畢業(yè)設(shè)計(jì)73南通職業(yè)大學(xué)PLC自動(dòng)換刀電氣控制的設(shè)計(jì)

南通職業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 共 35 頁(yè) 第 1 頁(yè) 裝 訂 線(xiàn) 摘要 本設(shè)計(jì)通過(guò)正確分析控制要求 ， 繪制出 程序控制流程圖， 寫(xiě)出 I/O 配置表， 并進(jìn)行 PLC 電氣控制的硬件選型和軟件選型， 據(jù) I/O 配置表和 PLC 的型號(hào) 繪制出 硬接線(xiàn)圖、 梯形圖 和程序語(yǔ)序指令表 ， 根據(jù)梯形圖和程序語(yǔ)序指令表進(jìn)行 程序 調(diào)試運(yùn)行， 分析程序調(diào)試結(jié)果， 成功完成 PLC 電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。 關(guān)鍵詞 ： 數(shù)控 加工中心 刀庫(kù) 自動(dòng)換刀 PLC Abstract This design pass exactitude analysis control request, draw a procedure control flow chart, write an I/O allocation table, and carry on PLC electricity control of the hardware choose type and software to choose a type and draw one according to the I/O allocation table and PLC model number hard connect line diagram, trapezoid diagram and the procedure language preface instruction form, carry on procedure to adjust to try circulate according to trapezoid diagram and the procedure language preface instruction form, analysis the procedure adjust to try result, success completion PLC electricity control system of design. Keyword: Numberical control Machining centers Magazine Automatic tool changers PLC 南通職業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 共 35 頁(yè) 第 2 頁(yè) 裝 訂 線(xiàn) 目錄 第 1 章 緒論 . 4 1.1 數(shù)控機(jī)床的基礎(chǔ)知識(shí) . 4 1.1.1 數(shù)控機(jī)床的定義 . 4 1.1.2 數(shù)控機(jī)床的工作原理及組成 . 4 1.1.3 數(shù)控機(jī)床的分類(lèi) . 5 1.1.4 數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)和應(yīng)用 . 5 1.2 數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r . 5 1.2.1 數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展 . 5 1.2.2 自動(dòng)換刀裝置 . 7 1.3 本課題應(yīng)解決的主要問(wèn)題 . 8 第 2 章 設(shè)計(jì)內(nèi) 容和過(guò)程 . 10 2.1 加工中心刀具庫(kù)換刀方式 . 10 2.2 分析控制要求繪制自動(dòng)換刀程序流程圖 . 10 2.2.1 分析控制要求 . 10 2.2.2 根據(jù)控制要求繪制程序流程圖 .11 2.4 輸入 /輸出配置 . 14 2.5 PLC 的選型 . 14 2.6 程序設(shè)計(jì) . 17 第 3 章 設(shè)計(jì)結(jié)果與分析 . 28 3.1 程序調(diào)試 . 28 3.1.1 程序調(diào)試的步驟 . 28 3.1.2 程序調(diào)試過(guò)程 . 28 3.1.3 程序調(diào)試結(jié)果 . 29 第 4 章 結(jié)論 . 31 謝辭 . 32 參考文獻(xiàn) . 33 附錄 . 34 南通職業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 共 35 頁(yè) 第 3 頁(yè) 裝 訂 線(xiàn) 南通職業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 共 35 頁(yè) 第 4 頁(yè) 裝 訂 線(xiàn) 第 1 章 緒論 最近 二十多 年 以來(lái) ，微電 子技 術(shù) 、 計(jì) 算 機(jī) 技術(shù) 、通 訊 技 術(shù) 以及生物制藥 等 新 技 術(shù)迅 速崛 起， 影 響到了 整 個(gè)人 類(lèi)生活 ，其 中 對(duì)工 業(yè) 技術(shù) 、 對(duì) 國(guó) 民 經(jīng) 濟(jì)的影響是 非 常大的。過(guò)去 的 機(jī)床，如大家 熟 悉的通用機(jī)床： 車(chē) 床 、 銑 床 、刨 床 、磨 床等 ，全都是手工操作，現(xiàn)在大家在工廠里可以看到，這些機(jī)床利用微電子技術(shù)、信息技術(shù)，有相當(dāng)一部分都實(shí)現(xiàn)了數(shù)控化。