技巧和治療基礎(chǔ)上,根據(jù)實(shí)際情況,因?yàn)檫@個(gè)過(guò)程沒(méi)有有效的驗(yàn)證方法或環(huán)境。仿真技術(shù)已經(jīng)成功地使用在許多行業(yè)提高產(chǎn)品質(zhì)量和減少開發(fā)周期時(shí)間。在機(jī)床行業(yè),許多類型的模擬等機(jī)床有限元方法(FEM)框架,例如,用于機(jī)床的開發(fā)和管理。在這種背景下,基于仿真驗(yàn)證環(huán)境可以提高系統(tǒng)性能,減少走彎路和成本,避免錯(cuò)誤的設(shè)置和系統(tǒng)惡化。各種方法用于控制或模擬離散系統(tǒng),如生產(chǎn)線。典型的和最普遍的方法使用佩特里網(wǎng)(大衛(wèi)和真主安拉 1994)。在一個(gè)模范的研究中,李和許(2005)提出了一個(gè)簡(jiǎn)化的佩特里網(wǎng)控制器,其中包括傳感器狀態(tài)信息來(lái)簡(jiǎn)化控制器設(shè)計(jì)層面的過(guò)程建模。在 ATC 的設(shè)計(jì)機(jī)制,研究 Gokler 和 Koc(1997)設(shè)計(jì)了一個(gè)自動(dòng)盤式工具改變臥式數(shù)控加工中心,和 Dereli Filiz(2000)提出了一種遺傳算法優(yōu)化方法指數(shù)一個(gè)空中交通管制的刀具的位置。此外,Baykasoglu 和 Dereli(2004)提出了一個(gè) meta-heuristic 優(yōu)化系統(tǒng)來(lái)確定刀具的最佳索引位置最小化theindexing 時(shí)間數(shù)控機(jī)床工具的雜志。一個(gè)驗(yàn)證開發(fā)的飼料與摩擦傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)模型表示為 Stribeck 曲線,并確定了系統(tǒng)參數(shù)使用最小二乘法和卡爾曼濾波。書釘 et al。(2003)介紹了一個(gè)基于互聯(lián)網(wǎng)的虛擬機(jī)工具使用機(jī)械部件的運(yùn)動(dòng)鏈數(shù)控和計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和制造(CAD / CAM)用于教育目的。張文雄和傅(2006) 還開發(fā)出一種虛擬機(jī)工具培訓(xùn)以及網(wǎng)絡(luò)制造控制。重要的是,他們的系統(tǒng)包括一個(gè)切削力預(yù)測(cè)模塊基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(ANN)。侯賽因(1998)提出了一個(gè)統(tǒng)一的方法對(duì)機(jī)電一體化系統(tǒng)模型使用多維數(shù)組和映射函數(shù)作為造型方案,雖然 Harrison et al.。(2000)介紹了一個(gè)集成的機(jī)械設(shè)計(jì)和控制環(huán)境,可以應(yīng)用于機(jī)械設(shè)計(jì),控制和維護(hù)。哈里森 et al。(2000)應(yīng)用的邏輯設(shè)計(jì)和快速成型部分的環(huán)境他們?cè)O(shè)計(jì)開發(fā)飲料 can-body制造機(jī)器。然而,盡管大量的研究機(jī)床的模擬和離散系統(tǒng),很難找到一個(gè) ATC 系統(tǒng)仿真方法,減少機(jī)床開發(fā)成本和減輕 PLC 邏輯生成和驗(yàn)證的難度和復(fù)雜性。此外,現(xiàn)有的離散系統(tǒng)的仿真研究考慮系統(tǒng)作為一個(gè)簡(jiǎn)單的序列或數(shù)據(jù)流,而忽略機(jī)械運(yùn)動(dòng)學(xué)或動(dòng)力學(xué)等特點(diǎn)。