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包头职业技术学院 数控技术系毕业设计说明书
论文 题 目 专 业 数控设备应用与维护 班 级 学 号 学生姓名 指导教师 张丹丹 年 月 日目 录 II 目 录 摘 要 ................................................................................................................. 1 绪论 ....................................................................................................................... 3 1.1 概述 ............................................................................................................. 3 1.2 继电器控制系统与PLC控制系统的比较 .................................................. 3 1.3 本
论文的主要研究内容 ............................................................................... 5 2 西门子802C数控系统 ........................................................................................ 6 2.1西门子802C数控系统的构造与功能 .......................................................... 6 2.2 西门子802C数控系统硬件设计................................................................. 8 3 车床刀架PLC控制 ........................................................................................... 10 3.1数控机床PLC ............................................................................................. 10 3.2 四工位刀架的介绍 .................................................................................... 11 3.2.1 刀架的选用 ...................................................................................... 11 3.2.1 四工位刀架的组成 ........................................................................... 11 3.2.2四工位刀架的机械结构 .................................................................... 13 3.3西门子802C数控车床刀架的PLC程序 ................................................... 15 结 论 ..................................................................................................................... 24 致 谢 ..................................................................................................................... 25 参考文献 ................................................................................................................. 26 摘 要 摘 要 数控车床今后将向中高档的方向发展所使用的刀架配套将采用电动刀架预计近年来对数控刀架需求量将大大增加。
