数控车床传动控制系统设计.doc

1、 毕业论文（设计） 数控车床方刀架传动控制系统设计 院 系 ： 专 业： 年级（班级）： 姓 名 ： 学 号 : 指导教师 ： 职 称： 完成日期 ： II 摘 要 普通数控车床改造，换刀设计必须在最常用的数控车床的改造来解决的问题，在电动工具的设计通常采用 PLC 控制系统提供控制信号，然后通过继电器和专用电路实现 ATC 控制，或者采用单芯片换刀控制和继电器。上述方案中，或者，控制电路的复 杂性或成本。本文介绍了三菱 PLC为控制核心，以 LDB4-6132电动刀架的控制对象经济型数控车床系统，并实现电动刀架控制系统的硬件和软件设计，电气设计，机床控制系统电路简单，可靠性高，在车床系统改造

2、 ATC问题提供了解决的有效途径。系统结构如下图所示，我们选用三菱 FX2N 系列的PLC 作为控制核心，控制变频器来实现电机正反转运行，不断切换刀具的位置。其中人机界面替代传统控制按钮面板，节省了面板空间，这样不仅简化了整个电气系统，还大大提供了电机的运行性能，可以在线监控系统运行状态。 关键词 ： 数控车床；方刀架； 控制系统 III Abstract NC transformation of common lathe tool change device, design is a problem that must be solved in the numerical control t

3、ransformation, most ordinary lathe, design of electric turret control system often uses PLC to provide the control signal, and then through the relay and a special circuit implementation tool change control, or change blade control adopts single-chip microcomputer and relay. The scheme, or the compl

4、exity of the control circuit, or the cost of improving the. This paper introduces to Mitsubishi PLC as the control core, based on the LDB4-6132 type electric tool for software and hardware design and realization method of electric turret control system of economical type NC lathe system control in t

5、he object, electric turret control system circuit design is simple, high reliability, and provides an effective solution for automatic blade replacement lathe system the transformation of the. The structure of the system as shown below, we choose Mitsubishi FX2N series PLC as control core, realizes

6、the motor reversing operation control inverter, constantly switching the position of the cutter. The man-machine interface to replace the traditional control button panel, saving panel space, which not only simplifies the whole electrical system, but also greatly provides running performance of the

7、motor can run state online monitoring system. Keywords: CNC lathes； turret； control system IV 目 录 1 引 言 . 1 1.1 数控车床刀架及方刀架 . 1 1.1.1 数控车床刀架 . 1 1.1.2 方刀架 . 2 1.1.3 刀架控制系统 . 2 1.2 国内外研究现状与发展趋势 . 2 1.3 本文研究的类容及意义 . 3 2 总体方案设计 . 4 2.1 系统功能及要求 . 4 2.2 系统构成 . 4 2.3 系统方案 . 5 3 控制系统硬件选择 . 1 3.1 PLC 简介 . 1

8、3.2 系统主要元件 . 2 3.2.1 PLC 选型 . 2 3.2.2 人机界面 . 3 3.2.3 变频器 . 4 3.3 电气 原理图 . 7 4 控制系统软件设计 . 11 4.1 PLC 程序设计 . 11 4.2 人机界面程序设计 . 17 5 系统调试 . 19 5.1 硬件调试 . 19 5.2 软件调试 . 20 6 结 论 . 22 谢 辞 . 23 参 考 文 献 . 24 1 数控车床方刀架传动控制系统设计 1 引 言 1.1 数控车床刀架及方刀架 1.1.1 数控车床刀架 为了进 一步提高数控机床的加工效率，数控机床是对工件在一台机器一次装夹完成多道工艺方向或发展过

9、程中的所有进程，造成各类加工中心，车削中心，如镗铣加工中心，钻削中心。数控机床的过程中这样的多步骤过程中使用的各种工具，所以必须有自动工具更换使用不同的工具来完成不同过程的处理。自动换刀装置应具有换刀时间短，刀具重复定位精度，储备充足的工具，占地面积小，安全可靠的特点。 转塔数控机床是放置在工具的重要组成部分，刀架也直接参与了许多切割工作，如四横车床刀架，刀架转塔车床，六角车床后轮后轮炮塔，炮塔自动车床刀架和平衡等上。只有 一个地方的刀具转塔，而且直接参与切削，受到很大的切削力，所以它往往成为一个系统的过程比中的薄弱环节 8。随着自动化技术的发展，机床刀架也有了很大的变化，尤其是数控车床电自动