數(shù)控化以后，機(jī)床的精度、生產(chǎn)效率等都有了很大提高。 微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等對(duì)國(guó)家工業(yè)的影響是全方位的，由這些技術(shù)帶動(dòng)起來(lái)的方方面面的新興產(chǎn)業(yè)對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的貢獻(xiàn)越來(lái) 越大，相對(duì)而言機(jī)械工業(yè)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有的份額近些年來(lái)有一定程度的下降，但這種下降只是相對(duì)于新興產(chǎn)業(yè)而言，就機(jī)械工業(yè)本身，它對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的貢獻(xiàn)是在逐年提高的，機(jī)械工業(yè)對(duì)整個(gè)國(guó)家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展仍然起著相當(dāng)重要的作用。機(jī)床工業(yè)屬于機(jī)械工業(yè)的一部分，也稱(chēng)為裝備工業(yè)，是關(guān)系國(guó)計(jì)民生、國(guó)防尖端建設(shè)的基礎(chǔ)工業(yè)和戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)，在世界范圍內(nèi)，特別是在西方發(fā)達(dá)國(guó)家，受到各國(guó)政府的重點(diǎn)關(guān)注，一個(gè)國(guó)家機(jī)床工業(yè)的水平， 尤其是數(shù)控機(jī)床， 實(shí)際上標(biāo)志著這個(gè)國(guó)家制造能力的大小 。 1.1 數(shù)控機(jī)床的基礎(chǔ)知識(shí) 1.1.1 數(shù)控機(jī)床 的定義 按加工要求預(yù)先 編制的程序，由控制系統(tǒng)發(fā)出以數(shù)字量作為指令信息進(jìn)行工作的機(jī)床，稱(chēng)為數(shù)字控制機(jī)床，簡(jiǎn)稱(chēng)數(shù)控機(jī)床。 1.1.2 數(shù)控機(jī)床的工作原理及組成 數(shù)控機(jī)床由控制介質(zhì)、加工程序、數(shù)控裝置、伺服系統(tǒng)和機(jī)床主機(jī)組成。 數(shù)控介質(zhì)可以是穿孔紙帶可以是磁帶、磁盤(pán)或其它可存儲(chǔ)物質(zhì)。 數(shù)控裝置是數(shù)控機(jī)床的控制中樞，一般由微處理器計(jì)算和小型計(jì)算機(jī)來(lái)?yè)?dān)任，這就是數(shù)控系統(tǒng)。數(shù)控裝置常由輸入 /輸出設(shè)備、接口電路、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)存儲(chǔ)器和中央處理器（ CPU）組成。 伺服系統(tǒng)的作用是把來(lái)自數(shù)控裝置的插補(bǔ)脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換為機(jī)床移動(dòng)部件的移動(dòng)。 機(jī)床主機(jī)，在數(shù) 控系統(tǒng)中，數(shù)控裝置通過(guò)伺服系統(tǒng) 和機(jī)床進(jìn)給傳動(dòng)元件，最終控制機(jī)床的運(yùn)動(dòng)部件（工作臺(tái)、主軸箱、刀架或拖板等）作準(zhǔn)確的位移。數(shù)控機(jī)床的主機(jī)要求比普通機(jī)床設(shè)計(jì)的完善、制造的更加精密和堅(jiān)固，并且在整個(gè)使用年限內(nèi)有足夠的精度穩(wěn)定性。 數(shù)控機(jī)床首先把加工零件所需的 所有機(jī)床動(dòng)作以程序的形式紀(jì)錄下來(lái)，登載到某種存儲(chǔ)物上（該存儲(chǔ)物稱(chēng)控制介質(zhì)），輸入到數(shù)控裝置中由處理程序發(fā) 南通職業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 共 35 頁(yè) 第 5 頁(yè) 裝 訂 線(xiàn) 出控制信號(hào)指揮機(jī)床伺服系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)機(jī)床，協(xié)調(diào)指揮機(jī)床的動(dòng)作，使其產(chǎn)生主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)等 一系列機(jī)床運(yùn)動(dòng)，完成零件加工。 零件在機(jī)床上的加工過(guò)程圖如附錄 C-1 1.1.3 數(shù)控機(jī)床的分類(lèi) 按加工工藝范圍 可分為：數(shù)控車(chē)床、數(shù)控銑床、數(shù)控鉆床、數(shù)控鏜床、數(shù)控刨插機(jī)床、數(shù)控齒輪加工機(jī)床、數(shù)控螺紋加工機(jī)床、數(shù)控電加工及超聲波加工機(jī)床、數(shù)控磨床、數(shù)控割斷機(jī)床、及數(shù)控其他機(jī)床。 按機(jī)床結(jié)構(gòu)有無(wú)自動(dòng)換刀裝置可分為：普通數(shù)控機(jī)床和加工中心。 