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1、課程設計說明書
鄭州電力職業(yè)技術學院
課程設計說明書
題 目 機電一體化技術與系統(tǒng)課程設計
--數(shù)控加工中心刀具換刀系統(tǒng)的設計
系 別 機電工程系
專 業(yè) 機電一體化
班 級 11級機電2班
姓 名— xiaoming
設計時間 2013 年5月8日
指導教師 xiaoli
二。一三年五月七日
課程設計任務書
一、課程設計任務
設計一個數(shù)控加工中心刀具庫換刀系統(tǒng)。
二、課程設計要求
刀具由PLC控制來實現(xiàn)其功能。斗笠式刀庫裝 6把刀，從上向下看順時針編號，如圖 4-1所示。以機械手位置為基準，刀號變大方向連續(xù) 3把刀盤逆時針換刀；刀號變小連續(xù)
2把
2、刀采用順時針旋轉換刀。例如：假設 1號刀為停留在機械手位置處時，調去 1號刀時 刀盤不動作；調取5、6號刀時刀盤順時針旋轉，調去 2、3、4號刀時，刀盤逆時針旋轉。
三、課程設計的參數(shù)設置
1、寄存器D0；機械手當前位置寄存器。
2、寄存器D1:程序刀號寄存器。
3、寄存器D3:偏差寄存器。
4、參數(shù) K:參數(shù) K1、K2、K& K4 KS K6分別為 1、2、3、4、5、6。
四、課程設計過程
第一節(jié)PLC基本介紹
可編程控制器(Programmable Controller ) 簡稱PC,為了避免和通用計算機的簡稱
PC同意，在很多書中對可編程控制器仍沿用 PLC的簡稱。
3、
1968年美國的汽車工業(yè)首先提出了可編程控制器的概念， 1969年美國數(shù)字設備公司制
造出了世界上第一臺PLG這時的可編程控制器只能用于執(zhí)行邏輯判斷、定時、計數(shù)等順序 控制功能，所以稱為可編程控制器，簡稱 PLG PLC最早用于取代汽車生產線上的繼電器控 制系統(tǒng)，隨即擴大到食品加工、制造冶金等工業(yè)部門
可編程控制器在其內部結構和功能上都類似于通用計算機， 所不同的是可編程控制器還
具有很多通用計算機所不具有的功能和結構。 PLC還有很多適應于各種工業(yè)控制系統(tǒng)的模
塊；
PLC采用以傳統(tǒng)電氣圖為基礎的梯形圖語言編程，方法簡單且易于學習和掌握。所以 在控制系統(tǒng)應用方面PLC優(yōu)于計算機
4、，它易于和控制系統(tǒng)相連接，可以方便靈活的構成不 同要求，不同規(guī)模的控制系統(tǒng)，其環(huán)境適應性和抗干擾能力強， 所以可將可編程控制器稱工 業(yè)控制計算機，由于這些特點，目前可編程控制器已成為工業(yè)自動控制系統(tǒng)的重要支柱。
可編程控制器的基本組成：
1、中央處理單元(CPU)
中央處理器單元是PLC的核心，PLC的檔次越高CPU勺位數(shù)越多，系統(tǒng)處理信息量越大， 運算速度就越快，指令功能也越強。
2、存儲器
存放系統(tǒng)軟件的存儲器稱為系統(tǒng)程序存儲器。
存放應用軟件的存儲器稱為用戶程序存儲器。
3、輸入輸出接口電路
現(xiàn)場輸入接口電路由光耦合電路和微機的輸入接口電路，作用是 PLC與現(xiàn)場控制
的
5、接口界面的輸入通道。
現(xiàn)場輸出接口電路由輸出數(shù)據寄存器、選通電路和中斷請求電路集成，作用 PLC
通過現(xiàn)場輸出接口電路向現(xiàn)場的執(zhí)行部件輸出相應的控制信號。
4、電源
PLC的電源在整個系統(tǒng)中起著十分重要的作用。如果沒有一個良好的、可靠的電源 系統(tǒng)是無法正常工作的，因此 PLC的制造商對電源的設計和制造也十分重視。一般交
流電壓波動在+10%（+15%）范圍內，可以不采取其它措施而將 PLC直接連接到交流電網
5、編程器
編程器用于將用戶程序送入 PLC的存儲器，是PLC最重要德外部設備。編程器可
用于編程，也可以用來進行程序修改和檢查，還可以對 PLC工作狀態(tài)進行監(jiān)控。
第二
6、節(jié)闡述PLC的工作原理
可編控制器的工作原理：循環(huán)掃描工作方式， PLC在通電以后，PLC實際上是按
照分時操作進行工作的，此工作過程的循環(huán)掃描工作方式。
