数控加工中心刀具换刀系统的设计

课程设计说明书

题目机电一体化技术与系统课程设计

--数控加工中心刀具换刀系统的设计

系别

专业

班级

姓名

设计时间

指导教师

xxxx年xx月xx日

xx学院

目录

一、课程设计任务 (3)

二、课程设计要求 (4)

三、课程设计参数设置 (4)

四、课程设计过程 (4)

第一节 P L C基本介绍 (4)

1.1P L C介绍 (4)

1.2P L C的组成 (5)

第二节阐述P L C的工作原理 (6)

2.1P L C的工作原理 (7)

2.2P L C的选型依据 (8)

第三节列出I/O配置表 (10)

3.1I/O配置(表) (10)

第四节刀盘取刀示意图 (11)

4.1机械手与调取刀具示意图 (11)

第五节本系统梯形图及指令表 (12)

5.1功能图 (12)

5.2 梯形图 (13)

5.3 指令表 (14)

第六节本系统的开发环境 (18)

6.1本系统的开发环境 (18)

第七节本系统的改进 (19)

第八节总结 (20)

参考文献 (20)

五、指导教师评价 (21)

前言

加工中心（Machining Center）简称MC，是由机械设备与数控系统组成的适用于加工复杂零件的高效率自动化机床。加工程序的编制，是决定加工质量的重要因素。

加工中心时高效、高精度数控机床，工件在一次装夹中便可完成多道工序的加工，同时还备有刀具库，并且有自动化换刀功能。加工中心所具有是这些丰富的功能，决定了加工中心程序编制的复杂性。

加工中心能是实现三轴或三轴以上的联动控制，以保证刀具进行复杂表面的加工。加工中心除具有直线插补和圆弧插补功能外，还具有各种加工固定循环，刀具半径自动补偿、刀具长度自动补偿、加工过程图形显示、人机对话、故障自动诊断、离线编程等功能。

加工中心是从数控铣床发展而来的。与数控铣床的最大区别在与加工中心具有自动交换加工刀具的能力，通过在刀库上安装不同用途的刀具。可在一次装夹中通过自动换刀装置改变主轴上的加工刀具，实现多种加工功能。

课程设计任务书

一.设计任务

本课程取自数控加工中心刀具库的自动控制实验。因原有的刀具库控制方式过于陈旧、功能过于单一且智能度不高。效率较低并且指示灯不合理，对刀成功后没有正确与否的提示。针对原有功能的不足提出自己的改进方法。对位成功的进行指示灯闪烁提示，调取不是当前工位的道时，系统能根据调取刀具的大小自动选择最佳刀盘转动发向，以提高取刀效率。

改进的基本特征：

1. 档机械手位置=程序调取刀号位，换刀成功指示灯闪烁3秒。

2. 档机械手位置>程序调刀号位，刀具逆转，调刀指示灯亮，到位后，换刀成功指示灯闪烁3秒、

3. 当机械手位置<程序调取刀号位，刀具盘顺转，调刀指示灯亮，到位后换刀成功指示灯闪烁3秒。

机械手位置与调取刀号之间的偏差是选择正反转的根据。

二、课程设计要求

刀具由PLC控制来实现功能。斗笠式刀库装6把刀，从上向下看顺时针编号，如图所示，以机械手位置为基准，刀号变大方向连续3把刀采用刀盘逆时针旋转换刀；刀号变小方向连续2把刀采用刀盘顺时针旋转换刀。例如假设1号刀位停留在机械手位置处时，调整1好刀时刀盘不动作；调整5、6号刀时，刀盘顺时针旋转；调整2、3、4好到时，刀盘顺时针旋转。

三、课程设计的参数设置

1)寄存器D0：机械手当前位置寄存器。

2)寄存器D1: 机械手刀具号寄存器。

3)寄存器 D3 : 偏差寄存器

4）参数K：参数k1、k2、k3、k4、k5、k6分别为1、2、3、4、

5、6

四、课程设计过程

第一节PLC基本介绍

1.1 PLC介绍

PLC即可编程控制器：PLC英文全称programmable logic controller，中文全称为程逻辑控制器。是之一计算机技术为基础的新型工业控制装置。在1987年国际电工委员会（Intemational electrical）颁布的plc标准草案中对PLC做了如下定义:

“PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的储存器，用来在其内部储存器执行逻辑运算，顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的的输入和输出，控制各类型的机械或生产过程。Plc及其有关的外围设备都应该按易于工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计”。

1.2PLC的组成

1、CPU模块

CPU由控制器、运算和寄存器组成。这些电路集成在一个芯片上。CPU通过地址总线、数据总线与I/O接口电路相连。起“心脏”作用。当从编程输入的程序存入到用户程序存储器中，然后CPU根据系统所赋予的功能( 系统程序存储器的解释编译程序)，把用户程序翻译成PLC内部所认可的用户编译程序。输入状态和输入信息从输入接口输进，CPU将之存入工作数据存储器中或映像寄存器。然后有CPU 把数据和程序有机地结合在一起。把结果存入输出映像寄存器或工作数据存储器中，然后输出到输出接口，控制外部驱动器。

2、I/O模块

输入/输出（I/O）单元式PLC与外部设备连接的纽带。输入单元接受现场设备向PLC提供的开关量信号，经过处理后，变成CPU 能够识别的信号。输入单元将CPU的信号经处理后来控制外部设备。

输入接口示意图：

输出接口示意图：

3、编程器

变衡器分为两种，一种是手持编程器，携带方便。但缺点是只能编辑指令表。另一种是通过PLC的RS232接口与计算机RS232接口相连。通过专用软件先在电脑上编辑梯形图或指令表程序，在编译机器码传输机器码输到PLC中。

4、系统电源

Plc一般合用220v交流电源或24v直流电源。内部的开关电源为各模块提供DC5v、正负12v、24v等直流电源。不同型号的PLC有不同的供电方式，所以PLC电源的输入电压既有12v和24v直流，又有110vhe和220v交流。PLC内部使用的电源是整体的供给中心，它的优势直接影响到PLC的功能和可靠性，因此目前大部分plc采用开关式稳压电源。

5、存储器