加工中心PLC控制设计【毕业论文+CAD图纸全套】

买文档就送您 01339828 或 11970985 加工中心 摘 要 ： 加工中心（ 称 由机械设备与数控系统组成的适用于复杂零件的高效率自动化机床。它能实现三轴或三轴以上的联动控制，以保证刀具进行复杂表面的加工。 随着科学技术的发展世界先进制造技术的兴起和不断成熟，而对作为现代制造业非常重要的加工中心提出了更高的要求，超高速切削、超精密加工等技术的应用，对加工中心的各种组成部分提出了更高的性能指标。由于加工中心备有刀具库，大大增加了刀具的储存容量。有利于提高主轴的刚度，独立的刀库，大大增加了刀具的储存数量 ，有利于扩大机床的功能，并能较好的隔离各种影响加工精度的干扰因素。 本设计采用 动换刀装置在随机换刀时只识别刀具不识别刀套，因此可以把刀具编号，并且按顺序将刀具插入刀库中对应号和刀套上。由数控系统的 刀具号和刀库中的刀套地址对应的记在 经设定，机床在以后的使用中，不论刀具在哪个刀套上 化了控制系统的硬件和界限，减小了控制器的体积，提高了控制系统的灵活性，同时， 以增强系统的抗干扰能力，提高系 统的可靠性。应用表明， 捷在自动换刀装置中得到了广泛的应用。 关键词 ： 刀库；存储；功能；自动控制 买文档就送您 01339828 或 11970985 to C, by of It or of to of of as s of as a a on of a as a of of to of of of of of of LC in a to it be in to on By o. in by in in of in LC of to of to of at to s is 01339828 或 11970985 目 录 1前 言 . 1 述 . 1 题来源及基本技术要求 . 2 要设计内容及设计思路 . 2 期成果及其意义 . 2 2 . 3 . 3 . 3 . 4 . 4 3 . 5 . 5 X 系列 . 6 . 9 4 加工中心 . 10 工中心的组成部分 . 10 库的自动换刀装置 . 12 工中心 线图 . 13 工中心 . 15 形图及工作原理 . 17 行结果 . 20 结束语 . 21 参考文献 . 22 致 谢 . 24 附 录 . 24 附录 1：加工中心刀库自动转位 接线图 . 24 附录 2：加工中心刀库自动转位 控制梯形图 . 26 附录 3：梯形图指令程序 . 30 买文档就送您 01339828 或 11970985 1 加工中心 1 前 言 随着微处理器、计算机和数字通信的飞速发展，计算 机控制已扩展到了几乎所有的工业领域。现代社会要求制造业对市场需求做出迅速的反应，生产出小批量、多品种、多规格、低成本和高质量产品。为了满足这一要求，生产设备和自动生产线的控制必须具有极高的可靠性和灵活性。可编程序控制器真是应这一要求出现的，他是一位处理器为基础的通用工业装置。 可编程控制器（ 称为 的应用面广、功能强大、使用方便，已成为当代工业自动化的主要控制设备之一，在工业生产的所有领域得到了广泛的使用，在其他领域（如民用核家庭自动化）的 应用也得到了迅速的发展。 可编程序控制器在数控领域也得到了广泛的使用，以下课题为数控刀具库的转换就是利用可编程序控制器的强大功能所设计的，在数控及其普通机床上（无极变速）都运用了可编程序控制器，数控机床由电器部分和机械部分两大部分组成，现在都是用可编程序控制器来控制使其达到更准确的目的。 可编程序控制器是机床各项功能的逻辑控制中心。它将来自 各种运动及功能指令进行逻辑排列，使它们能够在准确的、协调有序的安全运行；同时将来自机床的信息及工作状态传输给 现机床的控制。 