因此,它已經(jīng)很難包含系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)或動(dòng)力學(xué)行為或部分在系統(tǒng)級(jí)模擬。本研究的目的是開發(fā)一個(gè)仿真模型,可以應(yīng)用到 ATC 的空中交通管制機(jī)制設(shè)計(jì)和 PLC 邏輯驗(yàn)證。目標(biāo)特性的仿真模型,該模型必須是通用的，是可重用的擴(kuò)展成各種 ATC 類型,并且模型必須準(zhǔn)確地描述傳感器信號(hào)和部分運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng),這樣他們就可以被應(yīng)用到各種應(yīng)用程序。在這種背景下,我們開發(fā)了以下模型的策略。我們使用了一個(gè)基于組件的方法提高通用性。這意味著組件模型塊被定義為可更換單元所購(gòu)買機(jī)床建設(shè)者。每個(gè)模型塊有自己的參數(shù),有關(guān)其運(yùn)動(dòng)方程,并定義輸入和輸出信號(hào)描述模型之間的連接塊。商業(yè)化或標(biāo)準(zhǔn)化的造型語(yǔ)言和工具被用來(lái)確保兼容性等各種機(jī)床的開發(fā)流程設(shè)計(jì)、優(yōu)化和驗(yàn)證邏輯,和維護(hù)過(guò)程。我們描述一個(gè)典型的盤式 ATC 機(jī)制,在第二節(jié)的基本組件。第三節(jié)討論了ATC 仿真模型的細(xì)節(jié)我們發(fā)達(dá)的模型塊對(duì)應(yīng)的基本部分。第四節(jié)描述了兩個(gè)仿真結(jié)果,介紹了實(shí)時(shí)仿真方法和仿真結(jié)果可視化模塊。第一個(gè)模擬與提要驅(qū)動(dòng)器與極限運(yùn)動(dòng)傳感器模擬工具改變位置的方法。第二個(gè)是 ATC 炮塔工具變化的模擬操作。我們使用我們的實(shí)時(shí)仿真方法結(jié)合仿真模型與實(shí)際機(jī)床控制器的軟件組件在一個(gè)模擬循環(huán)使用內(nèi)部數(shù)據(jù)通信表明,我們的模型實(shí)時(shí)計(jì)算性能和 PLC 邏輯驗(yàn)證是可行的。結(jié)論在第五節(jié)。圖 1 原理圖的一個(gè)典型的盤式 ATC 沒(méi)有改變圖 2 等效的模型等。圖 3 簡(jiǎn)化的快動(dòng)作開關(guān)用作限制傳感器。圖 4 接近傳感器的等效模型和遙感磁盤和螺栓。2。調(diào)查的 ATC 模型雜志典型的盤式 ATC 裝置包含以下基本組件:一個(gè)炮塔磁盤,一組齒輪、回轉(zhuǎn)馬達(dá)、等功能,和幾個(gè)傳感器?；剞D(zhuǎn)馬達(dá),它提供了驅(qū)動(dòng)功率的 ATC 炮塔裝置等軸旋轉(zhuǎn)，間歇旋轉(zhuǎn)等變化連續(xù)動(dòng)作,從垂直旋轉(zhuǎn)軸方向橫向。它使用的組合凸輪和磁盤索引,轉(zhuǎn)移其旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)通過(guò)其軸等功能的裝置。最后,齒輪裝置和磁盤旋轉(zhuǎn)速度剖面,可以簡(jiǎn)化低速度值為零的矩形波。注意,本研究中使用的盤式 ATC 裝置有兩個(gè)類型的接近傳感器,使用磁盤和螺栓檢測(cè)工具改變位置和計(jì)算炮塔旋轉(zhuǎn)間隔。圖 1 顯示了一個(gè)示意圖的互連基本組件在一個(gè)典型的盤式 ATC 裝置。在本研究中,我們模擬限制傳感器模擬自動(dòng)工具的復(fù)雜連續(xù)的運(yùn)動(dòng)變化,包括炮塔裝置的驅(qū)動(dòng)和運(yùn)動(dòng)。圖 5 仿真模型的一個(gè)提要積極限制傳感器驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。