而且随着数控车床的发展数控刀架开始朝着快速换刀和伺服驱动的方向发展。
而PLC可编程序控制器是以微处理器为基础综合了计算机技术、自动控制技术和通讯技术发展而来的一种新型工业控制装置。
它具有结构简单、编程方便、可靠性高等优点已广泛用于工业过程和位置的自动控制中。
西门子802C系统是专门为中国数控机床市场而开发的经济型CNC控制系统性能价格比非常高其特性结构紧凑高度集成于一体的数控单元操作面板机床操作面板和输入输出单元机床调试配置数据少系统与机床匹配更快速、更容易简单而友好的编程界面保证了生产的快速进行优化了机床的使用西门子802C集成了所有的CNCPLCHMIIO于一身可独立于其他部件进行安装。
坚固而又节省空间的设计使它可以安装到最方便用户的位置。
本课题主要介绍了西门子802C系统及数控车床刀架的PLC控制设计分析了数控机床的基本组成、刀架控制系统的硬件组成和刀架PLC程序及机床的有关参数并设计出刀架控制的PLC程序。
关键词数控车床‘西门子802c系统PLC 2 1 绪论 3 1 绪论 1.1 概述 数控刀架是数控车床的重要组成部分在我国被命名为机床附件在国外被定义为机床功能件。
随着数控机床的飞速发展机床设计已由传统的统筹设计发展到模块化设计即按照机床的功能化分模块因此这些功能部件的性能已成为整机性能的决定因素。
数控刀架作为数控车床的动作执行部件其基本结构包括驱动装置、分度装置、预定位装置、松开、锁紧装置、精定位装置、发信装置、装刀装置。
数控刀架的换刀动作如下系统发出指令—齿盘松开—刀架旋转分度—到达目标工位并发信号给系统—齿盘锁紧精定位—系统确认后进行切削。
1.2 继电器控制系统与PLC控制系统的比较 图1-1 继电器 继电器是一种电子控制器件是一种当输入量电、磁、声、光、热达到一定值时输出量将发生跳跃式变化的自动控制器件。
它具有控制系统又称输入回路和被控制系统又称输出回路通常应用于自动控制电路中它实际上是用较小的电流去控制较大电流的一种“自动开关”。
故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。
如图1-1所示。
可编程控制器Programmable Controller是计算机家族中的一员是为工业控制应用而设计制造的。
早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器Programmable Logic Controller简称PLC它主要用来代替继电器实现逻辑控制。
随着技术的发展这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围因此今天这种装置称作可编程控制器简称PC。
但是为了避免与个人计算机Personal 1 绪论 4 Computer的简称混淆所以将可编程控制器简称PLCplc自1966年出现美国日本德国的可编程控制器质量优良功能强大。
PLC控制系统与继电器控制系统相比有许多相似之处也有许多不同。
传统的继电器控制系统被PLC取代已是必然趋势从适应性、可靠性、方便性及设计、安装、维护等各方面比较PLC都有显著的优势。
1.适应性 继电器控制系统采用硬件接线方式针对固定的生产工艺设计系统只能完成固定额功能。
系统构成后想再改变或增加功能较为困难。
一旦工艺过程改变系统则需要重新设计。
而PLC采用了计算机技术其控制逻辑通过软件来实现要改变控制逻辑只需改变程序。
因而很容易改变或增加系统功能。
PLC系统的灵活性和可扩展性较好。
2.可靠性和可维护性 继电器控制系统使用了大量的机械触电连线也多。
触点开闭时会到电弧的损坏并有机械磨损寿命短因此可靠性和可维护性差。
而可编程序控制器采用微电子技术大量的开关动作由无触点的半导体电路来完成它体积小寿命长可靠性高。
可编程序控制器还配有自检和监督功能能检查出自身的故障并随时显示给操作人员还能动态地监视控制程序的执行情况为现场调试和维护提供了方便。
3.设计和施工 使用继电器控制系统完成一项控制工程其设计、施工、调试必须依次进行周期长而且维修困难。
工程越大这一点就越突出。
而用可编程序控制器完成一项控制工程在系统设计完成以后现场施工和控制逻辑的设计包括梯形图设计可以同时进行周期短且调试和维修都很方便。
2、PLC与传统继电器比较的优点 最大优点就是电路不需要大范围的改动就能适合大量的控制电路。
要是控制电路变化了原来的继电器电路都要更改可能连原来的电路板都不能用了。
而PLC的更改就很少。
只要重新编程把输入电路和输出电路更改就能实现了更改PLC最开始就是设计用来需要频繁更改控制电路的地方。
