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.docx

目 录前言11设计任务的初始分析与计算21.1 设计要求21.2 刀库的结构形式21.3刀库的选刀方式22 主要元器件型号的选型32.1步进电机及其驱动器的选型32.2PLC的选型32.3 主要电器件清单43PLC控制系统的设计43.1 PLC控制程序设计43.2 电路接线图93.3 PLC控制程序梯形图103.4 PLC控制程序指令表124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30.75/1.580V6A7.84N·m1500Hz7000Hz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2PLC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X004T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-3F110M3PLC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3。表3 寄存器内容类型D201当前换刀位刀座号D202,D203旋转一个刀座位置所需脉冲数D204,D205高速最高频率D206,D207中高速最高频率D208,D209中低速最高频率D210,D211低速最高频率D212,D213输出到驱动器