数控铣床排屑槽升级改造毕业设计说明书.docx
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数控铣床排屑槽升级改造毕业设计说明书
数控铣床排屑槽升级改造
XX大学XX技术学院数控专业XXX
指导教师XXX
摘要:
针对深圳华亚数控机床有限公司的YHM600（A）世纪星系统数控铣床进行改造，增加自动排泄功能，并根据要求绘制电气原理图、选择相应元器件（包括：
中间继电器、交流接触器、各种规格的电线、电机、减速机构、排泄槽等），再根据电气原理图用C语言编制世纪星系统的PLC程序，此外由于华中数控世纪星数控系统采用的是"内装型"的PLC,必须在DOS环境下使用其专门C语言对其进行编程,这种编程方法没有采用Windows操作系统的方便快捷,并且使用其专门C语言编程和使用传统的梯形图编程相比,对编程人员的技术要求更高,不便推广使用，所以本设计还拓展了解了华中数控8型系统PLC梯形图的编制和应用。
关键词:
数控系统，plc，改造，自动排屑功能
ABSTRACT:
Forthencmachinetoolco.,LTD.ShenzhenChinaYHM600ShiJiXingsystemmodificationofCNCmillingmachine,（A）increasetheautomaticdischargefunction,andaccordingtotherequirementscreateelectricalschematicdiagram,selecttheappropriatecomponents（including:
intermediaterelay,accontactor,allkindsofwires,motors,retardingmechanism,dischargechute,etc.）,accordingtotheprincipleofelectricaldiagramagainShiJiXingsystemofPLCprogramwithClanguage,moreoverbecausethehuazhongncShiJiXingncsystemUSESAbuilt-intypeofPLC,mustintheDOSenvironmenttouseitsspecialClanguageprogramming,theprogrammingmethodwithoutusingtheWindowsoperatingsystemfastandconvenient,andusetheClanguageprogrammingandcomparedwithtraditionalladderdiagramprogramming,theprogrammingofthetechnicalrequirementshigher,inconvenientuse,sothisdesignalsoexpandtounderstandthehuazhongnc8systemestablishmentandapplicationofPLCladderdiagram.
Keywords:
thenumericalcontrolsystem,PLC,transformation,automaticchipremovalfunction
KEYWORDS:
CNCsystem,PLC,transformation,automaticchipremovalfunction
目录
前言1
1柔性生产线的概述2
1.1柔性制造系统FMS2
2排屑槽机械与电气部分改造3
2.1华亚机床3
2.1.1改造方案3
2.1.2分析得出方案3
2.2排屑机的选择4
2.3电机的选择4
2.4电路元件选择6
2.4.1熔断器的选择6
2.4.2空气开关的选择6
2.4.3接触器的选择6
2.4.4中间继电器的选择7
2.4.5导线选择7
2.5配件清单8
2.6电气控制原理图8
3排屑槽PLC改造1（世纪星系统）10
3.1PLC输入输出的确定10
3.1.1正转按钮的确定10
3.1.2排屑正转按钮X信号的确定10
3.1.3排屑正转灯Y信号的确定11
3.1.4排屑正转的输出信号的确定11
3.2排屑槽PLC编写13
3.3排屑槽PLC编译与修改14
4排屑槽PLC改造2（8型系统）15
4.1华中8型PLC介绍15
4.2排屑槽PLC和电气控制原理图的完善15
4.3PLC程序的载入与修改18
结论20
