基于PLC回转刀库设计说明书1.pdf

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1、中北大学数控技术课程设计说明书中北大学信息商务学院课程设计任务书2013/2014学年第1学期所在系:机械自动化系专业：机械设计制造及其自动化学 生 姓 名：于畅学 号：10020143X06课程设计题目:数控技术课程设计基于 PLC 的数控车床回转刀库控制系统设计起 迄 日 期:2014 年 1 月 4 日2014 年 1 月 10 日课程设计地点：中北大学信息商务学院指 导 教 师:彭彬彬董磊系主任:暴建岗下达任务书日期:2013 年 12 月 31 日课课 程程 设设 计计 任任 务务 书书1设计目的:1中北大学数控技术课程设计说明书通过本课程设计的训练，使学生在学完机床数控技术及相应的

2、机床电器及 PLC 等课程之后，能够运用所学的知识独立完成数控车床刀库的自动控制系统设计，从而使学生进一步加深和巩固对所学知识的理解和掌握，并提高学生的实际操作能力。1运用所学的理论知识，进行数控系统设计的初步训练,培养学生的综合设计能力；2掌握三相反应式步进电机进给驱动的原理和控制方法;3掌握PLC 控制系统设计的基本技能，具备查阅和运用标准、手册、图册等有关技术资料的能力；4基本掌握编写技术文件的能力.2设计内容和要求（包括原始数据、技术参数、条件、设计要求等)：参考课程设计指导书1,对于普通车床数控化改造设计，电动刀架(四个 刀位）回转驱动由三相感应式步进电机实现，完成其选型计算,用 4

3、 位拨动开关设定转动速度，并设计其启动停止、正反转、加减速和步数控制系统，数控系统的脉冲当量为0.01rad/脉冲.通过本课程设计,完成PLC 选型输入输出信号分析与 PLC 的 I/O 分配图主要元器件型号的选择3设计工作任务及工作量的要求包括课程设计计算说明书(论文)、图纸、实物样品等:3.1.设计任务1.步进电机选型计算；2。PLC 控制程序设计；3.2 设计工作量要求：1.电路接线图和电器件清单；2。控制程序 T 形图及其对应的程序清单；3.编写课程设计说明书一份。（A4 不少于 10 页）3.3三个同学分为一组，同学们之间可以互相讨论研究工作内容和设计方法，但每位同学的设计任务必须各

4、有侧重独立完成,不能有雷同现象.4主要参考文献：2中北大学数控技术课程设计说明书要求按国标 GB 771487文后参考文献著录规则书写，例：1傅承义，陈运泰，祁贵中.地球物理学基础.北京：科学出版社，19852范超毅。数控技术课程设计。武汉:华中科技大学出版社，2007。53范云涨.数控编程设计简明手册.北京：机械工业出版社，1994。743。李方园.数控机床电气控制。清华大学出版社。2010。45设计成果形式及要求:提供设计说明书一份，要求内容与设计过程相符，且格式要符合规定要求。6工作计划及进度：2014 年 1 月 4 日资料查阅阶段2014 年 1 月 5 日 1 月 9 日分析、设计

5、、绘图2014 年 1 月 10 日答辩系主任审查意见：签字：年月日中北大学中北大学3中北大学数控技术课程设计说明书信息商务学院信息商务学院课课 程程 设设 计计 说说 明明 书书学生姓名:于畅学 号:10020143X06系：机械自动化系专业：机械设计制造及其自动化题目:数控技术课程设计基于 PLC 的数控车床回转刀库控制系统设计指导教师：指导教师：彭彬彬彭彬彬职称：职称：副教授副教授董磊董磊职称：职称：讲师讲师2014 年 1 月 9 日目录目录1 1。基本设计参数。基本设计参数.3 32.2.纵向进给传动链的设计计算纵向进给传动链的设计计算.5 52 2。1 1 主切削力及其切削分力计算

