基于PLC回轉(zhuǎn)刀庫(kù)設(shè)計(jì)說(shuō)明書

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)專心-專注-專業(yè)精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)中北大學(xué)信息商務(wù)學(xué)院課程設(shè)計(jì)任務(wù)書 2013/2014 學(xué)年第 1 學(xué)期所 在 系： 機(jī)械自動(dòng)化系 專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 學(xué) 生 姓 名： 于暢 學(xué) 號(hào)： X06 課程設(shè)計(jì)題目： 數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計(jì) 基于PLC的數(shù)控車床回轉(zhuǎn)刀庫(kù)控 制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 起 迄 日 期： 2014年1月4日2014年1月10日 課程設(shè)計(jì)地點(diǎn)： 中北大學(xué)信息商務(wù)學(xué)院 指 導(dǎo) 教 師： 彭彬彬 董磊 系 主 任： 暴建崗 下達(dá)任務(wù)書日期: 2013 年12月 31日課 程 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書

2、1設(shè)計(jì)目的：通過(guò)本課程設(shè)計(jì)的訓(xùn)練，使學(xué)生在學(xué)完機(jī)床數(shù)控技術(shù)及相應(yīng)的機(jī)床電器及PLC等課程之后，能夠運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)獨(dú)立完成數(shù)控車床刀庫(kù)的自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，從而使學(xué)生進(jìn)一步加深和鞏固對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解和掌握，并提高學(xué)生的實(shí)際操作能力。1運(yùn)用所學(xué)的理論知識(shí)，進(jìn)行數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)的初步訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生的綜合設(shè)計(jì)能力； 2掌握三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)進(jìn)給驅(qū)動(dòng)的原理和控制方法；3掌握PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本技能，具備查閱和運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)、手冊(cè)、圖冊(cè)等有關(guān)技術(shù)資料的能力；4基本掌握編寫技術(shù)文件的能力。2設(shè)計(jì)內(nèi)容和要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)參數(shù)、條件、設(shè)計(jì)要求等）：參考課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書1，對(duì)于普通車床數(shù)控化改造設(shè)計(jì)，電動(dòng)刀架（四個(gè)

3、刀位）回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)由三相感應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)，完成其選型計(jì)算，用4位撥動(dòng)開(kāi)關(guān)設(shè)定轉(zhuǎn)動(dòng)速度，并設(shè)計(jì)其啟動(dòng)停止、正反轉(zhuǎn)、加減速和步數(shù)控制系統(tǒng)，數(shù)控系統(tǒng)的脈沖當(dāng)量為0.01rad/脈沖。通過(guò)本課程設(shè)計(jì),完成PLC選型輸入輸出信號(hào)分析與PLC的I/O分配圖主要元器件型號(hào)的選擇3設(shè)計(jì)工作任務(wù)及工作量的要求包括課程設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(論文)、圖紙、實(shí)物樣品等：3.1. 設(shè)計(jì)任務(wù)1.步進(jìn)電機(jī)選型計(jì)算；2. PLC控制程序設(shè)計(jì)；3.2設(shè)計(jì)工作量要求：1.電路接線圖和電器件清單；2.控制程序T形圖及其對(duì)應(yīng)的程序清單；3.編寫課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書一份。（A4不少于10頁(yè)）3.3 三個(gè)同學(xué)分為一組，同學(xué)們之間可以互相討論研究工作內(nèi)

4、容和設(shè)計(jì)方法，但每 位同學(xué)的設(shè)計(jì)任務(wù)必須各有側(cè)重獨(dú)立完成，不能有雷同現(xiàn)象。4主要參考文獻(xiàn)：要求按國(guó)標(biāo)GB 771487文后參考文獻(xiàn)著錄規(guī)則書寫，例：傅承義，陳運(yùn)泰，祁貴中.地球物理學(xué)基礎(chǔ).北京：科學(xué)出版社，1985范超毅.數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計(jì).武漢:華中科技大學(xué)出版社,2007.5范云漲.數(shù)控編程設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè). 北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1994.73.李方園.數(shù)控機(jī)床電氣控制.清華大學(xué)出版社.2010.45設(shè)計(jì)成果形式及要求：提供設(shè)計(jì)說(shuō)明書一份，要求內(nèi)容與設(shè)計(jì)過(guò)程相符，且格式要符合規(guī)定要求。6工作計(jì)劃及進(jìn)度：2014年1月4日 資料查閱階段2014年1月5日 1月9日 分析、設(shè)計(jì)、繪圖2014年1月