當PLC投入運行后，其工作過程一般分為三個階段，即輸入采樣、用戶程序 執(zhí)行和輸出刷新三個階段。完成上述三個階段稱作一個掃描周期。在整個運行期 問，PLC的CPU以一定的掃描速度重復執(zhí)行上述三個階段。
（一）輸入采樣階段
在輸入采樣階段，PLC以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據，并將它 們存入I/O映象區(qū)中的相應的單元內。輸入采樣結束后，轉入用戶程序執(zhí)行和輸 出刷新階段。在這兩個階段中，即使輸入狀態(tài)和數(shù)據發(fā)生變化， I/O映象區(qū)
7、中的
相應單元的狀態(tài)和數(shù)據也不會改變。因此，如果輸入是脈沖信號，則該脈沖信號 的寬度必須大于一個掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。
（二）用戶程序執(zhí)行階段
在用戶程序執(zhí)行階段，PLC總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序 （梯
形圖）。在掃描每一條梯形圖時，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點構成的 控制線路，并按先左后右、先上后下的順序對由觸點構成的控制線路進行邏輯 運算，然后根據邏輯運算的結果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng) RAM存儲區(qū)中對應位
的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在 I/O映象區(qū)中對應位的狀態(tài)；或者確定是否要
執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。
在用戶程序執(zhí)行過程
8、中，只有輸入點在 I/O映象區(qū)內的狀態(tài)和數(shù)據不會發(fā)
生變化，而其他輸出點和軟設備在 I/O映象區(qū)或系統(tǒng) RAM存儲區(qū)內的狀態(tài)和數(shù)
據都有可能發(fā)生變化，而且排在上面的梯形圖，其程序執(zhí)行結果會對排在下面 的凡是用到這些線圈或數(shù)據的梯形圖起作用；相反，排在下面的梯形圖，其被 刷新的邏輯線圈的狀態(tài)或數(shù)據只能到下一個掃描周期才能對排在其上面的程 序起作用。
在程序執(zhí)行的過程中如果使用立即 I/O指令則可以直接存取 I/O點。即使 用I/O指令的話，輸入過程影像寄存器的值不會被更新，程序直接從 I/O模塊
取值，輸出過程影像寄存器會被立即更新，這跟立即輸入有些區(qū)別。
（三）輸出刷新階段
當掃
9、描用戶程序結束后， PLC就進入輸出刷新階段。在此期間， CPU按照
I/O映象區(qū)內對應的狀態(tài)和數(shù)據刷新所有的輸出鎖存電路，再經輸出電路驅動
相應的外設。這時，才是 PLC的真正輸出。
第三節(jié)列出I/O配置表
節(jié)點類型
節(jié)點名稱
節(jié)點作用
軸
入
X001
機械手位置檢測
X002
機械手位置檢測
X003
機械手位置檢測
X004
機械手位置檢測
X005
機械手位置檢測
X006
機械手位置檢測
X0011
刀具號選擇
X0012
刀具號選擇
X0013
刀具號選擇
X0014
刀具號選擇
X0015
刀具號選擇
X0016
10、刀具號選擇
出
輸
Y000
刀具到位寸斤
Y001
刀盤旋轉指示
Y002
刀盤順轉
Y003
刀盤逆轉
Y004
換刀閃爍
第四節(jié)刀盤取刀示意圖
如圖4-1所示，以1號刀位在機械手位置處為例。
一、調取當前刀號。機械手在 1號刀位D0=K1,系統(tǒng)調取當前刀號， D0=K1,
兩值比較D0=D1,此時，到位指示燈直接亮起，接著換刀成功指示燈閃爍，表示換 刀完成。
二、調取2 （或3、4）號刀。機械手在 1號位D0=K1,系統(tǒng)調取2號刀，D1=K2, 兩值比較 D0K3,M10動作
11、， 刀盤逆轉。
-14 -
圖4-1
⑶ 如圖4-2 ,調取5 （或6）號刀，機械手在 1號位置D0=K1,系統(tǒng)調取5
號刀，D1=K5,兩值比較 D0
12、
X003 M5
TI