6、主切削力及其切削分力计算.5 52 2。2 2 坐标轴导轨摩擦力计算坐标轴导轨摩擦力计算.错误!未定义书签。2 2。3 3 计算滚珠丝杠螺母副的轴向负载力计算滚珠丝杠螺母副的轴向负载力.错误!未定义书签。2.42.4 滚珠丝杠的动载荷计算与直径估算滚珠丝杠的动载荷计算与直径估算.错误!未定义书签。2.52.5 确定进给传动链的传动比确定进给传动链的传动比 i i 和传动级数和传动级数.6 63 3。驱动电动机的选型与计算。驱动电动机的选型与计算.6 63 3。1 1 计算折算到电动机轴上的负载力矩计算折算到电动机轴上的负载力矩.7 73.23.2 计算折算到电动机轴上的加速力矩计算折算到电动机

7、轴上的加速力矩.6 63 3。3 3 计算横向进给系统所需的则算到电动机轴上的各种力矩计算横向进给系统所需的则算到电动机轴上的各种力矩错误!未定义书签。3 3。4 4 计算折算到电动机轴上的负载惯量计算折算到电动机轴上的负载惯量.错误!未定义书签。3.53.5 选择电动机的型号选择电动机的型号.错误!未定义书签。4 4。PLCPLC 控制系统控制系统 T T 型图型图.8 85 5。PLCPLC 指令程序表指令程序表.13134中北大学数控技术课程设计说明书6.6.电路接线图和电器件清单电路接线图和电器件清单.错误!未定义书签。7.7.主要参考文献主要参考文献.10108.8.课程设计总结课程

8、设计总结.10101.1.基本设计参数基本设计参数1 1。1 1 原始数据原始数据机床主电动机的额定功率为7。5kw，最大工件直径 D=100mm，主轴计算转速 n=85r/min1。2 其他参数其他参数最大加工直径：床面上:400mm;床鞍上：210mm。最大加工长度：1000mm。纵向行程 500mm;横向行程 200mm。快速进给速度：纵向，2400mm/min;横向,1200mm/min。最大切削进给速度：纵向，500mm/min；横向，250mm/min溜板及刀架质量:纵向,81.63kg；横向,61。22kg。定位精度：0。04mm/全行程.重复定位精度：0。016mm/全行程。程

9、序输入方式：增量值、绝对值通用。控制坐标数：2。脉冲当量：纵向,0.01mm/脉冲;横向，0。005mm/脉冲。2。纵向进给传动链的设计和计算纵向进给传动链的设计和计算2。1 主切削力及其切削分力计算主切削力及其切削分力计算不同的切削方式，其主切削力的计算方法不尽相同.对于某种切削方式来说,主切削力的计算方法有有多种，根据经验公式计算、根据切削用量计算和根据主电动机切削功率计算等。本设计根据机床主电动机切削功率计算主切削力F。（1）计算主切削力 F已知机床主电动机的额定功率为7.5kw，最大工件直径D=100mm,主轴计算转速n=85r/min.根据公式得刀具的切削速度为取机床的机械效率为：，

10、则由式（2-6）得：（2）计算各切削分力车削抗力和可以按下列比例分别求出：:：=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 坐标轴导轨摩擦力得计算坐标轴导轨摩擦力得计算在切削状态下坐标轴导轨摩擦力的计算可以查课程设计指导书：（1)由于坐标轴导轨水平的，根据式（2-8a)计算在切削状态下的导轨摩擦力。此时导轨受到的垂直方向切削力,纵向切削力，移动部件的全部质量(包括机床夹具和工件的质量）5中北大学数控技术课程设计说明书m=81.63kg,移动部件全部重量 W=800N,查表 23 得镶条紧固力，对于贴塑导轨，取导轨摩擦系数，则(2)按式（2