10、炮塔（液）换位，有的同时使用旋转刀具。加工中心还利用杂志和夹持器，将现在的大容量存储设备和工具的自动工具交换功能，该工具盒放置在号码从几十到几百的自动换刀从减少或甚至十秒时间以几秒钟的十分之几。这种自动换刀杂志和夹持器组成，已成为加工中心的主要特点。 因此，该工具夹持器的性能和结构通常是在机切割产生直接影响，切削效率，并反映了机器的设计 和制造技术。 目前我们主要将刀架分为以下几种类型： （ 1）排刀式刀架； （ 2）数控车床方刀架； （ 3）转塔回转刀架； （ 4）盘形自动回转刀架； （ 5）车削中心的动力刀架。 2 1.1.2 方刀架 车床在发展中基于自动换刀的 功能和工具夹具作为一个普通

11、的四重奏转台经济数控转塔车床：当正方形转台旋转 90工具转换凹袋该工具头可被夹紧到四个工具，选择的方转台的转动工具数量是由程序指令控制。广场塔楼换刀动作顺序如下。刀架吊装，索引刀架，刀架和刀架的定位和夹紧。要求动作的完成都实现了相应的机构。 这 工位刀架 刀架，你可以拿 着它用来在广泛的 用在 经济转化数控车床和数控车床，各种切削工具， 还有 钻井工具。 刀架通过三联齿定位精度高，刚性好，内抬起，结构可靠。利用编码器发讯，灵敏可靠，使用寿命长。根据不同需要可分为内冷却和外冷却。 1.1.3 刀架控制系统 为了缩短完成辅助时间在工作一个多步骤的过程中的第一夹钳，以便减少处理错误，由于多个安装，数

12、控车床，必须有一个自动回转刀架。根据不同数量的热播，自动旋转炮塔分为四个六站和 8 个车站和其他形式。它分为垂直和水平方向上按照自动回转刀架类的安装。根据机械定位模式，自动回转刀架，它可分为最终定 位齿和三个齿形盘定位型。 Hahigashi 转台式换刀是缓慢和结束时需要解除换刀，是不良密封，其结构比较简单。为特征没有提起三齿定位转塔刀架的变化，这是非常称为压力和快速的工具汇率感觉型自由升降式，其结构更加复杂。 作为虽然粗糙自动回转刀架出生在切削阻力的结构，它必须具有良好的强度和刚度。为了确保一个高的位错的重复定位精度，自动回转刀架，也将选择一个合理的位置，可靠的定位解决方案的结构。当你实现了

13、自动换刀由自动控制系统和驱动电路，该回转刀架。 1.2 国内外研究现状与发展趋势 自动换刀系统从开发的角度， 1956 年富士通研究成功数控转塔冲床 4。历史的角度。 IBM 同期美国已研制成功的 APT（刀具程序控制装置）。 1958 年美国葵青公司发展到 ATC 加工中心。 1967 年出现 FMS（ FMS）。 1978 年后，加工中心的快速发展，与 ATC 系统，可以实现多种工艺加工机，机器进入了发展的黄金时期。 自动换刀系统是数控机床的重要组成部分。刀架元件，并与方式耦合它主轴3 的结构特征，将直接影响机器的加工性能。复杂的结构和工作刀具交换装置，它会影响机器换刀的效率。该自动换刀系

14、统本身及相关结构，也是整个结构的复杂性将直接影响建 设成本。我们应该改进高性能数控机床，使整体成本大幅下降。低成本高性能数控机床将是小厂帮手。 数控车床未来发展的高端，中档采用通用数控转塔的支持，高档型炮塔具有功率大，无论液压刀架，伺服刀塔，垂直刀架等品种，预计在近几年的数控需求炮塔量将大大增加。 1.3 本文研究的类容及意义 本课题的主要研究的内容及意义，一方面是通过对普通车床的研究对刀架及工艺参数采取一个优化策略，研制一个好的刀架一个好的车床和刀架不但能够缩短生产周期，降低制造成本，提高加工精度，延长刀具寿命，而且依据优化了的工艺及刀具参数，可以建立或完 善高速切削工艺数据库，将切削工艺实

15、践中积累的合理选择切削参数与刀具的经验和数据收集起来，为现场加工提供准确及优化的高速切削数据，从而更大程度上提高切削加工水平，获取更大的经济利益；从另一方面说，切割过程的质量的提高可以使我们的行业原有的进一步提升我国产业的发展做出一定的贡献的基础上，使中国的工业水平，也就是在切割方面可以向前进步，也是中国的工业水平水平范围可以遍布世界各地更上一个台阶。 4 2 总体方案设计 2.1 系统功能及要求 1） 符合拟议工艺的要求。机靠刀具与工件表 面之间的相对运动形成，和不同形状的工件表面与面位置，该刀架可绰绰有余工具被布置更多，并且可以容易且准确地处理所有的表面上，以便实现工件多步完成安装过程，所

