基于PLC的数控铣床回转刀库控制系统设计课程设计说明书精要.docx

目 录 前言 1 1 设计任务的初始分析与计算 2 1.1 设计要求 2 1.2 刀库的结构形式 2 1.3 刀库的选刀方式 2 2 主要元器件型号的选型 3 2.1 步进电机及其驱动器的选型 3 2.2 PLC的选型 3 2.3 主要电器件清单 4 3 PLC控制系统的设计 4 3.1 PLC控制程序设计 4 3.2 电路接线图 9 3.3 PLC控制程序梯形图 10 3.4 PLC控制程序指令表 12 4总结 14 参考文献 15 致谢 16 前 言 机床数控技术课程设计的训练，使学生在学完机床数控技术及相应的机床电器及PLC等课程之后，能够运用所学的知识独立完成数控车、数控铣和加工中心的进给传动及刀库系统设计，从而使学生进一步加深和巩固对所学知识的理解和掌握，并提高学生的实际操作能力。 刀库系统是提供自动化加工过程中所需之储刀及换刀需求的一种装置。其自动换刀机构及可以储放多把刀具的刀库，改变了传统以人为主的生产方式。借由自动控制系统的控制，可以完成各种不同的加工需求，如铣削、钻孔、镗孔、攻牙等，大幅缩短加工时程，降低生产成本，这是刀库系统的最大特点。 本次设计为基于PLC的数控铣床回转刀库控制系统设计。PLC具有强大的运算能力,良好的通讯功能,极高的处理速度,已获得广泛的应用。PLC及其控制器用于刀库控制系统，有利于提高换刀速度,减小辅助加工时间，进而提高加工效率，降低加工成本，提升利润空间。 1 设计任务的初始分析与计算 1.1 设计要求 对于普通铣床数控化改造设计，电动刀库（四个刀座）回转驱动由三相反应式步进电机实现，完成其选型，用4位拨动开关设定转动速度，并设计其启动停止、正反转、加减速和步数控制系统，数控系统的脉冲当量为0.01rad/脉冲。 1.2 刀库的结构形式 刀库的结构定为圆盘式刀库，4刀座，其平面结构如图1所示。 图1 四刀座圆盘式刀库平面结构简图 1.3 刀库的选刀方式 本刀库系统设计作为加工中心中的一个子系统，由机床的计算机控制系统自动控制，采用计算机记忆选刀:刀具号和存刀位置及刀座号对应地存储在可编程控制器的寄存器内,刀具存放地址改变, 编程控制器内存储的刀具信息也随之改变。刀具可以任意取出,任意送回。 2 主要元器件型号的选型 2.1 步进电机及其驱动器的选型 根据相关的资料，一般作用在8刀座圆盘式刀库电机上的最大启动转矩为3N·m 左右，本次设计的刀库只有4刀座，所带来的最大启动转矩应该小一些，查找《数控技术课程设计》 229页 表A-5，选择110BF003型反应式步进电机，参数如表1所示。 表1 110BF003型反应式步进电机参数 相数 步距角（度） 电压 相电流 最大静转矩 最大启动频率 最大运行频率 分配方式 3 0.75/1.5 80V 6A 7.84N·m 1500Hz 7000Hz 三相六拍 根据选择的步进电机，经过查阅相关资料后，选择三相反应式步进驱动器SH-3F110M。 2.2 PLC的选型 在本设计中,计算机控制系统送至PLC的信息由开关量输出信号完成。在初次运行时必须使PLC 的信息与计算机控制系统同步,所以设置一个寄存器设置选通接口触点X003；T指令是计算机控制系统的选刀信号,所以设置一个T指令接口选通触点X004。PLC的数据寄存器单个均为16bit,所以设置寄存器内容时除“寄存器设置”触点外,还要16个触点配合使用,这里设定所有的数据都为二进制码。同时PLC上还需接入一个4位拨动开关用于调速。本系统共需25个输入点和4个输出点,查阅相关资料，并保证拥有一定扩充余量的前提下，选用三菱FX2N-64MT型PLC ,它是基本单元,输入输出接口各32个。PLC输入输出接口分配的具体情况见表2。 表2 PLC输入输出端口的分配 X000 运行控制信号输入 X001 报警复位信号输入 X002 换刀完成信号输入 X003 寄存器设置选通信号输入 X004 T指令选通信号输入 X005～X010 速度选择输入 X011～X030 外部信号输入 Y000 步进电机驱动器脉冲信号输出 Y001 步进电机驱动器方向信号输出 Y006 换刀信号输出 Y007 报警信号输出 2.3 主要电器件清单 表3 主要电器件清单 电器件类型 电器件型号 可编程逻辑控制器 FX2N-64MT 三相反应式步进电机 110BF003 三相反应式步进电机驱动器 SH-3F110M 3 PLC控制系统的设计 3.1 PLC控制程序设计 3.1.1寄存器设置程序 程序采用上升沿输入方式 ,接通X003前,相应寄存器设置内容（二进制码）必须先输入,以免设置错误，按从D201到D218的顺序逐一设置其内容（变址寄存器V1从0到18，当V1 = 18时，V1清零）。每个寄存器里面的内容类型说明见表