基于PLC回轉刀庫設計說明書

1、精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)專心-專注-專業(yè)精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)中北大學信息商務學院課程設計任務書 2013/2014 學年第 1 學期所 在 系： 機械自動化系 專 業(yè)： 機械設計制造及其自動化 學 生 姓 名： 于暢 學 號： X06 課程設計題目： 數控技術課程設計 基于PLC的數控車床回轉刀庫控 制系統(tǒng)設計 起 迄 日 期： 2014年1月4日2014年1月10日 課程設計地點： 中北大學信息商務學院 指 導 教 師： 彭彬彬 董磊 系 主 任： 暴建崗 下達任務書日期: 2013 年12月 31日課 程 設 計 任 務 書

2、1設計目的：通過本課程設計的訓練，使學生在學完機床數控技術及相應的機床電器及PLC等課程之后，能夠運用所學的知識獨立完成數控車床刀庫的自動控制系統(tǒng)設計，從而使學生進一步加深和鞏固對所學知識的理解和掌握，并提高學生的實際操作能力。1運用所學的理論知識，進行數控系統(tǒng)設計的初步訓練，培養(yǎng)學生的綜合設計能力； 2掌握三相反應式步進電機進給驅動的原理和控制方法；3掌握PLC控制系統(tǒng)設計的基本技能，具備查閱和運用標準、手冊、圖冊等有關技術資料的能力；4基本掌握編寫技術文件的能力。2設計內容和要求（包括原始數據、技術參數、條件、設計要求等）：參考課程設計指導書1，對于普通車床數控化改造設計，電動刀架（四個

3、刀位）回轉驅動由三相感應式步進電機實現，完成其選型計算，用4位撥動開關設定轉動速度，并設計其啟動停止、正反轉、加減速和步數控制系統(tǒng)，數控系統(tǒng)的脈沖當量為0.01rad/脈沖。通過本課程設計,完成PLC選型輸入輸出信號分析與PLC的I/O分配圖主要元器件型號的選擇3設計工作任務及工作量的要求包括課程設計計算說明書(論文)、圖紙、實物樣品等：3.1. 設計任務1.步進電機選型計算；2. PLC控制程序設計；3.2設計工作量要求：1.電路接線圖和電器件清單；2.控制程序T形圖及其對應的程序清單；3.編寫課程設計說明書一份。（A4不少于10頁）3.3 三個同學分為一組，同學們之間可以互相討論研究工作內

4、容和設計方法，但每 位同學的設計任務必須各有側重獨立完成，不能有雷同現象。4主要參考文獻：要求按國標GB 771487文后參考文獻著錄規(guī)則書寫，例：傅承義，陳運泰，祁貴中.地球物理學基礎.北京：科學出版社，1985范超毅.數控技術課程設計.武漢:華中科技大學出版社,2007.5范云漲.數控編程設計簡明手冊. 北京:機械工業(yè)出版社,1994.73.李方園.數控機床電氣控制.清華大學出版社.2010.45設計成果形式及要求：提供設計說明書一份，要求內容與設計過程相符，且格式要符合規(guī)定要求。6工作計劃及進度：2014年1月4日 資料查閱階段2014年1月5日 1月9日 分析、設計、繪圖2014年1月

5、10日 答辯 系主任審查意見： 簽字： 年 月 日中北大學信息商務學院課 程 設 計 說 明 書學生姓名： 于暢 學 號： X06 系： 機械自動化系 專 業(yè)： 機械設計制造及其自動化 題 目： 數控技術課程設計 基于PLC的數控車床回轉刀庫 控制系統(tǒng)設計 指導教師： 彭彬彬 職稱: 副教授 董磊 職稱: 講師 2014年1月9日目錄 TOC o 1-3 h z u 1.基本設計參數1.1原始數據機床主電動機的額定功率為7.5kw，最大工件直徑D=100mm，主軸計算轉速n=85r/min1.2 其他參數最大加工直徑：床面上:400mm;床鞍上：最大加工長度：1000mm?？v向行程500mm;

6、橫向行程200mm?？焖龠M給速度：縱向，2400mm/min;橫向，1200mm/min。最大切削進給速度：縱向，500mm/min；橫向，250mm/min溜板及刀架質量：縱向，81.63kg；橫向，61.22kg。定位精度：0.04mm/全行程。重復定位精度：0.016mm/全行程。程序輸入方式：增量值、絕對值通用?？刂谱鴺藬担?。脈沖當量：縱向，0.01mm/脈沖；橫向，0.005mm/脈沖。2.縱向進給傳動鏈的設計和計算 2.1主切削力及其切削分力計算不同的切削方式，其主切削力的計算方法不盡相同。對于某種切削方式來說，主切削力的計算方法有有多種，根據經驗公式計算、根據切削用量計算和根據