当代 集成于数控系统中，这主要是指控制软件的集成化，而 件则在规模较大的系统中往往采取分布式机构。 集成是采取软件接口实现的，一般系统都是将两者间各种通信信息分别指定其固定的存放地址，由系统对所有地址的信息状态进行监控，根据各接口的现时信息状态进行分析和判别，据此作出进一步的控制指令，完成对运动或功能的控制。 已经广泛运用在各种机械设备和生产过程的电气装置中。了解 工作原理，具备设计、调试和维护 制系统的能力，已经 成为现代工业对电气技术人员和工科学生的基本要求。 述 本次设计内容是用可编程控制器（ 数控加工中心进行自动换刀控制，要求在加工过程中，根据工艺要求，在需要换刀的时候给出某刀具编号， 动刀库盘旋转到取刀口停止，再由机械手进行取刀换刀。刀库采用随机换刀方式，即机械手在取刀后，刀库不再转动，换刀、存刀一次完成，直到下一次换刀， 买文档就送您 全套， 01339828 或 11970985 2 刀具号的检测要求只有一个， 用给定的刀具号与取刀口的当前刀具号比较的方法判别刀库盘的旋转方 向。 题来源及基本技术要求 控制要求： 动将指定刀具转至换刀位置（取刀口） 0把刀具供选择 求换刀时按最小旋转角（ 180）转动 指定刀具号转到距刀口上两个刀具位时减速到取刀口处停止 械手上行抓紧刀具，下行、左行放松刀具（停留 5 秒，由加工中心安装刀具），右行到机械手原位停止 所设计的控制电路图需通过实验室等设备进行实际接线调试和操作，达到控制要求，设计的控制电路要求简单、可靠性高，便于操作。 对每个 行程控制电路应有详细的控制过程说明和控制电路动作原理说明。 要设计内容及设计思路 要设计内容 利用 根据控制要求和输入输出接线图绘制梯形图。 计思路 制 期成果及其意义 作 为加工中心，刀库的选刀是其核心部分之一，直接影响刀库、机械手和主轴间的自动换刀，对机床的加工效率和加工精度具有十分重要的意义。经过长时期的发展， 好的通讯功能，极高的处理速度，已获得广泛的应用。对于高精尖的大型数控机床主要部件目前大部分都用的进口元件，费用高。 械手和主轴间的自动换刀控制，取代某些昂贵的进口元件，降低了设备费用，本设计对于小型加工中心的自动选刀控制，是一种理想的控制设备。 买文档就送您 01339828 或 11970985 3 2 文全称为可编程逻辑控制器。是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。在 1987 年国际电工委员会（ 布的 采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或 生产过程。 于扩展其功能的原则而设计。 I/程器，系统电源和存储器等部分组成。 控制器、运算器和寄存器组成。这些电路集成在一个芯片上。 过地址总线、数据总线与 I/O 接口电路相连接。起 “心脏 ”作用。当从编程器输入的程序存入到用户程序存储器中，然后 据系统所赋予的功能（系统程序存储器的解释编译程序），把用户程序翻译成 部所认可的用户编译程序。输入状态和 输入信息从输入接口输进， 之存入工作数据存储器中或输入 映像 寄存器。然后由 数据和程序有机地结合在一起。把结果存入输出 映像 寄存器或工作数据存储器中，然后输出到输出接口、控制外部驱动器。 模块 输入 /输出（ I/O）单元是 入单元接受现场设备向 供的开关量信号，经过处理后，变成 够识别的信号。输出单元将 编程器分为两种，一种是手持编程器，携带方便。但缺点是只能编辑指令表。另一种是通过 口 与计算机 口相连。通过专用软件先在电脑上编辑梯形图或指令表程序，再编译成机器码传输到 204部的开关电源为各模块提供12V、 24V 等直流电源。