5、10日 答辯 系主任審查意見(jiàn)： 簽字： 年 月 日中北大學(xué)信息商務(wù)學(xué)院課 程 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書學(xué)生姓名： 于暢 學(xué) 號(hào)： X06 系： 機(jī)械自動(dòng)化系 專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 題 目： 數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計(jì) 基于PLC的數(shù)控車床回轉(zhuǎn)刀庫(kù) 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 指導(dǎo)教師： 彭彬彬 職稱: 副教授 董磊 職稱: 講師 2014年1月9日目錄 TOC o 1-3 h z u 1.基本設(shè)計(jì)參數(shù)1.1原始數(shù)據(jù)機(jī)床主電動(dòng)機(jī)的額定功率為7.5kw，最大工件直徑D=100mm，主軸計(jì)算轉(zhuǎn)速n=85r/min1.2 其他參數(shù)最大加工直徑：床面上:400mm;床鞍上：最大加工長(zhǎng)度：1000mm?？v向行程500mm;

6、橫向行程200mm。快速進(jìn)給速度：縱向，2400mm/min;橫向，1200mm/min。最大切削進(jìn)給速度：縱向，500mm/min；橫向，250mm/min溜板及刀架質(zhì)量：縱向，81.63kg；橫向，61.22kg。定位精度：0.04mm/全行程。重復(fù)定位精度：0.016mm/全行程。程序輸入方式：增量值、絕對(duì)值通用?？刂谱鴺?biāo)數(shù)：2。脈沖當(dāng)量：縱向，0.01mm/脈沖；橫向，0.005mm/脈沖。2.縱向進(jìn)給傳動(dòng)鏈的設(shè)計(jì)和計(jì)算 2.1主切削力及其切削分力計(jì)算不同的切削方式，其主切削力的計(jì)算方法不盡相同。對(duì)于某種切削方式來(lái)說(shuō)，主切削力的計(jì)算方法有有多種，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算、根據(jù)切削用量計(jì)算和根據(jù)

7、主電動(dòng)機(jī)切削功率計(jì)算等。本設(shè)計(jì)根據(jù)機(jī)床主電動(dòng)機(jī)切削功率計(jì)算主切削力F。 （1）計(jì)算主切削力F 已知機(jī)床主電動(dòng)機(jī)的額定功率為7.5kw，最大工件直徑D=100mm，主軸計(jì)算轉(zhuǎn)速n=85r/min。根據(jù)公式得刀具的切削速度為 取機(jī)床的機(jī)械效率為：，則由式（2-6）得： （2）計(jì)算各切削分力 車削抗力和可以按下列比例分別求出：=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坐標(biāo)軸導(dǎo)軌摩擦力得計(jì)算 在切削狀態(tài)下坐標(biāo)軸導(dǎo)軌摩擦力的計(jì)算可以查課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書： （1）由于坐標(biāo)軸導(dǎo)軌水平的，根據(jù)式（2-8a）計(jì)算在切削狀態(tài)下的導(dǎo)軌摩擦力。此時(shí)導(dǎo)軌受到的垂

8、直方向切削力，縱向切削力，移動(dòng)部件的全部質(zhì)量（包括機(jī)床夾具和工件的質(zhì)量）m=81.63kg，移動(dòng)部件全部重量W=800N，查表2-3得鑲條緊固力，對(duì)于貼塑導(dǎo)軌，取導(dǎo)軌摩擦系數(shù)，則 （2）按式（2-9a）計(jì)算在不切削狀態(tài)下的導(dǎo)軌摩擦力和 2.3計(jì)算滾珠絲杠螺母副的軸向負(fù)載力 滾珠絲杠螺母副的最小軸向負(fù)載力發(fā)生在機(jī)床空載運(yùn)行時(shí)。此時(shí)，最小軸向負(fù)載力可以計(jì)算如下： （1）按式（2-10a）計(jì)算最大軸向負(fù)載力 （2）按式（2-11a）計(jì)算最小軸向負(fù)載力 2.4滾珠絲杠的動(dòng)載荷計(jì)算與直徑估算在進(jìn)行滾珠絲杠初選時(shí)，必須了解各種切削方式下軸向負(fù)載力、進(jìn)給速度的大小以及各種轉(zhuǎn)度的時(shí)間占總時(shí)間得百分比，目的是計(jì)