16、以要求可以很容易地可转位转塔。 2）为了能够可靠地刀架安装工具，安装工具插入工具应能够精确地调整工具夹具的位置，利用自动换刀的，该工具应当能够确保交换可以是在正确的位置周围。为了确保工具和工件之间的相对位置的精确度。体育精密刀柄将直接反映在工件精度和表面粗糙度的几何形状，因此，必须准确轨迹刀架，动作要流畅，到位刀架操作到底应该是准确的。保持表面的精度，这是 长期保持工具的正确位置更好。 3）工具架应具有足够的刚性。因为工具，不同的尺寸，重量变化很大的类型，该工具自动改变转换处理的方向是更复杂的，并且一些刀架还直接承受切削力。考虑使用的新材料和先进的切割工具的消耗，所以工具架必须具有足够的刚性，

17、以使平滑的切削过程和工具的变化过程。 4）高的可靠性。由于在机器操作工具夹具，使用的频率很多，但使用的频率高，因此必须充分注意其可靠性。 5）为了改善机械自动化工具保持架是的出现，所以它的更换时间应尽可能的短，以便促进和提高生产率。改变目前的自动换刀 0.8-6 秒之间不等的 时间。同时也进一步降低。 6）操作方便和安全。刀架通常操作机器零件工人之一，所以它的操作是方便和安全，常常是评估工具载体的质量指标。工人应该很容易在转台上安装的刀和刮刀，芯片的流动方向并不朝向工，也以调整叶片夹持器手柄（或手柄），以努力，它应该在的地方，以方便操作被设置。 2.2 系统构成 普通数控车床改造，换刀设计必须

18、在最常用的数控车床的改造来解决的问题，在电动工具的设计通常采用 PLC 控制系统提供控制信号，然后通过继电器和5 专用电路实现 ATC 控制，或者采用单芯片换刀控制和继电器。上述方案中，或者，控制电路的 复杂性或成本高。本文介绍了三菱 PLC 为控制核心，以 LDB4-6132电动刀架的控制对象经济型数控车床系统，并实现电动刀架控制系统的硬件和软件设计，电气设计，机床控制系统电路简单，可靠性高，在车床系统改造 ATC问题提供了解决的有效途径。 图 2-1 LDB4-6132 型电动刀架 选择用于电动工具常州市数控设备有限公司南 LDB4-6132 电动炮塔，公司的系统， LDB4 系列电动刀架

19、采用国际先进的三端精密定位齿，蜗杆传动，螺钉夹紧式升降工作原理，与陕西移位，定位准确，精度高，可靠，刚性好，密封性能好。而采用非接触 式霍尔效应开关，寿命长，使用于各种车床 C0625 上面，它是用定型产品各机床厂和用户偏好 11。如上图所示，下表中的技术参数 LDB4-6132电动刀架形状。 表 2-1 LDB4-6132 型电动刀架参数表 换刀时间（ s） 最大允许力矩（ Nm） 重复定位精度 （ mm） 电机功率（ W） 电机转速（ rpm） 净重（ kg） 90 180 270 Mq Mx Ms 2.4 3.1 3.7 500 1100 350 0.005 120 1400 25 2.

20、3 系统方案 系统结构如下图所示，我们选用三菱 FX2N 系列的 PLC 作为控制核心，控制变频器来实现电机正反转运行，不断切换刀具的位置。其中人机界面替代传统控制按钮面板，节省了面板空间，这样不仅简化了整个电气系统，还大大提供了电机的运行性能，可以在线监控系统运行状态。 6 图 2-2 系统结构图 该系统运行的操作流程图如下，首先选择在触摸屏上的某个位置，然后确认换刀，换刀系统接收后 ATC 指令，首先确定是否手动按钮换刀。如果是这样，则判定工具号码的选择与当前刀号，如果相同放弃换刀指令信号，否则 Y0 线圈通电时， 刀架电机正转，而刀架旋转， PLC 不断测试选择的定位和传感器信号反馈回的信号是不是一样的，如果相同， Y0 线圈断电，电机停止， Y1 线圈通电，电机反转，并启动定时器（电机反转时间必须严格控制，时间太短，刀架不能锁定时间过长，会引起电机过载而烧坏，本系统电机反转时间 1s）。报警时间到达，Y1 线圈断电，电机停止，手动换刀完成。 图 2-3 程序流程图