11、9a）计算在不切削状态下的导轨摩擦力和2 2。3 3 计算滚珠丝杠螺母副的轴向负载力计算滚珠丝杠螺母副的轴向负载力滚珠丝杠螺母副的最小轴向负载力发生在机床空载运行时。此时，最小轴向负载力可以计算如下：（1）按式（210a）计算最大轴向负载力（2)按式（211a）计算最小轴向负载力2 2。4 4 滚珠丝杠的动载荷计算与直径估算滚珠丝杠的动载荷计算与直径估算在进行滚珠丝杠初选时，必须了解各种切削方式下轴向负载力、进给速度的大小以及各种转度的时间占总时间得百分比，目的是计算当量转速和当量载荷的大小。1 1）按机床预期工作时间估算滚珠丝杠预期的额定动载荷已知数控车床的预期工作时间,滚珠丝杠的当量荷载,

12、查表 2-28 得，载荷系数；查表2-29，初步选择滚珠丝杠的精度等级为 3 级精度,取精度系数；查表 230 得,可靠性系数。取滚珠丝杠的当量转速(该转速为最大切削进给速度时的转速)，已知，滚珠丝杠的基本导程，则由式(2-19）得2 2）按精度要求确定允许的滚珠丝杠的最小螺纹底径（1）根据定位精度和重复定位精度的要求估算允许的滚珠丝杠的最大轴向变形已知本车床纵向进给系统的定位精度为，重复定位精度为，则由式（2-23）、(2-24）得：取上述计算结果的较小值，即。（2）估算允许的滚珠丝杠的最小螺纹底径滚珠丝杠螺母副的安装方式拟采用一端固定、一端游动支承方式，滚珠丝杠螺母副的两个固定支承之间的距

13、离为取由式（225)得3 3）初步确定滚珠丝杠螺母副的规格型号根据以上计算所得的和结构的需要，初步选择南京工艺装备公司生产的FFZL 型内循环垫片预紧螺母式滚珠丝杠螺母副,型号为 FFZL3206-3,其公称直径、基本导程、额定动载荷和螺纹底径如下：故满足要求。2 2。5 5 确定进给传动链的传动比确定进给传动链的传动比 i i 和传动级数和传动级数根据步进电动机得脉冲当量可初步选定步进电动机，应该选用反应式步进电动机，步距角小，运行频率高，价格较低,但功耗较大。根据附表A5 可初步选定。取步进电机的步距角，滚珠丝杠基本导程，进给传动链的脉冲当量，则由式（269）得按最小惯量条件，从图 242

14、 和图 2-43 中查得该减速器应采用 2 级传动，传动比可以分别取为。根据结构需要,确定各传动齿轮的齿数分别为，模数m=2，齿宽 b=20mm。3 3。驱动电动机的选型与计算。驱动电动机的选型与计算3 3。1 1 计算折算到电动机轴上的负载力矩计算折算到电动机轴上的负载力矩6中北大学数控技术课程设计说明书（1）计算则算到电动机轴上的切削负载力矩已知在切削状态下的轴向负载力，丝杠每转一圈，机床执行部件轴向移动的距离，进给传动系统的传动比，进给传动系统的总效率，则由式（2-54)得（2)计算则算到电动机轴上的摩擦负载力矩已知在不切削状态下的轴向负载力（即空载时的导轨摩擦力），则由式（255)得(

15、3）计算由滚珠丝杠预紧力产生的并则算到电动机轴上的附加负载力矩已知滚珠丝杠螺母副的效率，滚珠丝杠螺母副的预紧力为则由式(256)得（4）则算到电动机轴上的负载力矩的计算空载（快进力矩)时,由式（2-57a）得切削（工进力矩)时，由式（257b)得3 3。2 2 计算则算到电动机轴上的加速力矩计算则算到电动机轴上的加速力矩根据以上计算结果和表 A5，初选 110BF003 型反应式步进电机，其转动惯量；而进给传动系统的负载惯量；对开环系统，一般取加速时间。当机床执行部件以最快速度运动时的最高转速为由式（259）得3 3。3 3 计算横向进给系统所需的则算到电动机轴上的各种力矩计算横向进给系统所需