不同型号的 不同的供电方式，所以 24有 11020的优劣直接影响到 此目前大部分 买文档就送您 全套， 01339828 或 11970985 4 具有记忆功能的半导体电路。它分为系统程 序存储器和用户存储器。 系统程序存储器用以存放系统程序，包括管理程序，监控程序以及对用户程序做编译处理的解释编译程序。由只读存储器、 成。厂家使用的，内容不可更改，断电不消失。 用户存储器：分为用户程序存储区和工作数据存储区。由随机存取存储器（ 成。用户使用的。断电内容消失。常用高效的锂电池作为后备电源，寿命一般为 35年。 在我国， 着其性能价格比的不断提高，应用范围的不断扩大。 有 “与 ”、 “非 ”等逻辑指令，可以实现电路的串并、联，代替继电器进行组合逻辑、定时控制与顺序逻辑控制。开关量逻辑控制可以用于单台设备，也可以用于自动生产线，其应用领域遍及各个行业，甚至深入到家庭。 令使用专用的指令或运动控制模块，对直线运动或圆周运动的位置速度、加速度进行控制，可以实现单轴、双轴、 3 轴和多轴位置控制，使运动控制和顺序控制有机的结合起来。 如金属切削机床、金属成形机械、装配机械、机器人、电梯等。 过程控制是 指对温度、压力、流量等连续变化的模拟量的闭环控制。 ，实现模拟量（ 数字量（ 间的 A/，并对模拟量进行闭环 例 微分）控制。 热炉、热处理炉、锅炉等设备，以及轻工、化工、机械、 冶金 、电力、建材等方面。 现代的 括整体运算、浮点数运算、函数运算、字逻辑运算、求反、循环、移位和浮点数运算等）、 数据传送、转换、排序和查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析和处理。这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较，也可以用通信功能传输送到别的智能装置上，或者将它们打印制表。 通信包括 远程 I/O 之间的通信、多台 间的通信、 其他智能控制设备（例如计算机、变频器、数控装置）之间的通信。 以组成 “集中管理、分散控制 ”的分不是控制系统。 产厂家 自从第一台 现以后，日本、德国、法国等也相继开始研制 得买文档就送您 01339828 或 11970985 5 到了迅速的发展。 目前，世界上有 200 多家 商， 400 多品种的 品，按地域可分成美国、欧洲、和日本等三个流派产品，各流派 日本主要发展中小型 小型 能先进，结构紧凑，价格便宜，在世界市场上占用重要地位 。 著名的 产厂家主要有美国的 公司 、 公司 ，日本的三菱电机（ 公司 、欧姆龙（ 司 ，德国的 司 、西门子（ 公司 ，法国的 司 等。 我国的 制、生产和应用也发展很快，尤其在应用方面更为突出。在 20世纪 70 年代末和 80 年代初，我国随国外成套设备、专用设备引进了不少国外的后，在传统设备改造和新设备设计中， 取得显著的经济效益， 提高我国工业自动化水平起到了巨大的作用。 目前，我国不少科研单位和工厂在研制和生产 辽宁无线电二厂、无锡华光电子 公司 、上海香岛电机制造 公司 、厦门 。 3. 顺序扫描，不断循环 ”的方式进行工作的。即在 指令步序号 (或地址号 )作周期性循环扫描，如无跳转指令，则从第一条指令开始逐条顺序执行用户程序，直至程序结束。然后重新返回第一条指令，开始下一轮新的扫描。在每次扫描过程中，还要完成对输入信号的采样和对输出状态的刷 新等工作。 序执行和输出刷新三个阶段。 先以扫描的方式按顺序将所有暂存在输入锁存器中的输入端子的通断状态或输入数据读入，并将其写入各对应的输入状态寄存器中，即刷新输入。随即关闭输入端口，进入程序执行阶段。 用户程序指令存放的先后顺序扫描执行每条指令，经相应的运算和处理后，其结果再写入输出状态寄存器中，输出状态寄存器中所有的内容随着程序的执行而改变。 