数控切割机控制系统的设计

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1、编号:毕业论文（设计）题目数控切割机控制机构的设计指导教师姚俊红学生姓名刘武学号2专业机械设计制造与其自动化教学单位德州学院机电工程系（盖章）二0 一二年五月六日数控切割机控制系统的设计德州学院毕业论文（设计）幵题报告书2012年1月11日院（系）机电工程系专业机械设计制造与其自动化姓名刘武学号2论文（设计）题目数控切割机控制机构的设计一、选题目的和意义在机械加工过程中，板材切割常用方式有手工切割、半自动切割机切割与数控切 割机切割。手工切割火活方便，但手工切割质里差、尺寸误差大、材料浪费大、后续 加工工作量大，冋时劳动条件恶劣，生产效率低。半自动切割机中仿形切割机，切割 工件的质量较好，由于

2、其使用切割模具，不适合于单件、小批量和大工件切割。其它 类型半自动切割机虽然降低了工人劳动强度，但其功能简单，只适合一些较规则形状 的零件切割。数控切割相对手动和半自动切割方式来说，可有效地提高板材切割地效 率、切割质量，减轻操作者地劳动强度。数控切割机具有加工精度高，加工稳定可靠， 高生产率，劳动条件好，有利于管理现代化等优点。其控制系统具有可靠性强，精度 咼，功能强大，经济头用，操作方便等特点。控制机构的发展与幵发能更好的提咼生 产效率，使生产更具安全性。二、本选题在国内外的研究现状和发展趋势经过几十年的发展，数控切割机在切割能源和数控控制系统两方面取得了长足的发展，机床在机械加工领域中有

3、着举足轻重的作用。从50年代幵始，人们对机床的控制方式幵展研究，从早期的基于NC的控制方案发展到今天基于计算机 的数控方案。对机床的控制自动化和智能化程度都有了巨大的发展。目前，国际上机床市场基本都是数控机床，并出现了各种分类齐全、专业化程度非常高的数控机床、数控车床、数控铣床等等。并且在数控机床的应用上，网络化的数控机床也成了未来的发展趋势，总之，数控机床伴随着计算机技术和嵌入式技术的发 展，变得越来越自动化和专业化。数控切割机控制系统已由当初的简单功能、复三、课题设计方案主要说明：研究（设计）的基本内容、观点与拟采取的研究途径和 方法。1. 根据所学的PLC、数控有关专业知识以与查询的有关

4、文献，根据数控切割的工作 原理，使用时应达到的安全，效率，可靠性等进行初步设计。2. 通过考察分析了解切割机控制系统的工作原理，根据切割工艺的要求，满足生产的控制要求，控制系统经济实用、控制精度高的要求进一步完善和修改设计。3. 根据所设计的控制系统，利用 PLC进行系统相关接线图和控制梯形图的绘制。4. 综合考虑数控切割机的应用，检查PLC编程，进一步完善优化控制系统。四、计划进度安排 主要说明：起止时间与分阶段的进度要求。起止时间：2011.12.15-2.102012.3.1- 3.31文初稿。2012.4.1- 4.202012.4.10-5.92012.5.9-5.19进行课题的搜集

5、资料，初步确定课题。整理材料，理清思路，确定论文的研究方向，幵始撰写论初步完成初稿，交由指导老师修改、审核，并在初稿的基修改论文，确定最终的论文，准备毕业答辩参加论文答辩。五、主要参考文献1 杜国臣，王士军机床数控技术M.北京大学出版社2 郁汉琪，郭健.可编程序控制器原理与应用M.中国电力出版社3 程卫权.基于PLC的数控切割系统J.计算机工程应用技术，2011.11 7 （ 30）4 宋伯生.可编程控制器配置编程联网M.北京冲国劳动出版社，19985 刘敏.可编程控制器技术M.北京：机械工业出版社，2004指导教师意见与建议：签名：年 月 日 教学单位领导小组审批意见：组长签名：年 月 日2