致谢21
参考文献22
前言
随着科技的发展，现在人们对产品的要求越来越高，所以产品的更新换代越来越快，对于这种品种多，更换频繁，生产批量又不大，设备专用性低导致的工艺稳定性差，生产效率低，为了适应时代的要求，柔性生产线应运而生。
近几十年来，企业在制造部门投入了越来越多的资金，数控机床、加工中心，柔性生产线FMS（FlexibleManufactureSystem），3D打印机等逐渐增多，这些先进的设备大大的提高了生产效率，同时也为制造领域提出了许多新概念，新思想，新方法所以我们不再单单停留在现有的基础上，受设备固有功能的约束，我们要学会根据实际情况，根据现场要求，对设备、生产线进行改造整合，以提高其灵活性和效率性，在保证产品质量的前提下，缩短生产周期，降低产品成本从而使得中小批量生产能与大批量生产相抗衡。
柔性生产线要求我们对数控机床，机械手，数控系统，PLC，气电控制原理，机械传动原理，传感器等都要有所了解。
本设计为超级基础入门级，所涉及的方面较少且非常基础，只是对一台普通的数控铣床进行简单的改造，意在引发大家开始了解关注柔性生产线，为大家提供一种新的方向和思考方式。
本次毕业设计，为了达到以下目的：
1、综合运用在校期间所学的专业理论知识和实践操作能力同时学会寻找、查阅、消化相关技术文献及网络资料；2、培养方案的制订、论证、计算、分析、比较、总结等能力同时培养对计算机绘图软件、编程软件的应用熟练程度；3、能绘制电气控制原理图、选择相应的元器件、编制C语言，编制修改PLC梯形图；4、具有撰写选题报告，分析“学生毕业论（设计）规范化规定”的能力；5、加强培养寻找问题，分析问题，解决问题的能力，加强与人沟通与人协作的能力。
1柔性生产线的概述
1.1柔性制造系统FMS
FMS是由各种不同机械结构组成的传输机构作为由多台可以调整的机床（多为专用机床）和其他工艺设备联结起来组成的加工系统的运输平台,在整个生产线上不同位置安装有多个不同功能的加工站,利用各种控制技术及机械加工技术,可完成多种高质量、高精度、高效率的加工。
系统集数控加工技术，可编程控制器技术，气电控制技术，机械传动技术，传感器技术和自动化技术为一体，它依靠计算机信息管理，并将多种生产模式结合，从而能够减少生产成本做到物尽其用。
简单来说，柔性制造系统就是一个高度自动化的系统，一般人们只要把毛胚运送到指定地方，就会有机械手将其放到传送带，传送到机床前并进行自动装夹，然后自动加工，自动拆卸再放回传送带，传送到成品区，所以只要一个人就可以看一整条生产线，甚至几条生产线。
这样大大减轻了操作者的工作强度，真正做到省时、省钱、省力，是未来发展的新趋向。
不过相对来说，柔性生产线对设计者、编程人员、维修调试人员的技术要求也高很多需要有很好的综合能力，需要我们不懈努力。
图1-1柔性生产线
下图为佛山某厂的柔性生产线：
2排屑槽机械与电气部分改造
2.1华亚机床
华亚YHM600（A）数控铣床是我在学校接触最多，了解最多的机床，它的铸件均采用树脂砂铸件，且需要经过两次人工时效处理，所以稳定性很高，各项精度保持长久；主运动和进给运动各有单独的电动机驱动，可实现各自单独快速移动；主运动和进给运动均为无极变速且可实现随时调速；工作台有3个进给运动，可实现三轴联动，能对复杂的二、三维凸凹型腔和表面进行加工；具有过载、短路、零压、欠压和超程等保护但任存在很多缺点，有待升级改造，下面我就介绍一下如何对其进行简单是改造。
2.1.1改造方案
1、分析现有的YHM600（A）数控机床选定排屑槽进行升级改造；
2、根据所选机床的大小，功率的大小，一般加工的材料，所处的环境，排屑装置、选择电机；
3、根据所选排屑装置的类型和电机功率选择其他电器元器件，包括：
熔断器、空气开关、中间继电器、交流接触器、各种规格的电线；
4、根据要求绘制电气控制原理图；
6、分析华中数控系统根据电气控制原理图编写C语言或PLC梯形图；
7、根据方案把以上东西组合成一个有机整体。
2.1.2分析得出方案
YHM600（A）数控铣床虽然相比起普通铣床或其他数控设备已经有很大的优势了，但还是不够完善，自动化和柔性程度还不够高，还有很多地方可以改进，例如：
可以加装刀库，自动换刀；加装液压虎钳，自动装夹工件；加装传送带，自动送料等。
但根据现实情况：
机床结构紧凑、空间狭小、系统版本较低、设备有限、资金不足、加工数量少……最后决定对其进行经济实惠又行之有效的改造：
排屑槽的升级改造。