输出刷新阶段：当所有指令执行完毕，输出状态寄存器的通断状态在输出刷新阶段送至 输出锁存器中，并通过一定的方式（继电器、晶体管或晶闸管）输出，驱动相应输出设备工作。 买文档就送您 全套， 01339828 或 11970985 6 不同类型的硬件设备采用相同的可编程序控制器，编写不同应用软件就可以了，并且可以用一台可编程控制器控制几台操作方式完全不同的设备。 可编程序控制器为改进和修订原设计提供了极其方便的手段，以前也许要花费几周的时间才能完成的工作使用可编程序控制器只要几分钟就可以了。 在可编程序控制器中，一个输入中的开关量或程序中的一个 “线圈 ”可提供用户所需用的连锁节点，即节点在 程序中可不受限制的使用。 可编程序控制器提供的继电器节点、计数器、计时器、顺控器的数量比采用继电器、计数器、计时器、顺控器等实际元器件要便宜的多。 可编程序控制能对所有功能在实验室内进行模拟调试，缩短现场的调试，而古典电器线路是无法在实验室进行调试的，只能花费现场大量时间。 在可编程序控制器系统中，操作人员能通过显示器观测到所控每一个节点的运行情况，随时监测事故发生点。 传统继电器节点的响应时间一般要几百毫秒，而可编程序控制器里的节点反应很快 ，内部是微秒级的。 可编程序控制器由集成电路元件构成，因此可靠性大大高于机械和电器继电器。 可编程序控制器是一个完整的系统，购置了一台可编程序控制器，就相当于购买了系统所需要的所有继电器、计数器、计时器等器件。 传统控制电路要靠画蓝图，而蓝图不能随意设计的不同阶段不断更新的，采用可编程序控制器很容易做到随时打印出更新后的电路图。 X 系列 0度为 75 列）和 87 列），和 4个 I/的底部尺寸仅为 90 0 当于一张卡片大小，很适合在机电一体化产品中使用。内置的 买文档就送您 01339828 或 11970985 7 三菱的 列 收了整体式和模块式 优点，它的基本单元、扩展单元和扩展模块的高度和深度相同，宽度不同。他们之间用扁平电缆连接，紧密拼装后组成一个整齐的长方体。 观、高度、深度差不多，但是性能和价格有很大的差别，见表 3 表 3 号 I/用户程序步数 应用指令 /条 通信功能 基本指令执行时间 /05 较强 49 强 6置 8大 16128 最强 功能实用，价格便宜，可以用于小型开关量控制系统，最多 30 个 I/通信功能，可以用于一般的紧凑型 28 个 I/O 点，可以用于要求较高的中小型系统； 功能最强，可以用于要求很高的系统。 结构紧凑，基本单元有 16 点、 32 点、 64 点和 96 点 4种，可以扩展到 256点，有很强的通信功能。由于不同的系统可以选择不同的字系列，避免了资源的浪费，使用户能用最少的投资来满足系统的要求。 列 系统装配灵活，用户不仅能 够可以选不同的子系统外，还可以选用多种基本单元，扩展单元和单元模块，组成不同 I/种配置都可以得到很高的性能价格比。 列的硬件配置就像模块式 样灵活，因为它的基本单元采用的是整体式结构，又具有比模块式 高的性能价格比。 以用来修改定时器、计数器的设定值和数据寄存器的数据，也可以用来做监视装置，有的只能显示符号，有的可以显示画面。 列的体积虽小，却具有很强的功能。它内置高速计数器，有输入输 出刷新、中断、输入滤波时间调整、恒定扫描时间等功能，有高速计数器的专用比较指令。使用脉冲列输出功能，可以直接控制步进电动机和伺服电动机。脉冲宽度调整功能可以用于温度控制或照明灯的调光控制。可以设置 8位数字密码，以防别人对用户程序的吴改写或盗用，保护设计者的知识产权。 列的基本单元和扩展单元一般采用插接式的接线端子排，更换单元方便快捷。 买文档就送您 全套， 01339828 或 11970985 8 13 种基本单元，可组成 14 I/O 点的系统，并能使用特殊功能模块、显示模块和功能模块。