6、012 年 04德州学院毕业论文（设计）中期检查表院（系）:机电工程系 专业：机械制造与其自动化月12日毕业论文（设计）题目：数控切割机控制机构的设计学生姓名刘武学号2指导教师姚俊红职称副教授计划完成时间：2012年5月6号毕业论文（设计）的进度计划：进行课题的搜集资料，初步确定课题。201231-3.31整理材料，理清思路，确定论文的研究方向，幵始撰写论文初稿。初步完成初稿，交由指导老师修改、审核，并在初稿的基础上完善。修改论文，确定最终的论文，准备毕业答辩。参加论文答辩。完成情况指导教师评议（指出优点和不足，如有其它建议，可另附页）签名：XXXX年x月x日备注:1. 概述 0 1.1 数控

7、切割机的发展现状 01.2 数控切割机床电气系统的介绍 1.1.3 本次设计的主要内容 32. PLC 的由来与应用 3 2.1 PLC 的由来 32.2 PLC 的应用领域 42.3 PLC 的知识介绍 63 PLC 控制系统的设计 83.1 PLC 控制系统设计内容与步骤 84 本次设计的方案 1.1.4.1 数控切割机的整体结构示意图 1.1.4.2 控制系统硬件结构的分析 1.1.4.3 控制方案的选择 1.2.4.4 控制系统的硬件结构 1.2.4.5 控制系统 PLC 程序设计 1.3.4.6 设计的接线图 1.4.4.7 本次设计的内容 1.4.4.8 本次设计的梯形图 1.5.

8、参考文献 1.5.谢 辞 1.6.数控切割机控制系统的设计数控切割机控制系统的设计刘武（德州学院机电系，山东德州253023 ）摘要：数控切割机床应用于装备制造业、工程机械制造业、船舶制造业等多种 机械制造行业，在机械制造规模生产中，应用可编程控制器来进行综合控制，在实 际中较好得解决数控切割机在控制操作上存在的问题。数控设备全部更新换代，不 仅资金投入太大，成本高，而且原有设备的闲置又将造成极大的浪费，实践证明， 改造后的机床满足了技术发展的需要提高了生产率和产品精度增大了设备适应能 力。该文就是基于PLC控制在数控切割机床上的电气实现进行了探讨。机床面板 功能设计是一项非常重要的环节。它的

9、作用：主要是将机床操作面板上的控制信号 直接送人到PLC中去，以控制数控系统的运行。关键词：PLC；数控系统；数控切割机；梯形图；伺服系统；面板；电气控制系 统1. 概述1.1数控切割机的发展现状中国作为全球最大数控切割机床生产国、进口国和消费国，早期的数控切割机 床均属国营，生产效率不佳，出口比例较低；但在国内数控切割机床企业大力改革、 裁汰冗员，大量崛起“人员精简、产值高”的民营企业等事件后，情况得到好转； 同时，随着逐步学习日本、美国的技术设计理念，把主要市场投向汽车、模具、电 子等高端产业，采用技术合作或引进外资的方式吸引日本、台湾企业，使数控切割 机床产业得到大幅度的发展。当今世界，

10、工业发达国家对机床工业高度重视，竞相发展机电一体化、高精、高效、高自动化先进机床，以加速工业和国民经济的发展。长期以来，欧、美、亚 在国际市场上相互展开激烈竞争，已形成一条无形战线，特别是随微电子、计算机 技术的进步，数控机床在 20 世纪 80 年代以后加速发展，各方用户提出更多需求， 早已成为四大国际机床展上各国机床制造商竞相展示先进技术、争夺用户、扩大市 场的焦点。任何事物都有其特点与发展条件，人们掌握后才能加速其发展。在机床改造中，机床的电气控制系统需要重新设计，而其中数控机床操作面板 的功能设计是非常重要的一个环节，可根据不同的使用要求来设计不同功能的操作 面板。面板改造：依据系统选