7、主電動機切削功率計算等。本設計根據機床主電動機切削功率計算主切削力F。 （1）計算主切削力F 已知機床主電動機的額定功率為7.5kw，最大工件直徑D=100mm，主軸計算轉速n=85r/min。根據公式得刀具的切削速度為 取機床的機械效率為：，則由式（2-6）得： （2）計算各切削分力 車削抗力和可以按下列比例分別求出：=1：0.25：0.4 （2-4）所以走刀方向的切削分力和垂直走刀方向的分力可由式（2-4）求出 2.2坐標軸導軌摩擦力得計算 在切削狀態(tài)下坐標軸導軌摩擦力的計算可以查課程設計指導書： （1）由于坐標軸導軌水平的，根據式（2-8a）計算在切削狀態(tài)下的導軌摩擦力。此時導軌受到的垂

8、直方向切削力，縱向切削力，移動部件的全部質量（包括機床夾具和工件的質量）m=81.63kg，移動部件全部重量W=800N，查表2-3得鑲條緊固力，對于貼塑導軌，取導軌摩擦系數，則 （2）按式（2-9a）計算在不切削狀態(tài)下的導軌摩擦力和 2.3計算滾珠絲杠螺母副的軸向負載力 滾珠絲杠螺母副的最小軸向負載力發(fā)生在機床空載運行時。此時，最小軸向負載力可以計算如下： （1）按式（2-10a）計算最大軸向負載力 （2）按式（2-11a）計算最小軸向負載力 2.4滾珠絲杠的動載荷計算與直徑估算在進行滾珠絲杠初選時，必須了解各種切削方式下軸向負載力、進給速度的大小以及各種轉度的時間占總時間得百分比，目的是計

9、算當量轉速和當量載荷的大小。 1）按機床預期工作時間估算滾珠絲杠預期的額定動載荷 已知數控車床的預期工作時間，滾珠絲杠的當量荷載，查表2-28得，載荷系數；查表2-29，初步選擇滾珠絲杠的精度等級為3級精度，取精度系數；查表2-30得，可靠性系數。取滾珠絲杠的當量轉速（該轉速為最大切削進給速度時的轉速），已知，滾珠絲杠的基本導程，則 由式（2-19）得 2）按精度要求確定允許的滾珠絲杠的最小螺紋底徑（1）根據定位精度和重復定位精度的要求估算允許的滾珠絲杠的最大軸向變形 已知本車床縱向進給系統(tǒng)的定位精度為，重復定位精度為，則由式（2-23）、（2-24）得： 取上述計算結果的較小值，即。（2）估

10、算允許的滾珠絲杠的最小螺紋底徑 滾珠絲杠螺母副的安裝方式擬采用一端固定、一端游動支承方式，滾珠絲杠螺母副的兩個固定支承之間的距離為 取 由式（2-25）得 3）初步確定滾珠絲杠螺母副的規(guī)格型號 根據以上計算所得的和結構的需要，初步選擇南京工藝裝備公司生產的FFZL型內循環(huán)墊片預緊螺母式滾珠絲杠螺母副，型號為FFZL3206-3，其公稱直徑、基本導程、額定動載荷和螺紋底徑如下： 故滿足要求。2.5確定進給傳動鏈的傳動比i和傳動級數 根據步進電動機得脈沖當量可初步選定步進電動機，應該選用反應式步進電動機，步距角小，運行頻率高，價格較低，但功耗較大。根據附表A-5可初步選定。 取步進電機的步距角，滾

11、珠絲杠基本導程，進給傳動鏈的脈沖當量，則由式（2-69）得 按最小慣量條件，從圖2-42和圖2-43中查得該減速器應采用2級傳動，傳動比可以分別取為。根據結構需要，確定各傳動齒輪的齒數分別為，模數m=2，齒寬b=20mm。3.驅動電動機的選型與計算 3.1計算折算到電動機軸上的負載力矩 （1）計算則算到電動機軸上的切削負載力矩 已知在切削狀態(tài)下的軸向負載力，絲杠每轉一圈，機床執(zhí)行部件軸向移動的距離，進給傳動系統(tǒng)的傳動比，進給傳動系統(tǒng)的總效率，則由式（2-54）得 （2）計算則算到電動機軸上的摩擦負載力矩 已知在不切削狀態(tài)下的軸向負載力（即空載時的導軌摩擦力），則由式（2-55）得 （3）計算由