用户存储容量为 8000步，有内置的实时钟。 表 3 表 32424输入点数 输出点数 继电器输出 晶体管输出 继电器输出 晶体管输出 6 4 10 4 16 6 24 列的功能强大、速度高。它的基本指令执行时间达每条指令 置的用户存储器为 8以扩展到 16K 步，最大可以扩展到 256个 I/多种特殊功能模块或功能扩展板，可以实现多轴定位控制。机内有实时钟， 功能很强的数字指令集，例如浮点数运算、开平方和三角函数等。每个 个特殊单元。 表 32424输入点数 输出点数 继电器输出 晶体管输出 继电器输出 晶体管输出 8 6 16 4 24 2 32 0 40 4 64 。 表 3， 2424入 输入点数 输出点数 可连接的电器输出 晶体管输出 继电器输出 晶体管输出 6 16 4 24 4 24 4 24 文档就送您 01339828 或 11970985 9 。 表 3，因此 控制性能是关系到整个控制系统能否能正常、安全、可靠、高效的关键所在。在设计 遵循以下基本原则： 济、实用，维修方便。 靠性。 便，并考虑有防止误操作的安全措施。 在进行 先要详细了解其工艺过程和控制要求，应采取什么控制方式，需要哪些输入信号，选用什么输入元件，哪些信号需输出到 过什么元件执行驱动负载 ;弄清楚整个工艺过程各个环节的相互联系；了解机械运动部件的驱动方式；了解系统的控制方式是全自动还是半自动的，控制过程是连续运行还是单周期运行，是否有手动调整要求等。另外，还要注意哪些量需要监控、报警、显示，是否需要故障诊断，需要哪些保护措施等。 控制系统 的设计往往是一个渐进式、不断完善的过程。在这一过程中，先 大致确定一个初步控制方案，首先解决主要控制部分，对于不太重要的监控、报警、显示、故障诊断以及保护措施等可暂不考虑。 制 根据 算所需的输入输出点数，并参照其他要求选择合适的 型。根据 型特点和输入输出控制元件绘制 入输出接线图，确定输入和输出控制元件和 输入和输出端的对应关系 。输入输出元件的布置应尽量考虑接线、布线的方 便，同一类的电器元件应尽量排一起，这样利于梯形图的编程。一般主电路比较简单，可一并绘制。 买文档就送您 全套， 01339828 或 11970985 10 这一部是整个设计过程的关键，梯形图的设计需要掌握 时还要了解 形图的正确设计是确保控制系统安全可靠运行的关键。 根据绘制的梯形图，如有必要还可反过来修改和完善输入输出接线图和主电路图及初步方案设计，加入监控、报警、显示、故障诊断和保护措施等，进行最后统一完善 。 根据上述设 计的内容，进行电气控制元件的安装和接线，将梯形图输入到 好现在 在模拟仿真软件上进行调试，确保控制梯形图没有问题后进行连机调试。 4. 加工中心 工中心的组成部分 加工中心分两大部分：数控机床和刀具自动交换装置。刀具自动交换装置应能满足以下几个方面的要求： 换刀时间短； 刀具重复定位精度高； 识刀、选刀可靠，换刀动作简单； 刀库容量合理，占地面积小，并能与主机配合，使机床外观完整； 刀具装卸、调整、维护方便。刀具自动交换系统由刀库、刀具交换装 置、刀具传送装置、刀具编码装置、识刀器等五个部分组成。 刀库存储加工所需各种类型刀具的仓库。它是刀具自动交换系统中的重要组成部分，具有接受刀具传送装置送来的刀具和将刀具给予刀具传送装置的功能。它的容量、布局和具体结构对整个加工中心的总体布局和性能有很大的影响，按其结构、形状可分为以下六种： 圆盘式刀库，又分为轴向式 (刀具中心线与圆盘中心线平行 )、径向式 (刀具中心线与圆盘中心线垂直 )和多盘式 (在一根旋转轴上分设几层圆盘刀库 )。 转塔式刀库，又分倾斜式和水平式。 