经济型数控车床电动刀架PLC控制电路设计文档格式.doc

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三、车床控制…………………………………………………………….16

1）、简易刀架的控制…………………………………………………...17

2）、带编码器可双相换刀的刀架控制………………………...………19

第五章、数控车床的ＰＬＣ控制………………………………………..21

数控车床自动换刀PLC控制………………………………………….…21

1.电气设计要求………………………………………………………22

2.电动刀架PLC控制…………………………………………………23

第六章、参考资料.………………………………………………………..25

第七章、总结……………………………………………………………...25

感谢信……………………………………………………………………...26

摘要

摘要：

数控车床今后将向中高当发展，经济型数控刀架配套，采用电动刀架，预计近年来对数控刀架需求量将大大增加。

数控刀架的发展趋势是：

随着数控车床的发展，数控刀架开始向快速换刀和伺服驱动方向发展。

本部分主要对六工位立式电动刀架的PLC车床控制设计，并对电动刀架的电路设计。

最后的提出了对电动刀架提出了意见和措施。

关键词：

经济型数控车床；

车床刀架；

PLC控制电动刀架

毕业设计任务书

一、设计题目：

经济型数控车床电动刀架PLC控制电路设计

二、设计的目的

1）掌握数电动刀架的功能。

2）掌握电动刀架PLC控制电路的组成。

3）掌握电动刀架输入、输出接口的设计方法。

三、设计要求

利用数控装置进行数控化改造。

要求用PLC控制经济型数控车床电动刀架：

1）数控电动刀架接口原理框图设计。

2）控制限位输入、输出接口电路设计。

3）选择接口元器件。

4）安装调试说明。

四、完成的技术资料

要求说明详细，字迹工整，原理正确，元件选择有理。

图形清晰，图纸规范，符号标准，线条均匀，用计算机画图。

（1）设计图纸安装原理图、元件安装布置图、接线图。

（2）毕业设计说明书（15000，文字不少于6000字）

1）设计题目

2）设计方案论证

3）控制原理说明

4）元件明细表

5）设计总结及改进意见

第一章数控车床的分类

数控车床可分为卧式和立式两大类。

卧式车床又有水平导轨和倾斜导轨两种。

档次较高的数控卧车一般都采用倾斜导轨。

按刀架数量分类，又可分为单刀架数控车床和双刀架数控车，前者是两坐标控制，后者是4坐标控制。

双刀架卧车多数采用倾斜导轨。

数控车床与普通车床一样，也是用来加工零件旋转表面的。

一般能够自动完成外圆柱面、圆锥面、球面以及螺纹的加工，还能加工一些复杂的回转面，如双曲面等。

车床和普通车床的工件安装方式基本相同，为了提高加工效率，数控车床多采用液压、气动和电动卡盘。

数控车床的外形与普通车床相似，即由床身、主轴箱、刀架、进给系统压系统、冷却和润滑系统等部分组成。

数控车床的进给系统与普通车床有质的区别，传统普通车床有进给箱和交换齿轮架，而数控车床是直接用伺服电机通过滚珠丝杠驱动溜板和刀架实现进给运动，因而进给系统的结构大为简化。

一、按车床主轴位置分类

（1）立式数控车床立式数控车床简称为数控立车，其车床主轴垂直于水平面，一个直径很大的圆形工作台，用来装夹工件。

这类机床主要用于加工径向尺寸大、轴向尺寸相对较小的大型复杂零件。

（2）卧式数控车床卧式数控车床又分为数控水平导轨卧式车床和数控倾斜导轨卧式车床。

其倾斜导轨结构可以使车床具有更大的刚性，并易于排除切屑。

二、按加工零件的基本类型分类

（1）卡盘式数控车床这类车床没有尾座，适合车削盘类（含短轴类）零件。

夹紧方式多为电动或液动控制，卡盘结构多具有可调卡爪或不淬火卡爪（即软卡爪）。

（2）顶尖式数控车床这类车床配有普通尾座或数控尾座，适合车削较长的零件及直径不太大的盘类零件。

三、按刀架数量分类

（1）单刀架数控车床数控车床一般都配置有各种形式的单刀架，如四工位卧动转位刀架或多工位转塔式自动转位刀架。

（2）双刀架数控车床这类车床的双刀架配置平行分布，也可以是相互垂直分布。

四、按功能分类

（1）经济型数控车床采用步进电动机和单片机、PLC对普通车床的进给系统进行改造后形成的简易型数控车床，成本较低，但自动化程度和功能都比较差，车削加工精度也不高，适用于要求不高的回转类零件的车削加工。

（2）普通数控车床根据车削加工要求在结构上进行专门设计并配备通用数控系统而形成的数控车床，数控系统功能强，自动化程度和加工精度也比较高，适用于一般回转类零件的车削加工。

这种数控车床可同时控制两个坐标轴，即X轴和Z轴。

（3）车削加工中心在普通数控车床的基础上，增加了C轴和动力头，更高级的数控车床带有刀库，可控制X、Z和C三个坐标轴，联动控制轴可以是（X、Z）、（X、C）或（Z、C）。

由于增加了C轴和铣削动力头，这种数控车床的加工功能大大增强，除可以进行一般车削外可以进行径向和轴向铣削、曲面铣削、中心线不在零件回转中心的孔和径向孔的钻削等加工，