按 伺服系統(tǒng)的形式可分為：開(kāi)環(huán)系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床、半閉環(huán)系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床和全閉環(huán)系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床。 按數(shù)控系統(tǒng)的功能可分為：經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床、中檔數(shù)控機(jī)床和高檔數(shù)控機(jī)床。 按數(shù)控系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)軸數(shù)可分為： 2 坐標(biāo)數(shù)控機(jī)床、 3 坐標(biāo)數(shù)控機(jī)床和多坐標(biāo)數(shù)控機(jī)床。 按數(shù)控 系統(tǒng)控制的刀具軌跡可分為：點(diǎn)位控制數(shù)控機(jī)床，點(diǎn)位 /直線(xiàn)控制數(shù)控機(jī)床和輪廓控制數(shù)控機(jī)床。 1.1.4 數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)和應(yīng)用 數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)：對(duì)零件的適應(yīng)性強(qiáng)，可加工復(fù)雜形狀的零件表面；具有較高的生產(chǎn)率；具有加工精度高和穩(wěn)定的加工質(zhì)量；縮短了生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間，便于現(xiàn)代化管理；減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。 數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用 數(shù)控機(jī)床適用于加工形狀復(fù)雜，加工精度高，用普通機(jī)床無(wú)法加工，或雖然能加工但很難保證加工質(zhì)量的零件；用數(shù)學(xué)模型描述的復(fù)雜曲線(xiàn)或曲面輪廓零件；必須在一次安裝中合并完成銑、鏜、锪、鉸或攻螺紋等多工序的零 件；適用于柔性生產(chǎn)線(xiàn)和計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)。 1.2 數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r 1.2.1 數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展 國(guó)際上，數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)正朝著高速度高精度化、高可靠性、多功能化、智能化、集成化、具有開(kāi)放性、網(wǎng)絡(luò)化數(shù)控系統(tǒng)、并聯(lián)機(jī)床及數(shù)控系統(tǒng)的方向發(fā)展。 數(shù)控機(jī)床經(jīng)過(guò)不斷的更新?lián)Q代，出現(xiàn)了能進(jìn)行多品種、多工序的自動(dòng)加工的加工中心和 成為無(wú)人控制工廠的基本單元的 柔性制造系統(tǒng) 。 20 世紀(jì) 90 年代，出現(xiàn)了包括市場(chǎng)預(yù)測(cè)、生產(chǎn)決策、產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造和銷(xiāo)售等全過(guò)程均由計(jì)算機(jī)集成管理和控制的計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng) CIMS，其中數(shù)控是其基本控制單元。 20 世紀(jì) 90 年代，基于 PC-NC 的智能數(shù)控系統(tǒng)開(kāi)始得到發(fā)展，它打破了原 南通職業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 共 35 頁(yè) 第 6 頁(yè) 裝 訂 線(xiàn) 數(shù)控廠家各自為政的封閉式專(zhuān)用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模式，提供開(kāi)放式基礎(chǔ)，使升級(jí)換代變得非常容易。充分利用現(xiàn)有 PC 機(jī)的軟硬件資源，使遠(yuǎn)程控制、遠(yuǎn)程檢測(cè)診斷能夠得以實(shí)現(xiàn) 。 發(fā)展工業(yè)是富國(guó)之本，是強(qiáng)國(guó)之路，和西方發(fā)達(dá)國(guó)家一樣，我們國(guó)家對(duì)機(jī)床工業(yè)的發(fā)展一直都很重視，從建國(guó)初期到現(xiàn)在，經(jīng)過(guò)半個(gè)世紀(jì)的努力，經(jīng)過(guò)經(jīng)濟(jì)恢復(fù)時(shí)期及十個(gè)五年計(jì)劃階段，特別是改革開(kāi)放 20 年來(lái)的不懈努力，我國(guó)的機(jī)床工業(yè)已經(jīng)建立起了較大的規(guī)模、建立起了較完整的體系，奠定了有利的技術(shù)基礎(chǔ)， 具備了相當(dāng)?shù)母?jìng)爭(zhēng)實(shí)力。從整體上說(shuō)，我國(guó)機(jī)床工業(yè)現(xiàn)在已跨入世界行列的第一方陣，即已經(jīng)成為一個(gè)機(jī)床生產(chǎn)大國(guó)。 