数控加工中心刀库控制PLC设计

毕业论文数控加工中心刀库控制PLC设计姓名学院专业班级指导教师年月日吉林农业大学发展学院毕业设计第1页共20页数控加工中心刀库控制PLC设计[摘要]介绍了某型数控加工中心刀具库的PLC控制设计，在分析控制要求的基础上，选用S7-200CPU224控制器和EM221（CN）扩展模块，并设计出相应控制程序。控制程序包含：纪录当前刀具号、请求刀具号、转盘转动方向判断并确定转盘正反转、换刀定时及换刀指示灯闪烁等部分，程序结构性好、可读性强、运行效率高。能很好地满足实用要求。[关键词]□数控加工中心□□刀具库□□S7-200□□可编程控制器吉林农业大学发展学院毕业设计第2页共20页PLCControlSystemDesignofPneumaticExperimentManipulator[Abstract]ThenumericalcontrolmanufactureingcenterabouttoolstoreroomofPLCControlispresented，thesimaticS7-200CPU224PLCandEM221（CN）areelected，thecontrolprogramisprojectedbasedonanalysiscontrolrequest.Thecontrolprogramismadeupofthecurrenttoolnumberrecorded、thetoolnumberrequested、theturntableturningestimatedanddirectionconfirmed、theconversiontimeandthedicatorlightglitteredabouttool，sotheprogramisfineininstructue，goodinreadingandrunfasterinefficiency.Itisverysatisfiedinapplication.[Keywords]□thenumericalcontrolmanufactureingcenter□□toolstoreroom□□S7-200PLC□□PLC吉林农业大学发展学院毕业设计第1页共20页目录引言...................................................................................................................................1一、数控机床组成结构及工作过程................................................................................1二、数控机床PLC和NC的关系......................................................................................2三、控制要求.....................................................................................................................3四、编程方法与规则.........................................................................................................4（一）编程要求.................................................................................................................4（二）编程方法.................................................................................................................5五、PLC控制系统设计....................................................................................................6（一）I/O地址分配及PLC的选择.................................................................................6（二）PLC控制程序..........................................................................................................7六、数控机床的发展方向................................................................................................9结论.................................................................................................................................11致谢.................................................................................................................................12参考文献.............................................................................................................................13附录一：英文原文.............................................................................................................14附录二：英文译文.............................................................................................................16吉林农业大学发展学院毕业设计第1页共20页引言某型数控加工中心小型刀具库由八种刀具、换刀转盘和取放刀机械手组成。