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,经过多次换刀测试,刀库定位准确,实现了机械手随机换刀,一次换刀周期平均为1.7～2S,且换刀出现故障时机床能及时显示报警信息,便于进行故障诊断。