我國(guó)雖然早在 1958 年就開(kāi)始研制數(shù)控機(jī)床，但由于歷史原因，一直沒(méi)有取得實(shí)質(zhì)性成果。 70 年代初期，曾掀起研制數(shù)控機(jī)床的熱潮，但當(dāng)時(shí)是采用分立元件，性能不穩(wěn)定，可靠性差。 在對(duì)內(nèi)搞活，對(duì)外開(kāi)放的方針指引下，于 1980 年開(kāi)始引進(jìn)日本就有 70 年代末期水平的微處理器數(shù)控系統(tǒng)和直流伺服拖動(dòng)技術(shù)。并于 1981 年開(kāi)始生產(chǎn)，到 1988 年又開(kāi)始引進(jìn)美國(guó)的 GE 和 DYNAPATH 公司的數(shù)控系統(tǒng)和拖動(dòng)技術(shù)，在上海市機(jī)床研究所和遼寧 精密儀器廠組織生產(chǎn)。 1985 年以后，我國(guó)的數(shù)控機(jī)床的可供品種已超過(guò) 300 種，其中數(shù)控機(jī)床占 40%，加工中心占 27% ，其它品種為重型機(jī)床、鏜銑床、電加工機(jī)床、磨床、齒輪加工機(jī)床等。目前我國(guó)數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)廠家共有 100 多家，其中能批量生產(chǎn)的企業(yè)有 42 家，平均年產(chǎn)量 4050 臺(tái)，幾家重點(diǎn)企業(yè)年產(chǎn)量可以達(dá)到 400700 臺(tái)；數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)企業(yè)約 50 家，但生產(chǎn)具有一定批量的只有 8 家，生產(chǎn)數(shù)控機(jī)床配套產(chǎn)品的企業(yè)共計(jì) 300 余家，產(chǎn)品品種包括八大類(lèi) 2000 種以上。我國(guó)的數(shù)控系統(tǒng)分為三種類(lèi)型，經(jīng)濟(jì)型、普及型、和高級(jí)型。在經(jīng)濟(jì)型 數(shù)控系統(tǒng)中，我國(guó)具有很大優(yōu)勢(shì)，在當(dāng)前每年數(shù)千臺(tái)經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車(chē)床和電加工機(jī)床的市場(chǎng)上，國(guó)產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)占據(jù)了絕大份額。在普及型數(shù)控系統(tǒng)的市場(chǎng)上，我們正在取得進(jìn)展。 特別是最近幾年，我國(guó)數(shù)控產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速， 1998 2004 年國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床產(chǎn)量和消費(fèi)量的年平均增長(zhǎng)率分別為 39.34.9%。盡管如此，進(jìn)口機(jī)床的發(fā)展勢(shì)頭依然強(qiáng)勁，從 2002 年開(kāi)始，中國(guó)連續(xù)三年成為世界機(jī)床消費(fèi)第一大國(guó)、機(jī)床進(jìn)口第一大國(guó)， 2004年中國(guó)機(jī)床主機(jī)消費(fèi)高達(dá) 94.6 億美元，但進(jìn)出口逆差嚴(yán)重，國(guó)產(chǎn)機(jī)床市場(chǎng)占有率連年下降， 1999 年是 33.6%， 2003 年僅占 27.7%。 1999 年機(jī)床進(jìn)口額為 8.78 億美元 (7624臺(tái) )， 2003 年達(dá) 27.1 億美元 (23320 臺(tái) )，相當(dāng)于同年國(guó)內(nèi)數(shù)控機(jī)床產(chǎn)值的 2.7 倍。 數(shù)控機(jī)床產(chǎn)值從 “九五 ”末的 4.9 億美元增加到 “十五 ”末的 21.8 億美元，年平均增長(zhǎng) 34.8%。數(shù)控金切機(jī)床的產(chǎn)量從 “九五 ”末的 1.4 萬(wàn)臺(tái)增加到 “十五 ”末的 6.0 萬(wàn)臺(tái)，年均增長(zhǎng)達(dá) 南通職業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 共 35 頁(yè) 第 7 頁(yè) 裝 訂 線(xiàn) 到 33.5%。數(shù)控機(jī)床產(chǎn)量占全部金切機(jī)床的比重同時(shí)由 7.3%增長(zhǎng)到 2005 年的 13.3%。同時(shí)，數(shù)控機(jī)床出口占機(jī)床出口比重逐年上升， 2005 年達(dá)到 28.2%，比 2001 年上升了 13 個(gè)百 分點(diǎn)。今年 1 5 月，金屬加工機(jī)床出口 4.2 億美元，同比增長(zhǎng) 54.1%，數(shù)控機(jī)床出口金額達(dá) 1.34 億美元，同比增長(zhǎng) 75.8%。 國(guó)內(nèi)數(shù)控機(jī)床制造企業(yè)在中高檔與大型數(shù)控機(jī)床的研究開(kāi)發(fā)方面與國(guó)外的差距更加明顯， 70%以上的此類(lèi)設(shè)備和絕大多數(shù)的功能部件均依賴(lài)進(jìn)口。