9、算當(dāng)量轉(zhuǎn)速和當(dāng)量載荷的大小。 1）按機(jī)床預(yù)期工作時(shí)間估算滾珠絲杠預(yù)期的額定動(dòng)載荷 已知數(shù)控車床的預(yù)期工作時(shí)間，滾珠絲杠的當(dāng)量荷載，查表2-28得，載荷系數(shù)；查表2-29，初步選擇滾珠絲杠的精度等級(jí)為3級(jí)精度，取精度系數(shù)；查表2-30得，可靠性系數(shù)。取滾珠絲杠的當(dāng)量轉(zhuǎn)速（該轉(zhuǎn)速為最大切削進(jìn)給速度時(shí)的轉(zhuǎn)速），已知，滾珠絲杠的基本導(dǎo)程，則 由式（2-19）得 2）按精度要求確定允許的滾珠絲杠的最小螺紋底徑（1）根據(jù)定位精度和重復(fù)定位精度的要求估算允許的滾珠絲杠的最大軸向變形 已知本車床縱向進(jìn)給系統(tǒng)的定位精度為，重復(fù)定位精度為，則由式（2-23）、（2-24）得： 取上述計(jì)算結(jié)果的較小值，即。（2）估

10、算允許的滾珠絲杠的最小螺紋底徑 滾珠絲杠螺母副的安裝方式擬采用一端固定、一端游動(dòng)支承方式，滾珠絲杠螺母副的兩個(gè)固定支承之間的距離為 取 由式（2-25）得 3）初步確定滾珠絲杠螺母副的規(guī)格型號(hào) 根據(jù)以上計(jì)算所得的和結(jié)構(gòu)的需要，初步選擇南京工藝裝備公司生產(chǎn)的FFZL型內(nèi)循環(huán)墊片預(yù)緊螺母式滾珠絲杠螺母副，型號(hào)為FFZL3206-3，其公稱直徑、基本導(dǎo)程、額定動(dòng)載荷和螺紋底徑如下： 故滿足要求。2.5確定進(jìn)給傳動(dòng)鏈的傳動(dòng)比i和傳動(dòng)級(jí)數(shù) 根據(jù)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)得脈沖當(dāng)量可初步選定步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，應(yīng)該選用反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，步距角小，運(yùn)行頻率高，價(jià)格較低，但功耗較大。根據(jù)附表A-5可初步選定。 取步進(jìn)電機(jī)的步距角，滾

11、珠絲杠基本導(dǎo)程，進(jìn)給傳動(dòng)鏈的脈沖當(dāng)量，則由式（2-69）得 按最小慣量條件，從圖2-42和圖2-43中查得該減速器應(yīng)采用2級(jí)傳動(dòng)，傳動(dòng)比可以分別取為。根據(jù)結(jié)構(gòu)需要，確定各傳動(dòng)齒輪的齒數(shù)分別為，模數(shù)m=2，齒寬b=20mm。3.驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的選型與計(jì)算 3.1計(jì)算折算到電動(dòng)機(jī)軸上的負(fù)載力矩 （1）計(jì)算則算到電動(dòng)機(jī)軸上的切削負(fù)載力矩 已知在切削狀態(tài)下的軸向負(fù)載力，絲杠每轉(zhuǎn)一圈，機(jī)床執(zhí)行部件軸向移動(dòng)的距離，進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)比，進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的總效率，則由式（2-54）得 （2）計(jì)算則算到電動(dòng)機(jī)軸上的摩擦負(fù)載力矩 已知在不切削狀態(tài)下的軸向負(fù)載力（即空載時(shí)的導(dǎo)軌摩擦力），則由式（2-55）得 （3）計(jì)算由

12、滾珠絲杠預(yù)緊力產(chǎn)生的并則算到電動(dòng)機(jī)軸上的附加負(fù)載力矩 已知滾珠絲杠螺母副的效率，滾珠絲杠螺母副的預(yù)緊力為 則由式（2-56）得 （4）則算到電動(dòng)機(jī)軸上的負(fù)載力矩的計(jì)算 = 1 * GB3 空載（快進(jìn)力矩）時(shí)，由式（2-57a）得 = 2 * GB3 切削（工進(jìn)力矩）時(shí)，由式（2-57b）得 3.2計(jì)算則算到電動(dòng)機(jī)軸上的加速力矩根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果和表A-5，初選110BF003型反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)，其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；而進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的負(fù)載慣量；對(duì)開(kāi)環(huán)系統(tǒng)，一般取加速時(shí)間。當(dāng)機(jī)床執(zhí)行部件以最快速度運(yùn)動(dòng)時(shí)的最高轉(zhuǎn)速為 由式（2-59）得 3.3計(jì)算橫向進(jìn)給系統(tǒng)所需的則算到電動(dòng)機(jī)軸上的各種力矩 （1）按式（2-61