PLC的优点是外部接线简单内部程序可变在不改变接线的情况下可以重新设计程施工周期短内部软继电器是寄存器没有触点故障率低寿命长抗干扰1 绪论 5 能力强执行时间短应用指令多可实现复杂的控制功能等等.传统继电器的不足之处是有触点系统故障率高平均修复时间长寿命短功耗大改变系统功能将要重新接线工作量大容易出错执行时间长等等。
1.3 本
论文的主要研究内容 本
论文的重点和难点就是对西门子802C数控车床刀架控制设计和PLC程序的调试需要对刀架的结构非常了解清楚刀架上的传感器信号的输入输出。
其研究途径可根据西门子802C数控车床中原有的PLC程序了解刀架PLC程序的整个换刀过程然后根据实际刀架的结构进行刀架PLC程序调试。
具体研究内容如下 1、设计刀架控制系统 在原有西门子802C数控车床的刀架控制系统的基础上对其系统进行深入的研究。
2、有关机床参数、四工位刀架结构 在实验室里查阅有关机床的参数以及四工位刀架的结构原理图。
3、有关PLC程序设计 在原有西门子802C数控车床PLC程序的基础上加以改进和完善。
4、 撰写有关毕业设计说明书 经过老师的指导撰写和整理说明书。
2 西门子802C数控系统 6 2 西门子802C数控系统 2.1西门子802C数控系统的构造与功能 图2-1 西门子802C数控系统 如图2-1所示 1.西门子802C系列系统的构造 西门子802C数控系统CNC可以进行 3 轴控制及3 轴联动控制系统带有±10V 的主轴模拟量输出接口 可以配具有模拟量输人功能的主轴驱动系统。
西门子802C CNC控制器与伺服驱动SIMODRIVE611U 和lFK7伺服电动机的连接西门子802C base line CNC 控制器与伺服驱动 SIMODRIVE base line 和 lFK7 伺服电动机的连接。
2. 西门子 SINUMERIK 802C 数控系统的接口 1电源端子:X1 系统工作电源为直流 24V 接线端子为 X1 。
2 通信接口: X2——RS232 在使用外部 PC/PG 与西门子802Cbase line 进行数据通信 WINPCIN 或编写 PLC 程序时 使用 RS232 接口。
3 编码器接口:X3X6 编码器接口X3X4 和 X5 为 SUB-D15 芯孔插座编码器接口 X6 也是 SUB-D15 芯孔插座 在 802C base linek 中作为编码器 4 接口 在 802S base line 中作为主轴编码器接口使用。
2 西门子802C数控系统 7 4 驱动器接口:X7 驱动器接口X7为SUB-D 50 芯针插座SINUMERIK802C base line 中 X7 接口的引脚。
5 手轮接口:Xl0 通过手轮接口X10可以在外部连接两个手轮。
Xl0 有 10 个接线端子 。
6 数字输入/输出接口:XlOOX105X200和X201 共有48个数字输入和16 个数字输出接线端子。
其48个输入接口X100X105 16个输出接口 X200和X201 。
3.西门子802C数控系统的功能 西门子802C base line 集成了所有的CNCPLCHMII/O 于一身是专门为中国数控机床市场而开发的经济型 CNC 控制系统。
功能如下 结构紧凑高度集成于一体的数控单元操作面板机床操作面板和输入输出单元。
机床调试配置数据少系统与机床匹配更快速、更容易。
简单而友好的编程界面保证了生产的快速进行优化了机床的使用。
可独立于其他部件进行安装。
坚固而又节省空间的设计使它可以安装到最方便用户的位置。
操作面板提供了所有的数控操作编程和机床控制动作的按键以及8英寸LCD显示器同时还提供12个带有LED 的用户自定义键。
工作方式选择6 种进给速度修调主轴速度修调数控启动与数控停止系统复位均采用按键形式进行操作。
西门子802C base line可控制三个进给轴提供传统的± 10V 的伺服驱动接口除三个进给轴外西门子802C base line 都提供一个± 10V 的接口用于连接主轴驱动 。
西门子802C base line 基本配置的驱动系统为SIMODRIVE base line3Nm/6Nm和6Nm/8Nm 双轴模块与- 11Nm单轴模块驱动带单极对旋转变压器的1FK 7伺服电机当需要进行功率扩展应用时可以选用SIMODRIVE 611U伺服驱动系统和带单极对旋转变压器的1FK 7 伺服电机SINUMERIK 802C base line控制软件已经存储在数控部分的Flash-EPROM闪存上Toolbox软件工具调整所用的软件工具包含在标准的供货范围内。
系统不再需要电池免维护设计。
采用电容防止掉电引起的数据丢失。
程序的变化和新程序软件存储。
系统软件面向车床和铣床应2 西门子802C数控系统 8 用并可单独安装。