由此可以看出國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床特別是中高檔數(shù)控機(jī)床仍然缺乏市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，究其原因主要在于國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床的研究開(kāi)發(fā)深度不夠、制造水平依然落后、服務(wù)意識(shí)與能力欠缺、數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)應(yīng)用推廣不力及數(shù)控人才缺乏等。 當(dāng)然，擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的數(shù)控系統(tǒng)在市場(chǎng)的開(kāi)拓上仍要盡更大的力量 。新開(kāi)發(fā)的國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床產(chǎn)品大部分達(dá)到國(guó)際 80 年代中期水平，部分達(dá)到 90 年代水平，在技術(shù)上也有所突破，如高速主軸制造技術(shù)、快速進(jìn)給、快速換刀、柔性制造、快速成型制造技術(shù)等為下一代國(guó)產(chǎn)數(shù)控技術(shù)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)，數(shù)控機(jī)床的刀庫(kù)自然也應(yīng)該更完善。 1.2.2 自動(dòng)換刀裝置 無(wú)自動(dòng)換刀功能的數(shù)控機(jī)床只能完成單工序的加工 ,如車(chē)、鉆、銑等。在節(jié)省輔助時(shí)間、提高加工效率上主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：（ 1）通過(guò)刀具的自動(dòng)定位，提高了空程速度和省去了劃線(xiàn)工藝和時(shí)間。（ 2）由于批量加工一致性好，可以減少工件檢驗(yàn)時(shí)間。因此其加工效率受到一 定的限制，特別是對(duì)于占輔助時(shí)間較長(zhǎng)的刀具交換和刀具尺寸調(diào)整、對(duì)刀等還需手動(dòng)完成。而實(shí)際上一個(gè)零件往往需要進(jìn)行多工序的加工，因此，在加工一個(gè)零件的過(guò)程中，必須花費(fèi)大量的時(shí)間用于更換刀具、裝卸零件、測(cè)量和搬運(yùn)零件等加工輔助時(shí)間上、切削加工時(shí)間僅占整個(gè)工時(shí)中較小的比例。為了縮短加工輔助時(shí)間，充分發(fā)揮數(shù)控機(jī)床的效率，往采用“工序集中” 原則。 為了進(jìn)一步提高數(shù)控的加工效率，數(shù)控機(jī)床向著工件在一臺(tái)機(jī)床上經(jīng)一次裝夾可完成多道工序加工的發(fā)展方向，對(duì)于多工序的數(shù)控機(jī)床，逐步發(fā)展和完善了各類(lèi)回轉(zhuǎn)刀具的自動(dòng)更換裝置，擴(kuò)大了換 刀數(shù)量，換刀動(dòng)作更為復(fù)雜。這就要求自動(dòng)換刀裝置要換刀時(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)緊湊及安全可靠等。自動(dòng)換刀系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床的重要組成部分。刀具夾持元件的結(jié)構(gòu)特性及它與機(jī)床主軸的聯(lián)結(jié)方式，將直接影響機(jī)床的加工性能。刀庫(kù)結(jié)構(gòu)形式及刀具交換裝置的工作方式，則會(huì)影響機(jī)床的換刀效率。自動(dòng)換刀系統(tǒng)本身及相關(guān)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度，又會(huì)對(duì)整機(jī)的成本造價(jià)產(chǎn)生直接影響。由于有了刀庫(kù)，機(jī)床只要一個(gè)固定主軸夾持刀具，有利于提高主軸剛度。大大增加了刀具的存儲(chǔ)數(shù)量，擴(kuò)大了機(jī)床的加工范圍和功能，并能好的隔離各種影響 南通職業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 共 35 頁(yè) 第 8 頁(yè) 裝 訂 線(xiàn) 加工精度的 干擾，使柔性化更強(qiáng)。 帶有自動(dòng)換刀刀具交換裝置（ ATC Automatic Tool Change）的數(shù)控機(jī)床稱(chēng)為加工中心。它通過(guò)刀具的自動(dòng)交換，可以一次裝夾完成多道工序的加工，實(shí)現(xiàn)了工序的集中和工藝的復(fù)合，從而縮短了輔助加工時(shí)間，提高了機(jī)床的效率，減少了零件安裝、定位次帶有刀具自動(dòng)交換裝置、能一次集中完成多種工序加工的數(shù)控加工設(shè)備。數(shù)控機(jī)床實(shí)現(xiàn)了中、小批量加工自動(dòng)化，改善了勞動(dòng)條件。此外，它還具有生產(chǎn)率高、加工精度穩(wěn)定、產(chǎn)品成本低等一系列優(yōu)點(diǎn)。為了進(jìn)一步發(fā)揮這些優(yōu)點(diǎn)，數(shù)控機(jī)床遂向“工序集中”，即一臺(tái)數(shù)控機(jī) 床在一次裝夾零件后能完成多任務(wù)序加工的數(shù)控機(jī)床 (即加工中心 )方面發(fā)展。 帶刀庫(kù)的自動(dòng)換刀系統(tǒng)首先把加工過(guò)程中需要使用的全部刀具分別安裝在標(biāo)準(zhǔn)刀柄上，在機(jī)外進(jìn)行尺寸預(yù)調(diào)整后，按一定的方式放入刀庫(kù) 中去。