11、型主轴功率、进给倍率、转速、安装等指标进行，与硬 件连接、梯形图编写、参数选择进行设计。面板改造后具有：使用性强，系统的简化，便于操作，提高加工精度，柔性高， 生产效率高。1.2 数控切割机床电气系统的介绍 数控切割机床电气系统包括交流主电路、机床辅助功能控制电路和电子控制电路，一般将前者称为强电，后两者称为弱电。强电是 24V 以上供电，以电气元件、 电力电子功率器件为主组成的电路 ;弱电是 24V 以下供电，以半导体器件、集成电 路为主组成的控制系统电路。数控切割机床的主要故障是电气系统的故障，电气系 统故障又以机床本体上的低压电器故障为主。数控切割机床对电气系统的基本要 求：1. 高可靠

12、性 数控切割机床是长时间连续运转的设备，本身要具有高可靠性。因此，在电气 系统的设计和部件的选用上普遍应用了可靠性技术、容错技术与冗余技术。所有部 件选用的是最成熟的，而且符合有关国际标准并取得授权认证的新型产品。2. 紧跟新技术的发展在保证可靠性的基础上，电气系统还要具有先进性，如新型组合功能电气元件 的使用、新型电子电器与电力电子功率器件的使用等。3. 稳定性要在电气系统中采取一系列技术措施，使其造应较广泛的环境条件，如要能适 应交流供电系统电压的波动，对电网系统内的噪声干扰有一定的抑制作用，同时还 应符合电磁兼容的国家标准要求，系统内部既不相互干扰，还能抵抗外部干扰，也 不向外部辐射破坏

13、性干扰等。4. 安全性电气系统的连锁要有效 ;电气装置的绝缘要保证完好， 防护要齐全， 接地要牢靠， 以使操作人员的安全有保证 ;电气部件的防护外壳要具有防尘、 防水、防油污的功能 电柜的封闭性要好，能防止外部的液体溅人电柜内部，防止切屑、导电尘埃的进入 电柜内的所有元件在正常供电电压下工作时不应出现被击穿的现象，并且应有预防 雷电袭击的功能 ;经常移动的电缆要有护套或拖链防护， 防止缆线磨断或短路而造成 系统故障 ;要有抑制内部部件异常温升的措施， 特别是在夏季， 要有强迫风冷或制冷 器冷却 ;要有防触电、防碰伤设施。5. 方便的可维护性易损部件要便于更换或替换。保护元器件的保护动作要灵敏，

14、但也不能有误动 作。一旦故障排除后，功能要能恢复。6. 良好的控制特性所有被控制的电动机起动要平稳、响应快速、特性硬、无冲击、元震动、无振 荡、无异常数控机床电气检修噪声、无异常温升。7. 运行状态明显的信息显示数控切割机控制系统的设计电气系统要用指示灯做操作显示，电气元件要有状态指示、故障指示，有明显 的安全操作标识。8. 操作的宜人性 电气系统要体现人性化设计，如操作部位应与人体平均高度、距离相适应，体 现操作方便、舒适、便于观察的特点，尤其是要能随时摸得到急停按钮，保证紧急 情况下的快速操作动作 ;机床电器颜色不仅要符合标准，还要美观、明显。1.3 本次设计的主要内容 对数控机床电气控制

15、系统的控制方式、系统功能、主要实现部件，进行了选择 和分析，然后给出一个完整的基于 PLC 的数控机床电气控制系统工作原理方案。2. PLC 的由来与应用 .2.1 PLC 的由来在PLC问世之前，工业控制领域中是继电器控制占主导地位。继电器控制系统有着十分明显的缺点：体积大、耗电多、可靠性差、寿命短、运行速度慢、适应性 差，尤其当生产工艺发生变化时，就必须重新设计、重新安装，造成时间和资金的 严重浪费。为了改变这一现状， 1968 年美国最大的汽车制造商通用汽车公司 (GM )，为了适应汽车型号不断更新的要求，以在激烈的竞争的汽车工业中占有优势，提出要研制一种新型的工业控制装置来取代继电器控制装置，为此，特拟定了 十项公开招标的技术要求，即：1)