12、滾珠絲杠預緊力產生的并則算到電動機軸上的附加負載力矩 已知滾珠絲杠螺母副的效率，滾珠絲杠螺母副的預緊力為 則由式（2-56）得 （4）則算到電動機軸上的負載力矩的計算 = 1 * GB3 空載（快進力矩）時，由式（2-57a）得 = 2 * GB3 切削（工進力矩）時，由式（2-57b）得 3.2計算則算到電動機軸上的加速力矩根據以上計算結果和表A-5，初選110BF003型反應式步進電機，其轉動慣量；而進給傳動系統(tǒng)的負載慣量；對開環(huán)系統(tǒng)，一般取加速時間。當機床執(zhí)行部件以最快速度運動時的最高轉速為 由式（2-59）得 3.3計算橫向進給系統(tǒng)所需的則算到電動機軸上的各種力矩 （1）按式（2-61

13、）計算空載啟動力矩 （2）按式計算快進力矩 （3）按式計算工進力矩 3.4計算折算到電動機軸上的負載慣量 各坐標軸上的負載慣量有兩部分組成：一部分是做回轉運動的傳動件的轉動慣量折算到電動機軸上的負載慣量，另一部分是作直線運動的移動部件折算到電動機軸上的負載慣量。 （1）計算滾珠絲杠的轉動慣量 已知滾珠絲杠的密度，則由式（2-63）得 （2）計算折算到絲杠軸上的移動部件的轉動慣量 已知機床橫向進給系統(tǒng)執(zhí)行部件（即橫向溜板及刀架）的總重量；絲杠軸每轉一圈，機床執(zhí)行部件在軸向移動的距離，則由式（2-65）得 （3）計算各齒輪的轉動慣量 （4）由式（2-66）計算加在電動機軸上總負載轉動慣量 3.5選

14、擇電動機的型號 （1）選擇驅動電動機型號 根據以上計算結果和表A-5，選擇國產110BF003型反應式步進電機為驅動電機，其主要技術參數如下：相數，3；歩角數，；最大靜轉矩，；轉動慣量，；最高空載啟動頻率，1500Hz；運行頻率，7000Hz；分配方式，三相六拍；質量，6kg。 （2）確定最大靜轉矩 由表2-48給出的機械傳動系統(tǒng)空載啟動力矩與所需的步進電機的最大靜轉矩的關系可得 取和中的較大者為所需的步進電機最大靜轉矩，即 本電動機的最大靜轉矩為，大于，可以在規(guī)定時間里正常啟動，故滿足要求。 （3）驗算慣量匹配 為了使機械傳動系統(tǒng)的慣量達到較合理的匹配，系統(tǒng)的負載慣量與伺服電機的轉動慣量之比

15、一般應滿足式（2-67），即 因為，故滿足慣量匹配要求。4. PLC控制系統(tǒng)T型圖控制程序T型圖5.PLC指令程序表0 LD X0001 ANI M12 ANI M23 ANI M34 ANI M45 ANI M56 OUT M107 LD M208 ANI X0109 ANI C010 ANI C111 SFTR M10 M0 K6 K120 LD M521 OR M022 OR M123 OUT M10024 LD M125 OR M226 OR M327 OUT M10128 LD M329 OR M430 OR M531 OUT M10232 LD X00433 AND M10034

16、OR M10135 OUT Y10036 LD X00437 AND M10138 LDI X00439 AND M10040 ORB41 OUT Y00142 LD M10243 OUT Y00244 LDI T045 OUT T0 K1048 LDI T149 OUT T1 K552 LDI T253 OUT T2 K256 LD X00557 PLS M1159 LD X00560 AND T061 LD X00262 AND T163 ORB64 LD X00365 AND T266 ORB67 OR M1168 OUT M2069 LDI X00670 RST C072 LD X00673 AND M2074 OUT C0 K1077 LDI X00778 RST C180 LD X00781 AND M2082 OUT C1 K10085 END6.電路接線圖和電器件清單主要元器件型號明細表 文字符號名稱型號SB0啟動按鈕LA8-1(綠色)SB1、SB2和SB3變速按鈕LA8-1(綠色)SB4正反轉按鈕LA8-1(綠色)SB5、SB6和SB7步數控制按鈕LA8-1(綠色)SB8暫停按鈕LA8-1(紅色)FU電動機熔斷器RC1A型PLC可編程控制器FX2N-32MR型M三相反應式步進電機110BF003型7.主要參