換刀時(shí)先在刀庫(kù)中進(jìn)行選刀，并由刀具交換裝置從刀庫(kù)和主軸上取出刀具，在進(jìn)行交換刀具之后，將新刀具裝入主軸，把舊刀具放回刀庫(kù)。存放刀具的刀庫(kù)具有較大的容量，它既可以安裝在主軸箱的側(cè)面或上方，也可作為單獨(dú)部件安裝到機(jī)床以外，并由搬運(yùn)裝置運(yùn)送刀具與轉(zhuǎn)塔主軸頭相比較，由于帶刀庫(kù)的自動(dòng)換刀裝置數(shù)控機(jī)床主軸箱內(nèi)只有一個(gè)主軸， 設(shè)計(jì)主軸部件就有可能充分增強(qiáng)它的剛度，因而能滿(mǎn)足精密加工的要求。另外，刀庫(kù)可以存放數(shù)量很大的刀具，因而能夠進(jìn)行復(fù)雜零件的多工序加工，這樣就明顯提高了機(jī)床的適應(yīng)性和加工效率。所以帶刀庫(kù)的自動(dòng)換刀裝置特別適用于數(shù)控鉆床、數(shù)控銑床和數(shù)控鏜床。 加工中心分兩大部分：數(shù)控機(jī)床和刀具自動(dòng)交換裝置。刀具自動(dòng)交換裝置應(yīng)能滿(mǎn)足以下幾個(gè)方面的要求： 換刀時(shí)間短； 刀具重復(fù)定位精度高； 識(shí)刀、選刀可靠，換刀動(dòng)作簡(jiǎn)單； 刀庫(kù)容量合理，占地面積小，并能與主機(jī)配合，使機(jī)床外觀完整； 刀具裝卸、調(diào)整、維護(hù)方便。 1.3 本課題 應(yīng)解決的主要問(wèn)題 主要問(wèn)題是 :完成電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)， I/O 配置和 PLC 的選型。自動(dòng)換刀程序的設(shè)計(jì)。根據(jù)本課題的動(dòng)作要求來(lái)完成設(shè)計(jì)。 南通職業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 共 35 頁(yè) 第 9 頁(yè) 裝 訂 線(xiàn) 南通職業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 共 35 頁(yè) 第 10 頁(yè) 裝 訂 線(xiàn) 第 2 章 設(shè)計(jì)內(nèi)容和過(guò)程 2.1 加工中心刀具庫(kù)換刀方式 本設(shè)計(jì)的加工中心的換刀方式是隨機(jī)存取換刀控制， 在 其中，還刀的位置是隨機(jī)的，刀具選擇（ CNC 來(lái)的代碼）指令與刀套號(hào)無(wú)關(guān)，是隨機(jī)變動(dòng)的，指令僅以刀具自身的直接編號(hào)為目標(biāo)。這種換刀方式在新刀取出后，刀庫(kù)不需轉(zhuǎn)動(dòng)，立即隨機(jī)存入原先使用的刀具，即換刀、存刀一次完成，縮短了換刀時(shí)間。 刀套編碼的 T 功能處理示 意圖 如圖 2.1 所示。 圖 2.1 T 功能處理圖 數(shù)控系統(tǒng)送出 T 代碼指令給 PLC， PLC 經(jīng)譯碼后在數(shù)據(jù)表中檢索，找到 T 代碼指令的新刀號(hào)所在的數(shù)據(jù)表地址，并與現(xiàn)行刀號(hào)比較，如果不符，則將刀庫(kù)回轉(zhuǎn)控制信號(hào)送刀庫(kù)控制系統(tǒng)，直接定位新刀號(hào)位置，刀庫(kù)停止回轉(zhuǎn)，并準(zhǔn)備換刀。 2.2 分析控制要求繪制自動(dòng)換刀程序流程圖 2.2.1 分析控制要求 根據(jù)加工要求，自動(dòng)將指定的刀具轉(zhuǎn)至換刀位置；刀庫(kù)盤(pán)上共有 20 把刀具供選擇；為提高換刀效率，要求換刀時(shí)按最小旋轉(zhuǎn)角（ 180）轉(zhuǎn)動(dòng)；為提高定位精度，當(dāng)指定刀具號(hào)轉(zhuǎn)至 離取刀口兩個(gè)刀具位置時(shí)減速。若設(shè)定值為 15，現(xiàn)值為 3，則15-3=12 10，置正轉(zhuǎn)標(biāo)志；若設(shè)定值為 6，現(xiàn)值為 3，則 6-3=3 10，置反轉(zhuǎn)標(biāo)志；若設(shè)定值為 1，現(xiàn)值為 3，則 1-3=-2， -2+20=18 10，置正轉(zhuǎn)標(biāo)志。由于 18 10，經(jīng)小于半數(shù)處理： 20-18=2 10，置減速標(biāo)志。 數(shù)控系統(tǒng)送出 T 代碼指令給 PLC，經(jīng) PLC 譯碼后在數(shù)據(jù)表中檢索，找到 T 代碼指定的新刀號(hào)所在的數(shù)據(jù)表地址，換刀起動(dòng)，并設(shè)定新刀號(hào)內(nèi)存。用設(shè)定刀號(hào)值 VW12減去當(dāng)前刀號(hào)值 VW10，得到的差值 VW14 內(nèi)存，若差值 VW14 為負(fù)值，取補(bǔ)后內(nèi)存，若差值大于刀庫(kù)存刀號(hào)的一半 10，則設(shè)正轉(zhuǎn)輸出標(biāo)志 M0.3，若小于 10，設(shè)反轉(zhuǎn)輸出標(biāo)志 M0.4；設(shè)正轉(zhuǎn)輸出標(biāo)志后使差值 VW14 小于一半（也就是 20 減差值 VW14，然后差值 VW14 內(nèi)存）；若差值 VW14 小于或等于 2，設(shè)減速標(biāo)志 M0.5。