圖 6 一個(gè)提要驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的仿真結(jié)果積極限制傳感器。圖 7 ATC 炮塔的仿真模型。4。模擬的自動(dòng)工具改變本研究構(gòu)建的仿真模型使用基于 Modelica Dymola 語(yǔ)言(勃拉克 et al . 2002 年)。模型的仿真模型由組件(如電機(jī)、齒輪的集合(齒輪箱)）等對(duì)應(yīng)的功能。每個(gè)模型塊標(biāo)準(zhǔn)形式,其中包括輸入和輸出信號(hào),模型參數(shù),和自己的方程式。該模型結(jié)構(gòu)容易實(shí)現(xiàn) Modelica 語(yǔ)言,因?yàn)檎Z(yǔ)言是面向?qū)ο蟮摹ＤＰ偷拿總€(gè)部分的屬性等參數(shù)和方程可以指定和修改使用圖形框圖界面或在一個(gè)文本文件中。模擬的操作限制傳感器在旋轉(zhuǎn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的線性階段,我們聯(lián)合動(dòng)態(tài)仿真模型的線性階段從先前的工作(Jeong et al . 2006 年)限制傳感器模型,如圖 3 所示。圖 5 顯示了總體仿真模塊,該模塊可用于遙感超程階段歸航,到達(dá)的位置工具改變操作。在這項(xiàng)研究中所使用的線性階段模型由模型塊對(duì)應(yīng)的速度和轉(zhuǎn)矩控制,一個(gè)簡(jiǎn)單的直流電機(jī),軸向聯(lián)合、導(dǎo)螺桿和導(dǎo)軌。積極的限制傳感器響應(yīng)瞬時(shí)表位置。的圖中顯示積極限制傳感器監(jiān)控表的位置。因此,飼料的表位置獲得或預(yù)測(cè)轉(zhuǎn)移到限制傳感器塊驅(qū)動(dòng)仿真模型,方程(5)所示。限制傳感器模型塊比較轉(zhuǎn)移位置指定的限制傳感器位置。圖 6 顯示了模擬線性階段,傳感器操作控制電機(jī)速度時(shí) 60 rad / s。圖 6(a)顯示了電機(jī)速度和驅(qū)動(dòng)電流、和圖 6(b)顯示了表和傳感器位置。注意,傳感器輸出從 0 變?yōu)?1 當(dāng)表到達(dá) 0.1 米。傳感器的傳感器位置公差模型中被設(shè)置為 0。圖 8 ATC 炮塔操作的仿真結(jié)果。我們使用我們的 ATC 炮塔模型模擬 ATC 炮塔的性能。圖 7 顯示了 ATC 炮塔的實(shí)際仿真模型和恒定的命令。這表明兩個(gè)接近傳感器分別檢測(cè)螺栓和連接到炮塔磁盤。仿真模型顯示當(dāng)前工具數(shù)量隨著炮塔角度變化。此外,兩個(gè)距離傳感器的輸出信號(hào)監(jiān)測(cè)的 PLC 內(nèi)核提供 CNC 控制器,控制 ATC 炮塔操作。仿真中使用的模型參數(shù)如表 1 所示,從改造小型加工中心(SPT-V30T,現(xiàn)代汽車(Hyundai Motor Co。)和一個(gè)炮塔類型 overhead-disk 雜志和一個(gè)基于 PC 的數(shù)控(HX TurboTek)。十四個(gè)工具裝置。圖 8(a)、(b)和(c)顯示仿真結(jié)果當(dāng)工具改變從1 號(hào)到 12 號(hào)。更具體地說(shuō),圖 8(一個(gè))顯示炮塔的旋轉(zhuǎn)角,不斷旋轉(zhuǎn)的動(dòng)作等功能。圖 8(b)和(c)顯示的邏輯輸出接近傳感器連接到磁盤和等軸炮塔。從這些數(shù)據(jù)中我們可以看到接近傳感器的輸出的炮塔磁盤是相反的,接近傳感器等因?yàn)榈葘?duì)應(yīng)的旋轉(zhuǎn)炮塔的旋轉(zhuǎn)磁盤。我們比較仿真結(jié)果與實(shí)際行動(dòng)炮塔運(yùn)動(dòng)。圖 9 顯示了這種比較的結(jié)果變化時(shí)間從第一個(gè)工具(工具 1)到最后一個(gè)工具。