13、）計(jì)算空載啟動(dòng)力矩 （2）按式計(jì)算快進(jìn)力矩 （3）按式計(jì)算工進(jìn)力矩 3.4計(jì)算折算到電動(dòng)機(jī)軸上的負(fù)載慣量 各坐標(biāo)軸上的負(fù)載慣量有兩部分組成：一部分是做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量折算到電動(dòng)機(jī)軸上的負(fù)載慣量，另一部分是作直線運(yùn)動(dòng)的移動(dòng)部件折算到電動(dòng)機(jī)軸上的負(fù)載慣量。 （1）計(jì)算滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 已知滾珠絲杠的密度，則由式（2-63）得 （2）計(jì)算折算到絲杠軸上的移動(dòng)部件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 已知機(jī)床橫向進(jìn)給系統(tǒng)執(zhí)行部件（即橫向溜板及刀架）的總重量；絲杠軸每轉(zhuǎn)一圈，機(jī)床執(zhí)行部件在軸向移動(dòng)的距離，則由式（2-65）得 （3）計(jì)算各齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 （4）由式（2-66）計(jì)算加在電動(dòng)機(jī)軸上總負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 3.5選

14、擇電動(dòng)機(jī)的型號(hào) （1）選擇驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)型號(hào) 根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果和表A-5，選擇國(guó)產(chǎn)110BF003型反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)為驅(qū)動(dòng)電機(jī)，其主要技術(shù)參數(shù)如下：相數(shù)，3；歩角數(shù)，；最大靜轉(zhuǎn)矩，；轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，；最高空載啟動(dòng)頻率，1500Hz；運(yùn)行頻率，7000Hz；分配方式，三相六拍；質(zhì)量，6kg。 （2）確定最大靜轉(zhuǎn)矩 由表2-48給出的機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)空載啟動(dòng)力矩與所需的步進(jìn)電機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩的關(guān)系可得 取和中的較大者為所需的步進(jìn)電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩，即 本電動(dòng)機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩為，大于，可以在規(guī)定時(shí)間里正常啟動(dòng)，故滿足要求。 （3）驗(yàn)算慣量匹配 為了使機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的慣量達(dá)到較合理的匹配，系統(tǒng)的負(fù)載慣量與伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量之比

15、一般應(yīng)滿足式（2-67），即 因?yàn)?，故滿足慣量匹配要求。4. PLC控制系統(tǒng)T型圖控制程序T型圖5.PLC指令程序表0 LD X0001 ANI M12 ANI M23 ANI M34 ANI M45 ANI M56 OUT M107 LD M208 ANI X0109 ANI C010 ANI C111 SFTR M10 M0 K6 K120 LD M521 OR M022 OR M123 OUT M10024 LD M125 OR M226 OR M327 OUT M10128 LD M329 OR M430 OR M531 OUT M10232 LD X00433 AND M10034

16、OR M10135 OUT Y10036 LD X00437 AND M10138 LDI X00439 AND M10040 ORB41 OUT Y00142 LD M10243 OUT Y00244 LDI T045 OUT T0 K1048 LDI T149 OUT T1 K552 LDI T253 OUT T2 K256 LD X00557 PLS M1159 LD X00560 AND T061 LD X00262 AND T163 ORB64 LD X00365 AND T266 ORB67 OR M1168 OUT M2069 LDI X00670 RST C072 LD X00673 AND M2074 OUT C0 K1077 LDI X00778 RST C180 LD X00781 AND M2082 OUT C1 K10085 END6.電路接線圖和電器件清單主要元器件型號(hào)明細(xì)表 文字符號(hào)名稱型號(hào)SB0啟動(dòng)按鈕LA8-1(綠色)SB1、SB2和SB3變速按鈕LA8-1(綠色)SB4正反轉(zhuǎn)按鈕LA8-1(綠色)SB5、SB6和SB7步數(shù)控制按鈕LA8-1(綠色)SB8暫停按鈕LA8-1(紅色)FU電動(dòng)機(jī)熔斷器RC1A型PLC可編程控制器FX2N-32MR型M三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)110BF003型7.主要參