X004 M5
K005 M5
TI
K006 M5
TI
M5
D3~~《K3, M11、M12動作，刀盤順轉 第五節(jié) 本系統(tǒng)梯形圖及指令
4MOV
KI
BO
}
TMOV
K2
DO
}
-[Mov
K3
DO
}
-[MOV
K4
DO
}
4Jiov
K5
DO
}
-DrtOV
K6
DO
}
HJIOV
KI
DI
}
[SET M5 }
{NtO K2 DI }
[SET M5 1
D!K)V S3 DI }
[SET M5 }
WV K4 DI }
[
13、SET M5 1
WV K5 DI }
[SET M5 1
[MOV K6 DI }
[SET M5 }
(CMP DO DI MCI }
{SUB DO DI D3 }
(YOW，
MD DO K6 D2 ，
{SUB D2 DI D3 }
指令表
在止
步進指令
器彳
牛號
0
LD
X011
1
MOV
K1
D0
6
LD
X012
7
MOV
K2
D0
12
LD
X013
13
MOV
K3
D0
18
LD
X015
19
MOV
K1 1
D0
24
14、
LD
X015
25
MOV
K5
30
LD
X016 1
31
MOV
K1
D0
36
LD
X001
37
ANI
M5
38
MOV
K1
D1
43
SET
M5
44 1
LD
X002
45
ANI
M5
46
MOV
K2
D1
51
SET
M5
52
LD
X003
53
ANI
M5
54 「
MOV
K3
D1
59
SET
M5
60
LD
X004
61
ANI
M5
62
MOV
K
15、4
D1
67
SET
M5
68
LD
X005
69
ANI
M5
70
MOV
K5
D1
75
SET
M5
76
LD
X006
77
ANI
M5
78
MOV
K6
D1
83
SET
M5
84
LD
M5
85
CMP
D0
D1
92
MPS
93
AND
M0
94
SUB
D0
D1
101
MRD
102
AND
M1
103
OUT
Y000
104
MRD
105
AND
M2
16、
106
ADD
D0
K6
113 1
MPP
114
AND
M2
115
SUB
D2
D1
122 1
LD
M5
123
CMP
D3
K3
130
MPS
131 1
AND
M10
132
ANI
Y000
133
ANI
M20
134
OUT
M18
135
MRD
136
AND
M11
137
ANI
Y000
138 1
ANI
M20
139
OUT
M19
140
MPP
141 1
A
17、ND
M12
142
ANI
Y000
143
ANI
M20
144
OUT
M20
145
LD
M19
146
OR
M20
147
OUT
Y002
148
LD
M18
149
OUT
Y003
150
LD
Y000
151
OUT
T1
K50
154
LD
Y002
155
OR
Y003
156
OUT
Y001
157
LD
Y000
158
AND
M8013
159
OUT
Y004
160
LD
T1
18、
161
RST
M5
162
END
第六節(jié)本系統(tǒng)的開發(fā)環(huán)境
隨著科學技術的發(fā)展和社會經濟的進步， 人們對機電一體化技術提出了許多新的和更 高的要求，制造業(yè)中的機電一體化應用就是典型的實例。毫無疑問，機械制造自動化中的 計算機數(shù)控、柔性制造、計算機集成制造及機器人等技術的發(fā)展代表了機電一體化的發(fā)展 水平。
系統(tǒng)的表現(xiàn)特征之一是系統(tǒng)結構進一步采用開放式和模式化的總線結構。
第七節(jié)本系統(tǒng)的改進
選擇順應性裝配機器人具有選擇順應性的裝配機器人的手臂，這種機器人在 水平方向具有順應性，而在垂直方向則有很大的剛性，最適合于裝配作業(yè)使 用，它有大臂回轉、小臂回轉、腕部升降與回轉四個自由度。
人工智能化在機電一體化中的研究日益得到重視， 機器人與數(shù)控機床的
智能化就是重要的應用。提高機電一體化產品的設計水平和加快設計水平是 改進該系統(tǒng)的重要方法。
五、指導教師評價
1 .指導教師評語：
指導教師簽名:
2 .成績評定:
簽名：
年 月 日
機電一體化技術與系統(tǒng)課程設計詳解
