开题报告

 

第二篇：开题报告-样本

开题报告108059

—基于PLC的自动换刀系统设计

1．课题名称：基于PLC的自动换刀系统设计

2．课题来源

该课题是老师根椐我们的情况与学校毕业设计的要求相结合提出来的。这个方向是我根据自己的考研和未来准备发展的方向选定的。

3．选题的目的和意义

目的——以高速化为先导，提高数控机床的综合性能。根据工艺要求，利用可编程控制器研究刀库和主轴间自动换刀的程序设计。

意义——①可以了解研究开发的大概流程。

②可以锻炼查找和利用各种资源的能力，培养良好的学习习惯。 ③可以锻炼提高对数控机床，PLC，机电控制系统等的了解，使我们的专业知识得到充分的运用。

④增加实际设计经验，明确对系统硬件，完成刀库、PLC、液压系统等的具体设计。

4．国内外研究现状和发展趋势、学术动态，综合分析提出研究课题的主攻方向 电气控制技术在现代化的生产和实践中发挥着越来越大的作用，最初的电气控制主要功能是继电接触器逻辑控制系统，随着生产技术的进步和生产过程的复杂化，可编程序控制器（PLC）技术得到广泛应用，并且发展极为迅速，现在已经成为电气控制技术的主流。PLC、机器人、CAD/CAM技术已被列为工业自动化的三大支柱。虽然PLC可以取代继电接触器逻辑控制，但在传统的机电传动控制中，继电接触器逻辑控制仍是主要的电气控制方式，而且PLC本身就是在继电接触器逻辑控制技术上发展起来的。

上世纪80年代至90年代中期，是PLC发展最快的时期，年增长率一直保持为30~40%。在这时期，PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高，PLC逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统. 近年，工业计算机技术（IPC）和现场总线技术（FCS）发展迅速，挤占了一部分PLC市场，PLC增长速度出现渐缓的趋势，但其在工业自动化控制特别是顺序控制中的地位，在可预见的将来，是无法取代的。 目前，世界上有200多厂家生产300多品种PLC产品，主要应用在汽车（23%）、粮食加工（16.4%）、化学/制药（14.6%）、金属/矿山（11.5%）、纸浆/造纸（11.3%）等行业。

目前，可编程控制器的生产厂家众多，产品型号、规格不可胜数，但主要分

为欧、日、美三大块。在中国市场上，欧洲的代表是西门子、日本的代表是富士、松下、三菱和欧姆龙、美国的代表是AB与GE。各大公司在中国均推出自己的从微型到大型的系列化产品，但是，国产的PLC始终没有突破性的发展，占用市场份额很小。PLC生产厂约30家，但没有形成颇具规模的生产能力和名牌产品，还有一部分是以仿制、来件组装或“贴牌”方式生产。在我国，一般按I/O点数将PLC分为以下级别：微型：32 I/O； 小型： 256 I/O ；中型：1024 I/O； 大型：4096 I/O； 巨型：8192 I/O。在我国应用的PLC系统中，I/O 64点以下PLC销售额占整个PLC的47%，64点~256点的占31%，合计占整个PLC销售额的78%。从行业上分，有各自的势力范围。大中型集控系统采用欧美PLC居多，小型控制系统、机床、设备单体自动化及OEM产品采用日本的PLC居多。欧美PLC在网络和软件方面具有优势，而日本PLC在灵活性和价位方面占优势。

自动换刀装置是目前CNC机床的必备装置。自19xx年首次研制成功数控加工中心自动换刀装置以来, 自动换刀装置的机械结构和控制方式不断得到改进和完善。数控车床的刀架是一种简单的自动换刀装置, 在经济型数控车床和普通车床数控改造中得到广泛应用, 但是这些刀架的机械结构、数控系统硬件和软件复杂。针对目前可编程控制器在数控机床中的应用日益广泛, 在研制的一型数控车床中, 自动换刀装置采用数控装置汉口与输入端用软开关联接, 以为主的软件系统控制刀架的转动, 用干簧管开关方式选择刀座, 为了提高刀架的回定位精度, 机械结构采用粗精定位相结合的方式, 因此, 自动刀架具有结构简单, 可靠性好, 刀具重复定位精度高的特点。

可编程控制器在 CNC机床中的应用将成为主流,如何拓展PC的应用范围是研究的主要问题, PC在CNC机床中的应用有多种方式, 一般是探讨数控装置与输入端通过外电路联接控制自动换刀装置, 具有通用性好, 易于实现, 可靠性好的特点, 适用于经济型数控车床和普通车床的数控改造。

最新发展的PLC产品，还把DDC(直接数字控制)技术加进去，并具有与监控计算机联网的功能，因而它的应用几乎覆盖了所有工业企业，既能改造传统机械产品成为机电一体化的新一代产品，又适用于生产过程控制，实现工业生产的优质、高产、节能与降低成本。也有将PLC和Internet网联系起来，希望借助于互联网的方便快捷来实现各种自动化需求。

综合这么久查阅的资料，我觉得这个毕业设计主要点是：①利用PLC的存储记忆等功能进行识刀和选刀，这样刀库上的刀具与主轴上的刀具可任意交换即随机换刀；②对自动换刀机械过程实现准确定位与控制；③熟悉可编程控制器使用的元件及其相关的技术，学会并能独立的进行基本的编程。