16、的则算到电动机轴上的各种力矩（1）按式（2-61）计算空载启动力矩（2）按式计算快进力矩（3）按式计算工进力矩3 3。4 4 计算折算到电动机轴上的负载惯量计算折算到电动机轴上的负载惯量各坐标轴上的负载惯量有两部分组成：一部分是做回转运动的传动件的转动惯量折算到电动机轴上的负载惯量，另一部分是作直线运动的移动部件折算到电动机轴上的负载惯量。(1)计算滚珠丝杠的转动惯量已知滚珠丝杠的密度，则由式（2-63）得（2)计算折算到丝杠轴上的移动部件的转动惯量已知机床横向进给系统执行部件（即横向溜板及刀架）的总重量；丝杠轴每转一圈,机床执行部件在轴向移动的距离，则由式(265)得（3）计算各齿轮的转动惯

17、量（4）由式（266)计算加在电动机轴上总负载转动惯量3.53.5 选择电动机的型号选择电动机的型号(1）选择驱动电动机型号根据以上计算结果和表 A-5，选择国产 110BF003 型反应式步进电机为驱动电机,其主要技术参数如下：相数，3；歩角数,；最大静转矩，;转动惯量，；最高空载启动频率，1500Hz；运行频率，7000Hz；分配方式，三相六拍;质量，6kg。（2）确定最大静转矩由表 2-48 给出的机械传动系统空载启动力矩与所需的步进电机的最大静转矩的关系可得取和中的较大者为所需的步进电机最大静转矩，即7中北大学数控技术课程设计说明书本电动机的最大静转矩为，大于，可以在规定时间里正常启动

18、，故满足要求。（3)验算惯量匹配为了使机械传动系统的惯量达到较合理的匹配，系统的负载惯量与伺服电机的转动惯量之比一般应满足式（267）,即因为，故满足惯量匹配要求。4.PLC PLC 控制系统控制系统 T T 型图型图控制程序控制程序 T T 型图型图5.PLC5.PLC 指令程序表指令程序表0LD1ANI2ANI3ANI4ANI5ANI6OUT7LD8ANI9ANI10ANI11SFTR20LD21OR22OR23OUT24LD25OR26OR27OUT28LD29OR30OR31OUT32LD33AND34OR35OUT36LD37AND38LDI39AND40ORBX000M1M2M3M

19、4M5M10M20X010C0C1M10M5M0M1M100M1M2M3M101M3M4M5M102X004M100M101Y100X004M101X004M100M0K68K1中北大学数控技术课程设计说明书41OUTY00142LDM10243OUTY00244LDIT045OUTT0K1048LDIT149OUTT1K552LDIT253OUTT2K256LDX00557PLSM1159LDX00560ANDT061LDX00262ANDT163ORB64LDX00365ANDT266ORB67ORM1168OUTM2069LDIX00670RSTC072LDX00673ANDM2074O

20、UTC0K1077LDIX00778RSTC180LDX00781ANDM2082OUTC1K10085END6 6。电路接线图和电器件清单。电路接线图和电器件清单主要元器件型号明细表主要元器件型号明细表文字符号SB0SB1、SB2 和 SB3SB4SB5、SB6 和 SB7SB8名称启动按钮变速按钮正反转按钮步数控制按钮暂停按钮型号LA81(绿色)LA81（绿色）LA81(绿色）LA81（绿色)LA8-1（红色)9中北大学数控技术课程设计说明书FUPLCM电动机熔断器可编程控制器三相反应式步进电机RC1A 型FX2N32MR 型110BF003 型7.7.主要参考文献主要参考文献1.范超毅。数控技术课程设计.武汉：华中科技大学出版社,2007.52。范云涨。数控编程设计简明手册.北京：机械工业出版社，1994。78.课程设计总结课程设计总结这次课程设计让我们对以往学习过的知识进行了再学习和巩固。其中涉及到多门专业课。如机械设计、数控技术、PLC 编程等。通过这次课程设计我们真正学会了自主学习，独立完成作业，如何学会与自己的团队做好协调.因为课程设计具有实践性、综合性、探索性、应用性等特点。本次选题的目的是数控专业教学体系中构成数控技术专业知识及专业技能的重要组成部分，是运用数控机床实际操作的一次综合练习.10