该刀具库SB1～SB8按钮控制选择八种刀具，由霍尔元件构成的行程开关ST1～ST8进行刀具到位限位，机械手进行换取刀。一、数控机床组成结构及工作过程本例数控机床有输入、输出装置、可编程控制器、伺服系统、检测反馈装置和机床主机等组成。如下图所示：图1-1.1数控机床组成机构图输入装置可将不同加工信息传递给计计算机。在数控机床产生的初期，输入装置为穿孔纸带，现已趋于淘汰；目前，使用键盘、磁盘等，大大方便了信息输入工作。输出指输出内部工作参数（含机床正常、理想工作状态下的原始参数，故障诊断参数吉林农业大学发展学院毕业设计第2页共20页等），一般在机床刚工作状态需输出这些参数做记录保存，带工作一段时间后，再将输出与原始资料做比较、对照，可帮助判断机床工作是否维持正常。数控装置只数控机床的核心与主导，完成所有加工数据的处理、计算工作，最终实现数控机床个功能的指挥工作。它包含为计算机的电路，各种借口电路、CRT显示器等硬件及相应软件。可编程控制器对主轴单元实现控制，将程序中的转速指令进行处理而控制主轴转速；管理刀库，进行自动刀具交换、选刀方式、刀具累计使用次数、刀具剩余寿命及道具刃磨次数等管理；控制主轴正反转和停止、准停、切削液开关、卡盘夹紧松开、机械手取送刀等动作；还对机床外部开关（行程开关、压力开关、温控开关等）进行控制；对输出信号（刀库、机械手、回转工作台等）进行控制。检测反馈装置由检测元件和相应的电路组成，主要是检测速度和位移，并将信息反馈与数控装置，实现闭环控制以保证数控机床加工精度。数控机床的工作过程如下图所示：图1-1.2数控机床的工作过程数控加工的准备过程比较复杂，内容多，含对零件的结构认识、工艺分析、工艺方案的制定、加工程序的编制、选用工装及使用方法等。机床的调整主要包括刀具命名、调入刀库、工件安装、对刀、测量刀位、机床各部件状态等多项工作内容。程序调试主要是对程序本身的逻辑问题及其设计合理性进行检查和调整。试切成功后方可对零件进行正式加工，并对加工后的零件进行结果检测。前三步均为待机时间，为提高工作效率，希望待机时间越短越好，越有利于机床合理使用。该项指标直接影响对机床利用率的评价即（机床实动率）。二、数控机床PLC和NC的关系PLC用于通用设备的自动控制，称为可编程控制器。PLC用于数控机床的外围辅助电气的控制，称为可编程序机床控制器。因此，在很多数控系统中将其称之为PMC吉林农业大学发展学院毕业设计第3页共20页（programmablemachinetoolcontroller）。控制系统有两大部分，一是NC、二是PLC，这两者在数控机床所起的作用范围是不相同的。可以这样来划分NC和PLC的作用范围：（1）、实现刀具相对于工件各坐标轴几何运动规律的数字控制。这个任务是由NC来完成；（2）、机床辅助设备的控制是由PLC来完成。它是在数控机床运行过程中，根据CNC内部标志以及机床的各控制开关、检测元件、运行部件的状态，按照程序设定的控制逻辑对诸如刀库运动、换刀机构、冷却液等的运行进行控制。在数控机床中这两种控制任务，是密不可分的，它们按照上面的原则进行了分工，同时也按照一定的方式进行连接。NC和PLC的接口方式遵循国际标准“ISSO4336-1981(E)机床数字控制－数控装置和数控机床电气设备之间的接口规范”的规定，接口分为四种类型：（1）、与驱动命令有关的连接电路；（2）、数控装置与测量系统和测量传感器间的连接电路；（3）、电源及保护电路；（4）、通断信号及代码信号连接电路；从接口分类的标准来看，第一类、第二类连接电路传送的是数控装置与伺服单元、伺服电机、位置检测以及数据检测装置之间的控制信息。第三类是由数控机床强电电路中的电源控制控制电路构成。通常由电源变压器、控制变压器、各种断路器、保护开关、继电器、接触器等构成。为其他电机、电磁阀、电磁铁等执行元件供电。这些相对于数控系统来讲，属于强电回路。这些强电回路是不能够和控制系统的弱电回路直接相连接的，只能够通过中间继电器等电子元器件转换成直流低压下工作的开关信号，才能够成为PLC或继电器逻辑控制电路的可接受的电信号。反之，PLC或继电器逻辑控制来的控制信号，也必须经过中间继电器或转换电路变成能连接到强电线路的信号，再由强电回路驱动执行元件工作。第四类信号是数控装置向外部传送的输入输出控制信号三、控制要求数控加工中心小型刀具库工作时，首先由PLC纪录当前刀号；换刀时，根据吉林农业大学发展学院毕业设计第4页共20页所需刀具按下SB1～SB8中的相应按钮，PLC纪录该刀号，然后刀盘按照请求刀号最近的方向转动，转盘转到相应刀位时，定位指示灯亮，机械手开始换刀，且换刀指示灯闪烁，5s后换刀结束，换刀指示灯熄灭，换刀过程中，其它换刀请求信号均无效；换刀完毕，记录当前刀号，等待下一次换刀请求。结构示意如图2-1.1所示。四、编程方法与规则可编程控制器主要靠运行程序工作，要使可编程控制器充分发挥作用，除了选用正确的可编程控制器型号，合适的检测和执行装置，合理规划系统结构之外，编制出一个高质量的可编程控制器工作程序也是很重要的。（一）编程要求