5．要研究的内容、拟采用的技术路线

在这个课题当中，我们主要要研究的内容有：

1、了解课题的相关研究技术，数控机床，PLC，机电控制系统等。

2、设计PLC控制系统和液压执行部分，完成整体设计。

3、开发系统硬件，完成刀库、机械手、PLC、液压系统的具体设计。

4、设计系统软件，根据运行要求及对电气保护要求由PLC来实现自动换刀系统的逻辑控制。

5、对系统进行模拟测试。

当刀具交换机构接收到换刀指令后，若采用机械手换刀，拟采用的技术路线分为以下三步：

1、主轴复位，即主轴停止转动并准停，使主轴上的刀具回归到换刀位置，然后完成松刀动作。

2、刀库选刀，即使待换刀具转动到规定的换刀位置，并使刀库上的刀柄垂直。

刀库选刀流程图如下：

开始 →将换刀位值输入计数器中→CNC发送预选刀号到PLC→PLC检索刀号数据表，计算出新刀具在表中的序号数→根据刀库目标位置与现在位置，按最短途径计算步距→判断刀库正反转（正转加一，反转减一）→令刀库驱动电机启动，刀库旋转→刀座一致性判别→刀库停转，选刀结束

3、自动换刀，即利用回转式单臂双爪机械手将主轴上的工作刀具与刀库中的待用刀具交换位置。

换刀过程的流程图如下：

选刀结束→机械手回原位，各坐标回参考点，刀套甩下→机械手启动→机械手抓刀→拔出刀具→机械手交换刀具→插入刀具并夹紧→机械手回原位，刀套水平→换刀结束

其中，机械手拟采用V116B型立式数控镗铣床加工中心中的机械手，它具有结 构紧凑、工作平稳、定位准确的优点。

若采有无机械手换刀，则拟采用以下路线：

主轴完成上一道工序后升至换刀原点2→主轴定位→刀库右移抓刀→主轴松刀→主轴上升至换刀原点1→刀库换刀→主轴下降到换刀原点2 取刀→主轴拉刀→刀库退回完成一个刀位换刀。

其中选择配备斗笠式刀库，刀库容量选择8把刀。

6工作的主要阶段、进度和技术指标

主要阶段：

1、查看、下载和整理各种相关的重要资料，认真的完成文献综述和开题报告；

2、利用资源完成系统的整体架构设计，并且分模块完成硬件及软件设计和调试，并完成英文翻译。

3、完成毕业论文，准备答辩。

进度安排：

1-4周，根据任务书的要求阅读参考文献，撰写文献综述和开题报告。 5-6周，根据开题报告，完成系统的整体架构设计。

7-12周，分模块完成硬件及软件设计和调试，并完成英文翻译。

13周，撰写毕业论文。

14周，修改论文，定稿，准备预答辩。

15周，完善答辩材料，答辩。

7．最终目标及完成时间

本课题的最终目标是用PLC基本设计出自动换刀系统，并能基本通过模拟测试。完成时间为20xx年6月。

8．现有条件及必须采取的措施

这次课题设计主要使用的工具是计算机。对于设计当中遇到的问题以及一些设计思路上面的提示，学校图书馆的科技文献数据库提供了很多优秀的文献给予我们参考，同时，老师给予了我们大力支持。

9. 阅读的主要文献

[1]龚仲华. MC320/520自动换刀控制. 制造技术与机床. 1999，(8) :11-14.

[2]敖荣庆，周兴科技. PLC控制加工中心刀库的选刀与CNC系统的通信研究. 纺织学报. 2002，38(4) : 24-27.

[3]倪春杰. PLC 在加工中心刀库转位控制中的应用. 兰州石化职业技术学院学报 . 2003， 3(3) :14-16.

[4]向金林. TH7130立式加工中心自动换刀系统的设计. 装备制造技术 . 2006，(3) : 7-9.

[5]周朔鹏. WNC490数控车床转塔刀架PLC程序设计. 设计与研究. 2005，（1）: 45-47.

[6裴旭明，张东初，邓红霞. 基于PLC控制的加工中心随机换刀方式研究. 设备设计与维修. 2004，（8）: 83-84.

[7]赵葛霄，黄玉辉. 加工中心的自动换刀方式及PLC实现方法. 现代机械. 2001，（2）: 6-8.

[8]祁平. 加工中心换刀过程PLC编程技巧. 制造技术与机床. 2001，(11): 40.

[9]刘新红，孙丽媛. 可编程序控制器在数控机床上的应用. 仪表技术与传感器. 1997，（2）: 41-44.

[10]苟琪. 数控车床自动换刀装置研究. 机械制造. 1998，（6）: 28-29.

[11]刘炜. 数控加工中心自动换刀系统. 机床与液压. 2005，（5）: 85.

[12]林明星主编. 电气控制及可编程序控制器 [M]. 北京：机械工业出版社，2008.

[13]钟肇新，范建东，冯太合编. 可编程控制器原理及应用 [M]. 第四版. 广州：华南理工大学出版社，2008.

[14]廖效果，朱启逑. 数字控制机床 [M]. 武汉：华中理工大学出版社，1996.

[15]卢艳军. 基于软件PLC的UO控制研究. 研究*开发.2005，6: 21-22.

[16]韩思亮，汤建新，马皓. LC远程监控与故障诊断系统设计与实现. 工业仪表下自动化装置. 2005，(1): 3-26.

相关推荐

专栏推荐