第二章经济型数控系统

按数控系统的功能水平,可以把数控系统分为高、中、低三档，低档数控系统即可认为是经济型数控系统。

经济型数控系统一般分辩力和进给速度较低、联动轴数少、人机接口较简单。

一、经济型数控系统的构成及功能

1、开环数控系统的总体结构

CNC数控系统由以下几个部分构成：

1）微机，通常包括中央微处理器、存储器、I/O接口等。

2）进给伺服系统，在开环数控系统中为步进电机伺服系统。

3）开关量控制及主轴控制，这部分涉及到M、T、S代码的执行。

4）人机接口和通信接口。

2、数控系统的功能

802S系统的功能有：

1、进给轴/主轴监控；

2、连续路径加工，准确停方式；

3、速度，设定值—实际值系统，闭环控制；

4、手动操作及手轮运行；

5、程序运行；

6、补偿；

7、端面轴；

8、回参考点运行；

9、主轴控制；

10、输出给PLC的辅助功能；

11、进给率；

12、刀具补偿；

13、急停等功能。

3、数控系统的电气连接

如果机床使用变频器作为主轴驱动单元，在设计电柜时应考虑采取必要的抗干扰的措施。

变频器是很强的干扰源（主要是电源干扰和无线干扰）。

如果可能，变频器可安装在独立的电柜内。

当变频器和CNC必须安装在同一电柜内时，应按下列要求进行电柜布局：

1、变频器的电源进线和动力出线在电柜内的长度应尽可能短；

2、变频器的电源线和动力线应单独布线；

3、CNC的模拟量控制信号应屏蔽，屏蔽应在变频器端接地；

4、变频器的动力线也应屏蔽，屏蔽应在电动机地脚端接地。

4、数控系统的调试

1、PLC应用程序调试

当系统各部件连接完毕后，首先必须调试PLC应用程序中的相关动作。

只有在所有安全功能都正确无误时，才可以进行NC参数和驱动器的调试。

2、数控系统的参数设置

PLC机床参数设置完成后，要进行数控系统的参数设置。

数控系统的主要参数包括：

通用机床数据、显示机床数据、通信专用机床数据、轴相关机床数据、设定数据等。

经济型数控车床采用步进电动机和单片机、PLC对普通车床的进给系统进行改造后形成的简易型数控车床，成本较低，但自动化程度和功能都比较差，车削加工精度也不高，适用于要求不高的回转类零件的车削加工。

二、车床经济型数控系统硬件设计

经济型数控系统的硬件和软件设计直接影响数控系统的加工性能和操作性能。

本文介绍经济型数控系统硬件设计中经常遇到的一些问题及处理方法。

1、功能选择

系统功能选择的方法有几种不同的方式，使用CRT显示器作为显示终端时，可以制作功能菜单，用户可以通过菜单选择功能。

但经济型数控系统为了降低成本，一般不用CRT显示器，而用数码管组成显示终端。

这时可用波段开关通过并行接口组成功能选择电路。

图1是由接口电路8255和波段开关组成功能选择

图2-1功能选择及对刀处理电路原理

程序编辑――加工程序的录入、检查和修改。

参数设定――设定传动间隙、G00速度、刀具参数等。

文件处理――加工程序装入和转存等。

对刀处理――手动和自动检测刀具位置和半径参数并自动存入系统。

手动处理――手动进给。

连续加工――连续执行加工程序。

单段加工――每次执行一段加工程序。

在系统启动后的主程序和以后的各个功能程序中，通过8255循环检测波段开关的位置，并转入相应的功能模块。

2、对刀处理

我们设计的车床经济型数控系统中采用的对刀方式既可实现手动对刀，又可实现自动对刀。

对刀棒为一定尺寸的绝缘圆棒，其头部采用金属材料，与机床绝缘，刀具通过机床接地。

对刀时刀架带动刀具向对刀棒靠近，对刀信号经8255的PA7送入系统。

刀尖与对刀棒不接触时系统接收到高电平，刀尖与对刀棒接触时系统接收到低电平。

进入对刀功能后有三种选择，手动对刀、自动对刀和计算刀补值。

手动对刀方式，显示当前刀位号，用键盘的换刀键手动换刀，用键盘的方向键（横向或纵向）移动刀具。

当刀具与对刀棒接触后，刀具移动自动停止并保存其移动距离，继续等待键盘操作。

当选择退出手动对刀时，则退出手动对刀功能返回对刀主程序。

自动对刀方式，首先保证刀具从1号位开始，并显示当前刀位号。

自动对刀分为纵向对刀和横向对刀。

纵向自动对刀时，刀具从第一把刀开始纵向移动至与对刀棒接触时并记录下该刀具的移动距离，将该刀具退至原位并自动换至第二把刀，纵向移动至与对刀棒接触并记录下该刀具的移动距离，直到所有刀具完成对刀并自动保存刀具移动距离。

横向自动对刀的方法与纵向相同，只是刀具的移动方向不同。

当选择退出自动对刀功能时，则退出自动对刀功能返回对刀主程序。

第三章数控机床的可编程序控制器

一、数控机床用PLC

数控机床用PLC可分为两类：

一类是专为实现数控机床顺序控制而设计制造的“内装型”PLC，另一类是那些输入/输出接口技术规范、输入/输出点数、程序存储容量以及运算和控制功能等均能满足数控机床控制要求的“独立型”PLC。

（一）“内装型”PLC

“内装型”PLC从属于CNC装置，PLC与NC间的信号传送在CNC装置内部即可实现。

PLC与MT（机床侧）则通过CNC输入/输出接口电路实现信号传送。

如图：

图3-1具有内装置型PLC的CNC机床系统框图

（二）“独立型”PLC

独立型PLC是独立于CNC装置，具有