仿真結(jié)果在 2%的實(shí)際時(shí)間。我們推斷這個(gè)錯(cuò)誤來(lái)自實(shí)際電機(jī)的速度變化和識(shí)別錯(cuò)誤的仿真模型參數(shù)如電機(jī)速度和傳動(dòng)比。圖 9 模擬和測(cè)量之間的比較結(jié)果 tool-to-tool 變更時(shí)間從第一個(gè)工具(工具 1)。圖 10。原理圖的實(shí)時(shí)仿真。我們介紹了實(shí)時(shí)仿真方法是否可以應(yīng)用于 PLC 邏輯驗(yàn)證。我們?cè)O(shè)計(jì)了一個(gè)模擬循環(huán)在計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)內(nèi)核,分離軟件對(duì)控制器的仿真模型。圖 10 顯示了這個(gè)模擬的結(jié)構(gòu)。仿真回路由一個(gè)實(shí)際的控制器的軟件部分和一個(gè)動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)(DLL)仿真模型的文件;這些相通通過(guò)共享內(nèi)存?？刂破鲙?kù)是由數(shù)控(NC)內(nèi)核控制驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和 PLC 的內(nèi)核操作的離散系統(tǒng),如限制傳感器和 ATC 炮塔。仿真模型包括飼料驅(qū)動(dòng)器和 ATC 炮塔模型在第三節(jié)中描述。我們監(jiān)控使用單獨(dú)的計(jì)算機(jī)仿真結(jié)果,以避免影響計(jì)算機(jī)運(yùn)行的實(shí)時(shí)性能仿真循環(huán)。之間的連接控制器軟件和控制器之間的仿真模型是相同的,和實(shí)際的飼料驅(qū)動(dòng)器的 ATC 炮塔,除了實(shí)際的線路被內(nèi)部數(shù)據(jù)通信所取代。提出的模擬進(jìn)行了工業(yè)個(gè)人電腦(pxi - 8186 RT)的實(shí)時(shí)內(nèi)核,2.2 GHz Pentium 4 CPU 和 512 MB 的隨機(jī)存取存儲(chǔ)器。我們使用四階龍格-庫(kù)塔算法集成 0.5 毫秒的時(shí)間步長(zhǎng)仿真?？刂破鞲聲r(shí)間設(shè)置為 1 ms 提要驅(qū)動(dòng)器和 4 ms ATC 炮塔。結(jié)論在這項(xiàng)研究中,我們開發(fā)了一個(gè)仿真模型的自動(dòng)工具變換器使用炮塔雜志。W 使用面向?qū)ο蟮姆椒?gòu)建一個(gè)概括模型的基本組件的 ATC 炮塔模型作為單獨(dú)的塊,和連接在一起他們會(huì)在實(shí)際的 ATC 每一塊都有自己的參數(shù)和方程描述相應(yīng)的塊的運(yùn)動(dòng)。仿真結(jié)果表明,該方法生成的現(xiàn)實(shí)操作組件運(yùn)動(dòng)和傳感器信號(hào)。我們開發(fā)了一個(gè)三維可視化演示仿真結(jié)果。集成的仿真模型與實(shí)際機(jī)床控制器表明,我們的模型可以用于實(shí)時(shí)邏輯驗(yàn)證為了減少走彎路和錯(cuò)誤的設(shè)置問(wèn)題。的實(shí)時(shí)仿真PLC 邏輯,模型成功地扮演了真正的 ATC 炮塔和飼料的角色。我們表明,我們的模型可以滿足實(shí)時(shí)要求,和計(jì)算時(shí)間的仿真循環(huán)時(shí)間不到 30 分之一。確認(rèn)本研究得到了批準(zhǔn)號(hào) krf - 2004 - 202 - d00068 科技部。參考文獻(xiàn)[1].Baykasoglu,a . 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