然后進(jìn)行數(shù) 控 裝 置 譯T指令代碼 刀號(hào)檢索 刀號(hào)符合判別 刀庫(kù)回轉(zhuǎn)指令 回轉(zhuǎn)指令 位置信號(hào)反饋 刀 庫(kù) 南通職業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 共 35 頁(yè) 第 11 頁(yè) 裝 訂 線(xiàn) 刀具檢測(cè) I0.0，若是正轉(zhuǎn) Q0.0，當(dāng)前刀號(hào)加，當(dāng)前值 VW10 內(nèi)存，若當(dāng)前值 VW10等于 0#， 1 號(hào)刀作為當(dāng)前值 VW10 內(nèi)存；若當(dāng)前值 VW10 不等于 0#，用差值 VW14減 1，差值 VW14 內(nèi)存；若不是正轉(zhuǎn) Q0.0，當(dāng)前號(hào)減，當(dāng)前值 VW10 內(nèi)存，若當(dāng)前值 VW10 等于 0#， 20 號(hào)刀作為當(dāng)前值 VW10 內(nèi)存，若當(dāng)前值 VW10 不等于 0#，則用差值 VW14 減 1，差值 VW14 內(nèi)存。然后看設(shè)定值 VW12 是否等于現(xiàn)值 VW10，等于，停車(chē)標(biāo)志 M0.7 有效，停車(chē)結(jié)束 Q0.3；不等于的話(huà)，停車(chē)標(biāo)志 M0.7 無(wú)效，正轉(zhuǎn)標(biāo)志 M0.3 有效，輸出正轉(zhuǎn) Q0.0，反轉(zhuǎn)標(biāo)志 M0.4 有效，輸出反轉(zhuǎn) Q0.4，減速標(biāo)志M0.5 有效，輸出減速 Q0.2，然后返回到差值 VW14 是否小于等于 2，反復(fù)循環(huán)，直至停車(chē)標(biāo)志 M0.7 有效，停車(chē) Q0.3 結(jié)束。 2.2.2 根據(jù)控制要求繪制程序流程圖 根據(jù)控制要求及系統(tǒng)的動(dòng) 作要求，繪制的程序流程圖如圖 2.2 所示。 南通職業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 共 35 頁(yè) 第 12 頁(yè) 裝 訂 線(xiàn) 圖 2.2 程序流程圖 Y 起 動(dòng) 換 刀 換刀號(hào) 換刀號(hào)設(shè)定內(nèi)存 設(shè)定值減當(dāng)前值 差值內(nèi)存 差值為負(fù)值 負(fù)值取補(bǔ)差值內(nèi)存 差值大于 10（一半）？ 設(shè)正轉(zhuǎn)輸出標(biāo)志 設(shè)反轉(zhuǎn)輸出標(biāo)志 使差值小于一半 （ 20 減差值差值內(nèi)存） N N Y 南通職業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 共 35 頁(yè) 第 13 頁(yè) 裝 訂 線(xiàn) 續(xù) 圖 2.2 Y N Y N N N Y Y N 停車(chē)標(biāo)志有效 ? Y 正轉(zhuǎn)標(biāo)志有效 輸出正轉(zhuǎn) 反轉(zhuǎn)標(biāo)志有效 輸出反轉(zhuǎn) 減速標(biāo)志有效 輸出減速 停車(chē) 結(jié)束 N 設(shè)停車(chē)標(biāo)志 設(shè)定值等于現(xiàn)值 ? 差值減 1差值內(nèi)存 1#當(dāng)前值內(nèi)存 20#當(dāng)前值內(nèi)存 當(dāng)前值 =0#? 當(dāng)前號(hào)減當(dāng)前值內(nèi)存 當(dāng)前值 =0#? 當(dāng)前號(hào)加當(dāng)前值內(nèi)存 是正轉(zhuǎn) ? 檢測(cè)刀具 設(shè)減速標(biāo)志 差值 =I +10 +20 VW14 VW14 IN2 EN SUB I OUT IN1 ENO 南通職業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 共 35 頁(yè) 第 20 頁(yè) 裝 訂 線(xiàn) 南通職業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 共 35 頁(yè) 第 21 頁(yè) 裝 訂 線(xiàn) Q0.0 M0.6 SUB I EN VW10 +1 IN1 IN2 ENO OUT VW10 Q0.1 M0.6 ADD I EN IN1 IN2 ENO OUT VW10 +1 VW10 SM0.0 VW10 I +20 M1.0 VW10 MOV W ENO OUT IN EN 南通職業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 共 35 頁(yè) 第 22 頁(yè) 裝 訂 線(xiàn) 南通職業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 共 35 頁(yè) 第 23 頁(yè) 裝 訂 線(xiàn) M0.6 SUB I EN VW14 +1 IN1 IN2 ENO OUT VW14 M0.3 M0.7 Q0.0 Q0.0 M0.4 M0.7 Q0.1 Q0.1 M0.5 M0.7 Q0.2 Q0.2 SM0.0 VW10 = = I VW12 M0.7 南通職業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 共 35 頁(yè) 第 24 頁(yè) 裝 訂 線(xiàn) 圖 2.5 程序梯形圖 語(yǔ)序 指令表 如下： 網(wǎng)絡(luò) 1 LD M0.0 O I0.1 EU = M0.1 網(wǎng)絡(luò) 2 LD I0.1 ED = M0.2 網(wǎng)絡(luò) 3 LD M0.2 MOVW +1, VW12 網(wǎng)絡(luò) 4 LD M0.1 MOVW VW12, VW14 -I VW10, VW14 M0.7 M0.3 M0.4 Q0.3 SM0.1 Q0.3 END 南通職業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 