毕业设计作品（产品）作品名称数控机床上下料改造控制电路设计二级学院专业班级学生姓名学号指导教师2016年11 月一、作品（产品）简介本次毕业设计的任务是完成数控机床上下料改造控制电路设计，并实现自动上下料功能。

已达到数控机床的自动化作业，为企业省去人工成本，提高经济效益和产品质量的目的。

本次毕业设计通过查阅资料，熟悉数控机床上下料的上下料组成、工作原理。

通过工作台卡盘和安全门的改造，为机械手上下装夹工件做准备。

然后进行电子元器件的选型，设计控制系统电路；编写机械手PLC程序和机床PMC程序。

程序编程完成后，进行整机调试验收，检验设计成果。

最后撰写设计说明书。

设计作品包括控制电路图一份，机械手PLC程序，PMC程序，毕业设计说明书一份。

二、作品（产品）内容1、机械手控制系统图2、机床PMC程序部分（详细见毕业设计说明书）3、机械手PLC程序部分（详细见毕业设计说明书）4、机械手结构图毕业设计说明书作品名称数控机床上下料改造控制电路设计二级学院机械工程学院专业数控设备应用与维护班级数维1401学生姓名谭琳学号201420147096指导教师申俊2016年11月目录第一章绪论 (3)第二章 CK6136数控机床 (4)2.1 数控机床 (4)2.1.1 数控加工 (4)2.1.2 自动化生产 (4)2.1.3 数控机床的组成 (4)2.1.4 输入输出装置 (5)2.1.5 数控系统 (5)2.1.6 可编程逻辑控制系统 (5)2.1.7 伺服驱动系统 (6)2.1.8 位置检测系统 (6)2.1.9 数控机床的机械结构 (6)2.1.10 数控机床的工作流程 (6)2.1.11 CK6136数控机床简介 (7)第三章电气系统的改造 (9)3.1 机床改造后的特点 (9)3.1.1 改造前后的对比 (9)3.1.2 I/O接口分配 (10)3.1.3 卡盘的改造 (11)第四章上下料机械手控制电路设计..................... 错误!未定义书签。

4.1 上下料机械手.................................... 错误!未定义书签。

4.1.1 上下料机械手的种类 (13)4.1.2 上下料机械手的种类 (13)4.1.3 上下料机械手的工作流程以及控制方式 (13)4.1.4 电气元件的选型 (12)4.1.5 伺服电机 (16)4.1.6 PLC I/O分配 (16)4.1.7 机械手的电气原理图 (20)4.1.8 伺服参数的设置 (25)第五章总结 (26)附录一机床新增功能PMC程序 (27)附录二机械手PLC程序 (31)参考文献 (47)第一章绪论随着国民国民经济水平的提高，人民逐渐对机械制造业的制造能力也要求越来越高，第一次工业革命最终以瓦特制成的改良型蒸汽机的投入使用，提供了更加便利的动力，得到迅速推广，大大推动了机器取代人工的普及和发展。

人类社会由此进入了“蒸汽时代”。

1952年美国研制出了世界上第一台数控机床从此机床制造业进入了数控时代。

金属加工主要是去除材料，得到想得到的金属形状。

去除材料，主要靠车和铣，车床发展为数控车床，铣床发展为加工中心。

高精度多轴机床，可以让复杂零件在精度和形状上一次到位，例如，飞机上的一个复杂零件，以前由很多种工人：车工、铣工、磨工、画线工、热处理工需要好几个月才能完成的任务，采用五轴联动数控机床几天甚至几个小时就全部完成，而且精度容易控制，批量加工时，产品重复率高。

零件精度高就意味着寿命长，可靠性好。

因此数控机床得到了广泛的使用，但是在当今现代化工厂的大批量数控加工中、生产效率还是达不到要求，因此人们又尝试着采用流水线的方式制成自动化产线、即机械代替人工，如此一来不但可以把人从繁重的体力劳动、紧张的工作环境中解放出来而且还能解决节节攀升的用工成本，随着国民经济发展用工成本也水涨船高。

据调查，全国工人工资保持20%以上的年增长率，着实令生产企业苦不堪言，采用机械臂和数控机床组成的自动化产线可以代替人工操作，大幅减少用工需求降低用工成本提升企业利润，且自动化生产可24小时工作无需停歇，没有了人工操作的误差，从而保证了产品质量的稳定性，因此发展自动化生产对于用工企业来说将是势在必行。

第二章 CK6136数控机床2.1 数控机床数控是指数字控制简称CNC是利用离散的数字信号对信息进行传输、运算和处理。

数控技术是利用数字控制原理对机床工作台进行精确控制。

该技术广泛用于航天、军事、民用等机械加工领域，是机械加工领域得力的助手。

2.1.1 数控加工数控加工是指在数控机床上进行零件加工的工艺过程。

数控机床是有计算机控制系统的自动加工机床。

它与普通机床相比，具有适应范围宽、可多轴联动、自动化程度高、柔性大、劳动强度低、易于组成自动化产线，能加工复杂曲面等优点。

数控机床与普通机床的主要区别是数控机床具有数字程序控制的计算机系统（简称数控系统），系统用数字控制技术实现机床自动控制，主要实现运动轨迹、行程控制及机床运动开关量，即切削液，换刀等逻辑控制。

2.1.2 自动化生产在常规的数控加工中，工作中的机床必须得有人员看守，当工件加工完毕，必须要有人将成品取下，然后重新更换新的毛坯料，这种生产模式在小批量的加工中对效率的影响不大，但是在大批量，对产品要重复性要求较高的条件下，过多的人工干预不光劳动强度大反而还使得工件表面质量下降，因此自动化生产逐渐走向人们的生活中，自动化生产线是由工件传送系统（通常是传送带）将上一道工序流出的半成品送到下一道工序，通过预先设置好的加工步骤自动完成所有的工序，使工件由半成品变成合格的产品。