在每一个工具盒中都包含有车床和铣床的PLC 程序示例以便用户能很快地调试完毕。
图2-2 西门子802C车床控制系统图 2.2 西门子802C数控系统硬件设计 1西门子802C硬件组成 ENC控制部件用于控制最多3个模拟坐标轴一个模拟信号接口用于控制主轴驱动ENC经济型数字控制。
OP020NC控制面板.带图形显示和键盘MCP机床控制面板。
2 西门子802C数控系统 9 DI/01616点二进制输入/输出用四个模块最大可扩展到64点。
图2-3 西门子802C数控系统硬件 2硬件设计 1.机床控制系统精确控制坐标轴X和Z 2.主轴驱动系统 西门子802C数控系统提供一个±10V的接口连接主轴驱动 3.控制面板 图2-4 西门子802C车床控制系统图3 车床刀架PLC控制 10 3 车床刀架PLC控制 3.1数控机床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面设计制造的“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。
1.“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间的信号机床侧则通过NC输入/输出接口电路实现信号传送。
如图3-1: 图3-1 内装型PLC 2. 独立型PLC 独立型PLC是独立于CNC装置具有完备的硬件和软件功能能够独立完成规定控制任务的装置。
如图3-2: 3 车床刀架PLC控制 11 图3-2 独立型PLC 3.2 四工位刀架的介绍 3.2.1 刀架的选用 目前数控车床刀架基本为电动刀架其特点是定位更准确、迅速。
老式传统车床刀架多为手动、液压驱动或少部分的电动改造时可以根据需要对其加以更换。
电动刀架可分为卧式转塔刀架一般安装812把刀和立式电动刀架立式电动刀架有四工位或六工位其中每一种刀架又有抬刀刀架两端齿盘和免抬刀刀架三端齿盘之分。
卧式转塔刀架价格相对较贵改造中常用四六工位电架。
本文所研究使用的是四工位刀架。
3.2.1 四工位刀架的组成 电动四工位刀架如图3-3所示刀架由电动机、蜗轮蜗杆机构传动轴蜗杆下齿盘上齿盘定位槽插销丝杠螺母机构反靠槽霍尔开关磁性板霍尔元件电路或干簧管、微动开关电路等组成。
3 车床刀架PLC控制 12 图3-3 四工位刀架 当数控系统发出换刀指令后通过比较电路比较目标刀具与原刀具的位置差再来判断是否要旋转若与原来的一样的话刀架没有任何的动作若不一样的话在确定好目标刀具号后刀盘松开并被顶起然通过接口电路使电机正转经传动装置、驱动蜗杆蜗轮机构蜗轮带动丝杠螺母机构将刀盘松开并抬起直至两定位多齿盘脱离啮合状态然后由插销带动刀盘转位数控装置发出的换刀指令使霍尔开关中的某一个选通当磁性板与被选通的霍尔开关对齐后霍尔开关反馈信号使电机反转并夹紧的动作插销向预分度盘上的分度槽反靠实现预分度刀盘停止转动通过丝杠机构使刀盘移动到齿盘重新啮合实现精确定位。
多齿盘啮合精确定位后电机应能停止反转。
换刀完成。
例如四工位自动回转刀架回转电机反转1.5s后由数控装置自动停止防止电机不停反转而过载毁坏。
反靠机构使卜带动刀架旋转的机构由于它必须在刀架正转时对卡死反转时半卡死因此该反靠槽的两个侧面一个设计成垂直面另一个设计成倾斜面。
预定位插销和预定位槽在下齿盘上的作用在于实现刀架的预定位。
电机正转时定位插销被插销上方的弹簧拉起回转电机反转插销被弹簧入预定位槽内实现刀架的预定位精确定位采用多齿盘结构利用其表面精度高、硬度高的梯形齿结构进行啮合以达到精确定位。
整个信号走向是操作面板或程序发出换刀指令输到CNCCNC与PLC输出转接板来控制输出板上的中继的动作从而控制电动刀架的正反转当从CNC插口过来正转信号为低电平信号时由于CNC输入插口信号线低电平有效所以相对应的中间继电器线圈得电常开触点闭合输出架电机正端有信号输出通过外部电路闭合控制继电器KM1线圈得电常开触点KA6闭合些时刀转当从CNC插口过来的反转信号为低电平时相对应输出转接板中的中间继电器线圈得电常开触点闭合输出端有信号输3 车床刀架PLC控制 13 出触点闭合控制继电器KA7线圈得电常开触点KA7闭合控制刀架电机反转。
在正转与反转到位时由刀架四工位的四个霍尔开关控制通过霍尔开关反馈回输入转接板检测是否转到位。
输到PLC输入板再经过CNC处理决定动作。
图3-4 刀架走向示意图 3.2.2四工位刀架的机械结构 3 车床刀架PLC控制 14 图3-5 数控车床刀架结构 1—电动机 2—联轴器 3—蜗杆轴 4—蜗轮丝杠 5—刀架底座 6—粗定位盘 7—刀架体 8—球头销 9—转位套 10—电涮座 11—发迅体 12—螺母 1314—电涮 15—粗定位销 该刀架可以安装四把不同的刀具转位信号由加工程序指定。