这样不但能减轻操作者的劳动强度，提高生产效率同时提高了机床的柔性和自动化水平而且改造方便快捷，效果立竿见影。
2.2排屑机的选择
目前市场上应用最广的排屑机分别是刮板式排屑机，链板式排屑机，磁性排屑机和螺旋式排屑机但大家可以看到，深圳华亚数控机床有限公司的YHM600（A）数控铣床内部结构比较紧凑且空间非常狭小加上YHM600（A）数控铣床的废屑一般都是金属或废金属的颗粒状或者是较短的切屑，所以排屑装置选择螺旋式排屑装置，本装置是由电机经减速机构带动安装在沟槽中的一根长螺旋杆推动物料向前（向后），集中在出料口，落入指定位置。
该机结构紧凑，安装方便，占用空间小，传动环节少且故障率极低。
该装置还按照有无旋转轴，有无集屑槽分为4种形式，考虑到经济成本问题和机床的实际情况：
空间狭小、原本就有集屑槽的情况，最后决定采用无旋转轴，无集屑槽的。
2.3电机的选择
1）种类的确定：
因为自动排屑系统属于机床的辅助功能，所以对电动机的要求并不高，不需要变速、定位、反馈等功能，因此选用结构简单、功能较少但运行可靠、维修方便、价格实惠的三相异步电动机。
2）安装方式的确定：
分卧式安装、立式安装，为了方便选择卧式安装。
3）减速方案的确定：
但一般三相异步电动机的额定转速都比较高，，根据计算转速的公式：
N=60F/P
注：
公式中的F为变频器的输出频率，P为电机的极对数
电机是额定转速一般可达一千五左右，不能直接应用与排屑机，所以需要先进行减速，降到四五十左右，减速的方法有：
增加变频器、采用低速马达、采用齿轮减速马达。
由于对性能和空间的要求都不高，所以选择最经济实惠的齿轮减速马达，减速比大概1:
50
4）机额定功率和转矩的确定：
图2-1
由于排屑机只用与把机床的各种切屑排掉，而本机床一般只加工小型铝件或钢件，所以切屑的体积小和重量轻，对电动机的额定功率要求不高，但又不能太小，于是我选择200W的。
根据计算扭矩的公式：
注：
公式中的M为电机的扭矩（也称力矩），P为功率，N为电机转速
再加上减速马达的减速比，可以算出电机扭矩为六十左右。
5）额定电压的确定：
由于学校实训车间内用的电压是380V。
所以选择的是中小型异步电动机，额定电压为380/220V（Y/△接法）。
6）选择电机的各项参数
表2-1电机参数表
品牌：
CPG
型号：
CH22-200W-1：
50
类别：
齿轮减速机
安装形式：
卧式
额定功率：
0.2（kw）
额定电压：
220V/380V
额定电流：
0.85A/0.5A
级数：
4P
许用扭矩：
55.86（N.m）
输入转速：
1410（rpm）
减速比：
50
输出转速范围：
28.2（rpm）
图2-2排屑工作原理图
2.4电路元件选择
排屑电路的元件共采用熔断器、空气开关、交流接触器还有中间继电器。
2.4.1熔断器的选择
（1）熔断器类型的选择
主要根据短路电流的大小和负载的特性来选择，由于我们是用于功率较小的电动机的保护，所以一般采用RM10系列无填料密闭管式熔断器；
（2）熔断器额定电压的选择
由于是用于三相电路的熔断器所以其额定电压按相应额定线电压选择，也就是380V：
（3）熔断器额定电流的选择
由于是用于电动机短路时的保护，所以要考虑电机的启动电流，对于启动时间不长的电机一般选用熔断熔体的额定电流
，所以额定电流选4A或5A
2.4.2空气开关的选择
1）空气开关额定电压要大于等于线路的额定电压即380V
2）空气开关的额定电流和过电流脱扣器的额定电流应大于或等于被保护线路的计算电流。
3）在配电线路中的上、下级断路器的保护特性应相互协调配合，所以此空气开关因与上面的熔断器相配合，所以大概就选C4的就行
2.4.3接触器的选择
（1）选择接触器的类型
由于是交流负载所以选择交流接触器；
（2）选择主触点的额定电压
主触点的额定电压应应不小于负载的额定电压，即至少要大于220V
（3）选择主触点的额定电流
主触点的额定的电流应不小于负载电路的额定电流，即至少要大于0.5A
（4）选择接触器吸引线圈的电压。
由于控制电路采用的是220V交流电，所以交流接触器线圈的额定电压直接选用220V；
（5）根据使用类别选用相应产品系列
由于用于感应电动机的启动，负载为一般任务，所以选用AC-3类；
2.4.4中间继电器的选择
中间继电器主要依据被控制电路的电压等级，触点数量、种类来选用。
由于控制电路的电压为24V，触电数目不多，要求也不高所以选择
线圈电压：
24VDC
线圈功率：
5W
触点形式：
两开两闭
触点切换电压：
220V
触点切换电流：