这样的生产线叫做自动化产线。

自动化产线主要由工件传送系统一般是指机床的上下料装置、传送装置，和毛坯暂存装置组成。

自动化产线的控制系统主要用来控制工件的搬运，协调辅助装置按照规定的工作循环进行有条不紊的工作。

为了满足设备维修、调试和正常运行的要求，控制系统有两种工作模式：手动和自动。

在调试和维修时可手动操作设备，实现单台设备的各个动作；在自动状态时能自动循环工作。

2.1.3 数控机床的组成数控机床主要由信息载体、输入输出装置、数控系统、可编程逻辑控制、伺服驱动系统、位置检测装置、床身等部分组成。

其基本结构如图所示：图1 数控机床基本结构图2.1.4 输入输出装置输入装置的作用是将用户信息比如加工程序传给数控系统目前应用较多的是利用机床上的USB口直接读取U盘或者使用机床上的RS232、RS485等通信接口和计算机进行数据传输，简单的加工程序也可通过数控系统控制面板上的按键直接将加工程序输入数控系统的存储位置。

输出装置的作用是为操作人员提供必要的加工信息，如程序代码、刀具位置、各种故障信息和操作提示等。

2.1.5 数控系统数控系统是数控机床的核心，好比人的大脑，其主要作用是对加工程序进行处理运算，通过输出高频、连续的脉冲伺服驱动器驱使相应的坐标轴和刀具能够按照预定的轨迹对零件进行切削。

现代化的数控系统主要分成硬件部分和软件部分，其中硬件部分主要由CPU、存储器、系统总线和输入输出接口等组成。

软件部分主要是主控制系统软件，其控制方式有数据运算控制（坐标轴行程控制）和时序逻辑控制（机床开关量控制）两大类，主控制器内的插补运算模块根据读入的零件加工程序，通过译码、编译等信息处理后，进行相应的轨迹插补运算，通过与各坐标轴伺服系统位置、速度反馈信号比较，从而驱使刀具能够按照预定的轨迹进行高精度的移动，从而保证加工质量。

时序逻辑控制主要由可编程控制器PMC来完成，它根据机床加工过程中的各个要求进行协调，根据给定的各个输入信号经过处理，输出指令的位控制命令。

让机床能够有条不紊地进行工作。

2.1.6 可编程逻辑控制系统可编程控制系统主要任务是协调NC控制器对开关量信号进行处理如控制模拟主轴正反转，工件夹紧放松，切削液的启动和停止等辅助操作信号。

2.1.7 伺服驱动系统伺服驱动系统又称随动系统，它的主要任务是按控制命令的要求、对功率进行放大、变换与调控等处理，其驱动装置输出的力矩、速度和位置精度可控度非常高。

伺服电机常用于数控机床上的进给轴的精确运动控制，完成数控机床最后的控制环节，因此，其伺服精度和动态响应特性将直接影响数控机床的加工精度和表面加工质量。

伺服驱动系统包括主轴伺服进给伺服两个单元。

主轴伺服单元接收来自PMC的转向和转速指令，经过功率放大后驱动主轴电机。

进给伺服单元每个差不周期内接受数控系统的位移指令，经过功率放大后驱动进给电机，同时完成定位和反馈控制。

伺服驱动系统执行机构有直流伺服电机和交流伺服电机。

2.1.8 位置检测系统位置检测系统是利用传感器检测伺服电机的转角位移或数控机床工作台的直线位移，并转换成电信号反馈给伺服系统，由伺服系统中的位置比较环节对控制位移量与实际位移量进行比较，根据比较的差值调整控制信号，提高控制精度。

2.1.9 数控机床的机械结构数控机床和普通机床总体上基本相似，但由于数控机床在加工过程中的特殊性，其机械结构的要求和普通机床是不一样的。

数控机床的机械结构主要是由机座、主传动、进给、辅助功能装置、特殊功能装置等组成。

机床基础件，通常是指床身、底座、立柱、横梁、溜板、工作台等。

他们是机床的基础框架。

机床的其它零部件固定在基础件上，或工作时候在其导轨上来回运动，主传动装置包括主轴、联轴器、滚珠丝杆等。

2.1.10 数控机床的工作流程数控机床工作时根据所输入的数控加工程序，由数控系统处理后控制刀具和零件的相对运动来对零件进行切削，从而满足零件形状的要求。

数控加工程序的编制：在零件加工前，首先根据被加工零件图样所规定的零件形状、尺寸、材料及技术要求等，确定零件的工艺过程、工艺参数、几何参数以及切削用量等，然后根据数控机床编程手册规定的代码和程序格式编写零件加工程序。

对于比较简单的零件，通常采用手工编程；对于形状复杂的零件，则用计算机上用 UG/CAXA等软件自动生成零件加工程序。

刀具补偿：零件加工程序通常是按零件轮廓轨迹写的。

刀具补偿的作用是把零件轮廓轨迹转换成刀具中心轨迹运动加工出所要求的零件轮廓。

插补：插补的目的是控制加工运动，使刀具相对于工件作出符合零件轮廓轨迹的相对运动。

位置控制：位置控制的任务是在每个采样周期内，将插补计算出的指令位置与实际反馈位置相比较，经过NC系统运算后控制伺服电机的位移量从而达到控制目的。

2.1.11 CK6136数控机床简介CK6136数控车床在机械加工方面应用的很广泛，该车床可配置多种数控系统应用较多的是日本FANUC-0i数控系统。

该系统具有模拟加工刀路功能。

主运动采用交流调速或串行主轴进行控制进给运动诶两轴联动，分别由两个伺服电机驱动。