鼓轮式刀库。 链式刀 库。 格子式刀库。 直线式刀库。 应当根据被加工零件的工艺要求合理的确定刀库的存储量。根据对车床、铣床和钻床的所需刀具的数的统计表明，在加工过程中经常使用的刀具数目并不很多，对于钻削加工，用 14 把不同的规格的刀具就可以完成约 80%的加工，即使要求完成 90%的工件加工，用 20 把刀具也就足够了。对于铣削加工，需要的刀具更少，用 4把不同规格的铣刀就能完成约 90%加工，用 5把不同规格的铣刀可以加工 95%的工件。因此从使用角度来看，刀库的存储量一般为2040 把较为合适，多的可达 60 把刀，超过 60 把刀的很少。采用 链式刀库。本次设计的刀库容量为 32把刀，为中型加工中心刀库 。 机械手 ) 买文档就送您 01339828 或 11970985 11 它的职能是将机床主轴上的刀具与刀库或刀具传送装置上的刀具进行交换，其动作循环为：拔刀 新旧刀具交换 装刀。换刀机械手种类繁多，可以说每个厂家都推出自己的机械手，基本上换刀装置按交换方式又分为两类。 无机械手换刀，由刀库与机床主轴的相对运动实现换刀。在这类装置中，刀库一般为格子式，装在工作台上。换刀时，先使工作台与主轴相对运动，将使用过的旧刀送回刀库，然后再使工作台与主轴相对运动一次，从刀库中取出新刀。这种换刀 方式的换刀时间长，另外刀库设置在工作台上，减少了工作台的有效使用面积。 采用机械手换刀，机械手刀具交换装置，有单臂单手式机械手、回转式单臂双机械手、双臂机械手、多手式机械手。特别是双臂机械手刀具交换装置具有换刀时间短、动作灵活可靠等优点，应用最为广泛。双臂机械手中最常用的几种结构有：钩手；抱手；伸缩手；叉手。双臂机械手进行一次换刀循环的基本动作为：抓刀 (手臂旋转或伸出，同时抓住主轴和刀库里的刀具 )；拔刀 (主轴松开，机械手同时将主轴和刀库中的刀具拔出 )；换刀 (手臂转 180，新、旧刀交换 )；插刀 (同时将新刀插 入主轴，旧刀插入刀库，然后主轴夹紧刀具 )缩回 (手臂缩回到原始位置 )。机械手的手爪，大都采用机械锁刀的方式，有些大型的加工中心，也有采用机械加液压的锁刀方式，以保证大而重的刀具在换刀中不被甩出。对于本次设计采用双机械手换刀装置。 当刀库容量较大、布置得离机床较远时，就需要安排两只机械手来完成新旧刀的交换动作，一只靠近刀库，称为后机械手，完成拔新刀、插旧刀的动作；一只靠近主轴，称为前机械手，完成拔旧刀、插新刀的动作。在前后机械手之间则设有运刀装置。它一方面将前机械手从主轴上拔出的旧刀运回刀库旁， 以便后机械手将该旧刀拔出并插回刀库；另一方面则将后机械手从刀库中拔出的新刀运到主轴旁，以便前机械手将该新刀拔出并插入主轴。运刀器的职能就是在前后机械手之间来回运送新、旧刀具。此设计无此动作。 将加工所需的刀具自动地从刀库中选择出来称为自动选刀，有顺序选择和编码选择两种方式。 顺序选择方式： 将在加工中心上加工某一零件所需的全部刀具按工序先后依次插入刀库中。加工时按加工顺序一一取用。采用这种选刀方式不需要识刀器，刀库结构及其驱动装置都非常简单，每次换刀时控制刀库转位一次即可。采用顺序选刀方 式时，为某一个工件准备的刀具，不能在其他工件中重复使用，这在一定程度上限制了机床的加工能力。 固定地址选择方式：这是一种对号入座的方式，又称为刀座编码方式。这种方式是对刀库的刀座进行编码，并将与刀座编码相对应的刀具一一放入指定的刀座中。然后根据刀座的编码选取刀具。该方式使刀柄的结构简化，刀具可以做得较短，但刀具不能任意安放，一定要插入配对的刀座中。与顺序选择方式相比较，刀座编码方式最突出的优点是刀具可以在加工过程中多次使用。 编码选择方式： 将加工某一项零件所需的全部刀具 (或刀座 )都预先编上代码，存放在 刀库中。加工时根据