12A
触点负载：
中功率
2.4.5导线选择
一、根据用电的设备的功率计算出导线的安全截流量：
1）信号回路中间继电器功率P：
5W，电压U：
24V
根据直流电流计算公式：
I=P/U求得电流I=0.21A；
2）控制回路交流接触器功率P：
80W，电压：
22V
根据单相交流电流计算公式：
I=P/（U*COSΨ）（为方便计算，COSΨ取值为1）求得I=0.36A；
3）主电路排屑机功率P：
200W，电压：
380V
根据三相交流电流计算公式：
I=P/（1.732*U*COSΨ）求得电流I=0.3A；
二、根据电流在下表选线
表2-2绝缘导线在环境温度35°C时的安全载流量（安）
导线截面（mm2）
安全载流量（A）
导线截面（mm2）
安全载流量（A）
0.5
8
2.5
27
0.75
10
4
36
1
16
6
47
1.5
20
10
64
如果根据计算结果，0.5mm2的线就足够了但是出于安全和耐用考虑同时为了易于区分并体现出上下级关系，信号回路选择0.5mm²兰线，控制回路选择1.0mm²红线，主回路选择0.75mm²黑线，地线一般要求线粗不少于2.5mm²，但为更好的保护接地，选择了4mm²黄绿线。
2.5配件清单
表2-3配件参考价
物品
型号/规格
数量
单价（元）
总价（元）
螺旋簧
外径47方钢小型排屑螺旋簧
2m
50元/m
100
电机
CH22-200W-1：
50
1
665
665
熔断器
RM10-5A380V
3
3.7
11.1
空气开关
TLB1-3P-C4A
1
30
30
接触器
A9-30-10
1
70
70
中间继电器
RXM2AB2BD
1
20
20
电线
0.5mm²兰线1.0mm²红线，0.75mm²黑线，4mm²黄绿线
若干
20
其他
83.9
合计
1000
上面是通过一个个部件买，然后再自己组装，所以会比较麻烦，而且技术含量比较高，所以如果嫌麻烦，完全可以买现成的，大概只要三千块，就有专人上门帮你测量、设计、安装、调试。
根据实际情况自由选择。
2.6电气控制原理图
由于该装置只需要控制排屑电机的转动而已，所以电气控制原理图很简单，主电路只要从电源那里拉三条火线过来接三条保险丝再接一个开关然后经过一个空气开关（QF1）和一个交流接触器（KM1）就直接接到电机；而控制电路则是从主电路三条火线中随意拉两条出来接变压器，变压成为两相220V电，然后接一个空气开关（QF2）和一个中间继电器（KA1）再接到交流接触器（KM1）的线圈上；信号回路则是把变压器变出的两相220V电拉到开关电源那变成24V直流电，再经过中间继电器（KA1）线圈和Y03信号线连接。
下图为排屑槽电路图和排屑槽电气连接实物图：
图2-4排屑槽电路图
图2-5排屑槽电气连接实物图
3排屑槽PLC改造1（世纪星系统）
3.1PLC输入输出的确定
当你编制程序的时候你会遇到几个个问题：
（1）面板上没有排屑正转按钮；
（2）不知道排屑正转按钮在PLC中的X输入是多少；
（3）不知道排屑正转按钮上的灯在PLC中的Y输出是多少；
（4）不知道排屑正转的输出信号要定为多少。
3.1.1正转按钮的确定
首先，世纪星的面板上的确没有排屑正转的按钮，但有两个空白键，可以由用户自由定义，我们就选择下图3-1圈出来的那个键定义为排屑正转按钮。
图3-1正转按钮的确定
3.1.2排屑正转按钮X信号的确定
其实想要知道一个按钮在PLC里面的输入是多少其实很简单，只要你在主菜单那里按下F10（扩张菜单），然后按F1（PLC）再按下F3（输入输出），就可进入PLC输入输出的状态图，这时你会发现当你按下你自己定义的那空白键时x34的寄存器第二位寄存器亮，这就是说排屑正转按钮在PLC中的X输入是x34.2。
具体操作可以看下图。
当按下空白键时x34.2亮了
图3-2排屑正转按钮X信号的确定
3.1.3排屑正转灯Y信号的确定
其实想知道排屑正转按钮上的灯在PLC中的Y输出是多少并不难，因为一般来说面板上的小灯的Y的输出是与其对应的按键的X的输入相对应的，所以既然找到了排屑正转按钮在PLC中的X输入是x34.2则正转按钮上的灯在PLC中的Y输出是Y34.2。
3.1.4排屑正转的输出信号的确定
排屑正转的输出信号是多少是你自己定的，只要是原来系统没用到的都可以用。
根据YHM600A机床的电气原理图再联系机床实际决定把排屑正转的输出信号定为Y0.3。
图3-3YHM600A机床的电气原理图
图3-4YHM600A机床实际电柜图