其结构图可见图3-5所示。
下面介绍以下该刀架的结构及动作过程当换刀指令发出后小型电动机1起动正转通过平键套筒联轴器2使蜗杆轴3转动从而带动蜗轮4转动。
蜗轮的上部外圆柱加工有外螺纹所以该零件称蜗轮丝杠。
刀架体7内孔与刀架中心轴外圆是滑配合在转位换刀时中心轴固定不动蜗轮丝杠环绕中心轴旋转。
当蜗轮开始转动时由于在刀架底座5和刀架体7上的端面齿处在啮合状态且蜗轮3 车床刀架PLC控制 15 丝杠轴向固定这时刀架体7抬起。
当刀架体抬到一定距离后端面齿脱开。
转位套9用销钉与蜗轮丝杠4连接随蜗轮丝杠一同转动当端面齿完全脱开转位套正好转过160如图A—A剖示所示球头销8在弹簧力的作用下进入转位套9的槽中带动刀架体转位。
刀架体7转动时带动电刷座10转动当转到程序指定的刀号时定位销15在弹簧的作用下进入粗定位盘6的槽中进行粗定位同时电刷13、14接触导通使电机1反转由于粗定位槽的限制刀架体7不能转动使其在该位置垂直落下刀架体7和刀架底座5上是端面齿啮合实现精确定位。
电动机继续反转此时蜗轮停止转动蜗杆轴3继续转动随夹紧力增加转距不断增大时达到一定值时在传感器的控制下电机1停止转动。
译码装置由发信体11、电刷13、14组成电刷13负责发信电刷14负责位置判断。
当刀架定位出现过位或不到位时可松开螺母12调好发信体11与电刷14的相对位置。
这种刀架在经济型数控车床及普通车床的数控化改造中得到广泛的应用。
3.3西门子802C数控车床刀架的PLC程序 PLC初始化程序 类型转换 3 车床刀架PLC控制 16 3 车床刀架PLC控制 17 刀架控制 如果四工位刀架报警或六工位刀架报警将返回 3 车床刀架PLC控制 18 3 车床刀架PLC控制 19 监控刀架位置 如果要求刀架选定开始反向即时 3 车床刀架PLC控制 20 刀具位置 转换二进制T指令代码为整数 3 车床刀架PLC控制 21 刀具改变 如果程序T指令确定那么返回 刀具位置MON 如果当前T指令不稳定则刀架正转 3 车床刀架PLC控制 22 刀架锁紧 如果刀架不锁紧指定时间误差 3 车床刀架PLC控制 23 结 论 24 结 论 本文对西门子802C数控车床刀架控制的设计做了如下一些工作 1.熟悉了西门子802C数控车床的构造及功能并了解了西门子802C的CNC 装置和硬件设计并且比较了继电器与PLC之间的区别及优缺点阐述了西门子802C数控系统在当今现代机械制造业的发展。
2.完成了测绘四工位刀架的结构剖示图和接线图。
3.了解该刀架是由电动机、蜗轮、蜗杆、霍尔元件等组成。
4.车床刀架PLC的控制分析刀架的动作过程、西门子802C数控车床刀架 PLC的程序并绘制了梯形图。
5.完成了对设计说明书的整理和编写。
致 谢 25 致 谢 三年的学习生活即将结束回顾三年的学习生活感受颇深收获丰厚。
在
论文的写作过程中有很多困难无论是在理论学习阶段还是在
论文的选题、资料查四询、开题、研究和撰写的每一个环节无不得到导师的悉心指导和帮助。
借此机会我向导师表示衷心的感谢同时我要感谢包头职业技术学院授课的各位老师正是由于他们的传道、授业、解惑让我学到了专业知识并从他们身上学到了如何求知治学、如何为人处事。
同时我也要感谢我的同学给予我的帮助他们为我撰写
论文提供了不少建议和帮助。
我要感谢非常感谢我的导师张丹丹老师。
她为人随和热情治学严谨细心。
在闲聊中她总是能像知心朋友一样鼓励你在
论文的写作和措辞等方面她也总会以“专业标准”严格要求你从选题、定题开始一直到最后
论文的反复修改、润色张老师始终认真负责地给予我深刻而细致地指导帮助我开拓研究思路精心点拨、热忱鼓励。
正是张老师的无私帮助与热忱鼓励我的毕业
论文才能够得以顺利完成谢谢张老师还要感谢三年的大学生活感谢我的家人和那些永远也不能忘记的朋友他们的支持与情感是我永远的财富。
最后衷心感谢于百忙之中评阅
论文的各位老师 谢谢 参考文献 26 参考文献 1 杨克冲主编 .数控机床电气控制M.武汉华中科技大学出版社1992 2 李善术主编 .数控机床及其应用M.北京机械工业出版社2001 3 毕承恩主编 .现代数控机床M. 北京机械工业出版社1995 4 西门子802C简明调试手册Z. 机床生产厂商文献 2000 5 王润孝主编 .机床数控原理与系统M.西安西北工业大学出版社1989 6 数控教育网J. 7 俞秀金.丁明军.机电设备控制技术M.浙江机电职业技术学院 8 史荣生. 苏东海. 基于DSP下的伺服刀架控制系统设计J. 组合机床与自动化加工技术2006-08 9林巨广郑彩霞.刘琼等.四工位立式回转刀架的控制器的设计J. 组合机床与自动化加工技术.200610 参考文献 27
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