共 35 頁(yè) 第 25 頁(yè) 裝 訂 線(xiàn) A SM1.2 +I +20, VW14 網(wǎng)絡(luò) 5 LD M0.1 AW= VW14， +20 = M0.3 INVW VW14 INCW VW14 +I +20， VW14 網(wǎng)絡(luò) 6 LD M0.1 AW VW10, +20 = M1.0 MOVW +1, VW10 網(wǎng)絡(luò) 12 LD SM0.0 AW VW10, +0 = M0.6 MOVW +20, VW10 網(wǎng)絡(luò) 13 LD M0.6 南通職業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 共 35 頁(yè) 第 26 頁(yè) 裝 訂 線(xiàn) -I +1, VW14 網(wǎng)絡(luò) 14 LD SM0.0 AW= VW10, VW12 = M0.7 網(wǎng)絡(luò) 15 LD M0.3 O Q0.0 AN M0.7 = Q0.0 網(wǎng)絡(luò) 16 LD M0.4 AN M0.7 = Q0.1 網(wǎng)絡(luò) 17 LD M0.5 O Q0.2 AN M0.7 = Q0.2 網(wǎng)絡(luò) 18 LD M0.7 O SM0.1 O Q0.3 AN M0.3 AN M0.4 = Q0.3 南通職業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 共 35 頁(yè) 第 27 頁(yè) 裝 訂 線(xiàn) 南通職業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 共 35 頁(yè) 第 28 頁(yè) 裝 訂 線(xiàn) 第 3 章 設(shè)計(jì)結(jié)果與分析 3.1 程序調(diào)試 3.1.1 程序調(diào)試的步驟 （ 1）打開(kāi) STEP7-Micro/WIN32 編程軟件，用采單命令“文 件新建”，生成一個(gè)新的項(xiàng)目。用菜單命令“文件打開(kāi)”，可以打開(kāi)一個(gè)已有的項(xiàng)目。用菜單命令“文件另存為”可修改項(xiàng)目的名稱(chēng)。 （ 2）選擇菜單命令“文件類(lèi)型”，設(shè)置 PLC 的型號(hào)?？梢允褂脤?duì)話(huà)框中的“通信”按鈕，設(shè)置與 PLC 通信的參數(shù)。 （ 3）用“檢視”菜單可選擇 PLC 語(yǔ)言，選擇菜單命令“工具選項(xiàng)”，點(diǎn)擊窗口中的“通用”標(biāo)簽，選擇 SIMATIC 指令集，還可以選擇使用梯形圖（ LAD）或語(yǔ)句表（ STL）。 （ 4）輸入自動(dòng)換刀的梯形圖程序。用“ PLC”菜單中的命令或按工具條中的“編譯”或“全部編譯”按鈕來(lái)編譯輸入 的程序。 如果程序有錯(cuò)誤，編譯后在輸出窗口顯示與錯(cuò)誤有關(guān)的信息。雙擊顯示的某一條錯(cuò)誤，程序編輯器中的矩形光標(biāo)將移到錯(cuò)誤所在的位置。必須改正程序中所有的錯(cuò)誤，編譯成功后，才能下載程序。 （ 5）設(shè)置通信參數(shù)。 （ 6）將編譯好的程序下載到 PLC 之前， PLC 應(yīng)處于 STOP 工作方式。如果不在STOP 方式，可將 PLC 上的方式開(kāi)關(guān)扳到 STOP 位置，或單擊工具欄的“停止”按鈕，進(jìn)入 STOP 狀態(tài)。 單擊工具欄的“下載”按鈕，或選擇菜單命令“文件下載”，在下載對(duì)話(huà)框中選擇下載程序塊，單擊“確認(rèn)”按鈕，開(kāi)始下載。 （ 7）斷開(kāi)數(shù) 字量輸入板上的全部輸入開(kāi)關(guān)輸入側(cè)的 LED 全部熄滅。下載成功后，單擊工具欄的“運(yùn)行”按鈕，用戶(hù)程序開(kāi)始運(yùn)行，“ RUN” LED 亮。 （ 8）根據(jù)硬接圖接線(xiàn)，接兩個(gè)輸入端和四出，接電源；然后 進(jìn)行調(diào)試 運(yùn)行 。 3.1.2 程序調(diào)試過(guò)程 在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上輸入梯形圖， 使 PLC 處于 STOP 狀態(tài)， 再進(jìn)行下載， 下載成功后 根據(jù)輸入 /輸出配置表和硬件接線(xiàn)圖，接好兩個(gè)輸入端 I0.0、 I0.1 和四個(gè)輸出端 Q0.0、Q0.1、 Q0.2、 Q0.3， 然后接入電源， 最后進(jìn)行程序的調(diào)試運(yùn)行。 下面以一例子來(lái)說(shuō)明程序執(zhí)行過(guò)程。 設(shè)： 現(xiàn)在刀號(hào)是 3，新刀號(hào)是 1， 現(xiàn)值為 3，設(shè)定值為 1。 若 復(fù)位按鈕（ I0.1）打開(kāi) ， M0.1、 M0.2 置“ 0”，起動(dòng)復(fù)位動(dòng)作不執(zhí)行； 復(fù)位按鈕（ I0.1）閉合，起動(dòng)微分 M0.1 和復(fù)位微分 M0.2 動(dòng)作 ,減法指令置“ 1” ； 數(shù)控裝置送出T 代碼指令給 PLC，經(jīng) PLC 譯碼，在數(shù)據(jù)表中檢索，找到 T 代碼指定的新刀號(hào) 1 號(hào)所在的數(shù)據(jù)表地址 VW12，用設(shè)定值 VW12 VW10 即 1 3= 20， SM1.2 置“ 1” , 南通職業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 共 35 頁(yè) 第