3.2排屑槽PLC编写
华中世纪星系统PLC编程是用C语言编程的，而世纪星是C语言和一般的C语言大致是一样的但还是有些许的差别，它和一般C语言程序一样都必须提供main（）函数一样，在编写C语言时必须提供如下系统函数定义及系统变量值：
externvoidinit（void）;//初始化PLC
externunsignedplc1_time;//函数plc1（）的运行周期，单位：
毫秒
externvoidplc1（void）;//PLC程序入口1
externunsignedplc2_time;//函数plc2（）的运行周期，单位：
毫秒
externvoidplc2（void）;//PLC程序入口2
因此，用户提供的plc1（）函数及plc2（）函数必须根据X及F寄存器的内容正确计算出G及Y寄存器的值。
经过上面的了解，我们大概就能编写一个最简单的程序，就是按下排屑槽正转的按钮（x34.2）系统会输出一个排屑槽正转的信号（y0.3）并且刀架正转按钮上的灯会亮：
#include"plc.h"//PLC系统头文件
voidinit（）//初始化PLC
{
}
voidplc1（void）//PLC程序入口1
{
plc1_time=8;
}
voidplc2（void）;//PLC程序入口2
{
plc2_time=64;
if（X[34]&0x04）
{Y[34]|=0x04;
Y[0]|=0x08;
}
else
{Y[34]&=~0x04;
Y[0]&=~0x08;
}
}
3.3排屑槽PLC编译与修改
当你编好程序之后如果想要编译PLC一般有俩个方法，第一个是比较较官方的方法：
首先，你手头上必须拥有华中数控公司所提供的PLC编译软件包。
它往往存在于一个名叫PLC的目录下面，其中必定包含一个名叫SYS的子目录。
然后，将您已经编写好的CLD文件拷贝到PLC的目录下面。
假设您的CLD文件名叫PLC_JS.CLD,在DOS提示符下敲入:
makeplcplc_js回车以后，系统就开始编译工作了。
这里的makeplc是一个批处理文件的名字，该文件MAKEPLC.BAT可以在PLC目录下找到。
如果编译成功，在该目录下就会生成一个PLC_JS.COM的程序。
第二个方法：
就是直接在机床面板那进入到DOS系统里，在这里面找到我们要修改的PLC文件，既PLC_21MUCLD，然后在上面进行修改，方便快捷。
图4-5DOS系统里的PLC
4排屑槽PLC改造2（8型系统）
4.1华中8型PLC介绍
由于华中数控世纪星数控系统采用的是"内装型"的PLC,必须在DOS环境下使用其专门C语言对其进行编程,这种编程方法没有采用Windows操作系统的方便快捷,并且使用其专门C语言编程和使用传统的梯形图编程相比,对编程人员的技术要求更高,不便推广使用，所以本设计还拓展了解了华中数控8型系统PLC梯形图的编制和应用。
于2011年研发成功的华中8型数控系统具备全数字现场总线、多通道、多轴联动、高速高精、使用方便、配套齐全等特点，最主要的是华中8型数控系统的PLC是采用梯形图来编制和应用的，看上去简单明了，修改起来方便快捷，而且还有一个基于Windows操作系统的PLC编程软件，使得8型数控系统PLC能够更好的根据客户的要求进行修改，以适应各种复杂多变的加工要求和加工环境，变得更加柔性化了。
4.2排屑槽PLC和电气控制原理图的完善
由于本人资质愚钝，对世纪星系统的C语言编程了解的还不够透彻，所以没办法充分运用其各项功能，而8型系统的梯形图相对简单易懂，所以我就相对上面的程序对排屑槽的PLC进行完善：
1）可以实现手动控制排屑槽正转、反转、停止；
2）可以通过在MDI模式下或在程序里输入M13、M14、M15来控制排屑槽正转、反转、停止；
3）当排屑槽过载，低压熔断器跳闸的时候会有个X1.5的信号，系统就会自动报警，提示排屑槽过载。
根据上面几个要求绘制新的排屑槽电气原理图，然后对实物进行连线，再就是根据要求编写PLC梯形图。
图4-1排屑槽电气原理图
图4-2排屑槽电气连接实物图
图4-3PLC梯形图
从上面PLC梯形图你可以看到，其实编写起来很简单而且很容易看懂，里面唯一没接触过的就是两个功能模块MGET（M指令获取）和MACK（M指令应答），但这两个功能模块其实也不是很难理解，类似梯形图第12行的意思就是如果你的程序里有M13或在
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