自动换刀加工中心.doc

PLC编程课题研修设计说明书设计课题：自动换刀加工中心专业班级：学生姓名：学号：指导老师：宁波技师学院电气技术系二零一一年三月加工中心盘式刀库自动换刀设计说明书1摘要90年代以来，数控加工技术得到迅速的普及和发展。加工中心作为新时代数控机床的代表，已在机床领域广泛使用。自动换刀装置作为加工中心最重要的部分之一，它的发展也直接决定了加工中心的发展。本论文完成的是加工中心盘式刀库的传动设计、结构设计以及传动部分的动力设计。这种刀库在数控加工中心上应用非常广泛，其换刀过程简单，换刀时间短，定位精度高；总体结构简单、紧凑，动作准确可靠；维护方便，成本低。本刀库满载装刀20把，采用单环排列方式放置，按就近选刀原则选刀。本次设计中的机械手采用单臂双手式机械手，这种机械手的优点是可以同时完成插刀和拔刀动作，结构简单，换刀时间短。关键词：加工中心；盘式刀库；机械手；自动换刀装置加工中心盘式刀库自动换刀设计说明书2目录摘要································································1目录································································21加工中心························································41.1加工中心的分类··············································42刀库···························································52.1刀库的主要构件··············································52.2刀库的特点··················································53刀库的设计及计算···············································73.1确定刀库容量···············································73.2确定刀库形式···············································73.3初步估计刀库驱动转矩及选定电机·····························74加工中心刀具库换刀方式·········································105加工中心刀库定位控制应用·······································115.1控制要求························································115.2刀库输入/输出及内部继电器地址分配···························116刀库控制的程序设计·············································126.1PLC接线图·················································126.2自动换刀程序流程图··········································136.3自动换刀程序梯形图·············································156.4PLC程序工作原理················································197元器件的选择·····················································228元器件清单······················································24总结·······························································25参考文献···························································26加工中心盘式刀库自动换刀设计说明书31加工中心加工中心（MachiningCenter,MC）是适应省力、省时和节能的时代要求而迅速发展起来的自动换刀数控机床，它是综合了机械技术、电子技术、计算机软件技术、拖动技术、现代控制理论、测量及传感技术以及通信诊断、刀具和编程技术的高科技产品。由于加工中心能集中完成多种工序，因而可减少工件装夹、测量和调整时间，减少工件周转、搬运存放时间，使机床的切削利用率高于通用机床3倍4倍，所以说，加工中心不仅提高了工件的加工精度，而且是数控机床中生产率和自动化程度最高的综合性机床。1.1加工中心的分类按主轴加工时的空间位置分类有：卧式和立式加工中心。卧式加工中心是指主轴轴线水平设置的加工中心。卧式加工中心有多种形式，如固定立柱式或固定工作台式。固定立柱式的卧式加工中心的立柱不动，其主轴箱在立柱上做上下移动，而工作台可在两个水平方向移动；固定工作台式的卧式加工中心的三个坐标方向的运动由立柱和主轴箱的移动来定位，安装工件的工作台是固定不动的(指直线运动)。卧式加工中心一般具有3个5个运动坐标轴，常见的是三个直线运动坐标轴和一个回转运动坐标轴(回转工作台)它能在工件一次装夹后完成除安装面和顶面以外的其余四个面的加工，最适合加工箱体类工件。它与立式加工中心相比，结构复杂、占地面积大、质量大、价格亦高。立式加工中心立式加工中心主轴的轴线为垂直设置，其结构多为固定立柱式，工作台为十字滑台，适合加工盘类零件，一般具有三个直线运动坐标轴，并可在工作台上安置一个水平轴的数控转台(第四轴)来加工螺旋线类零件。立式加工中心结构简单，占地面积小，价格低，配备各种附件后，可进行大部分工件的加工。大型龙门式加工中心主轴多为垂直设置，尤其适用于大型或形状复杂的工件，像航空、航天工业及大型汽轮机上的某些零件的加工都需要用这类多坐标龙门式加工中心。五面加工中心这种加工中心具有立式和卧式加工中心的功能，在工件一次装夹后，能完成除安装面外的所有五个面的加工，这种加工方式可以使工件的形状误差降到最低；省去二次装夹工件，从而提高生产效率，降低加工成本。加工中心盘式刀库自动换刀设计说明书42刀库刀库是提供自动化加工过程中所需之储刀及需求的一种装置；其自动换刀机构及可以储放多把刀具的刀库；改变了传统以人为主的生产方式。藉由电脑程式的控制，可以完成各种不同的加工需求，如铣削、钻孔、镗孔、攻牙等。大幅缩短加工时程，降低生产成本；这是刀库系统的最大特点。近年来刀库的发展已超越其为工具机配件的角色，在其特有的技术领域中发展出符合工具机高精度、搞效能、高可靠度及多工复合等概念之产品。其产品的优劣，关系到工具机的整体效能表现。2.1刀库的主要构件刀库主要是提供储刀位置，并能依程式的控制，正确选择刀具加以定位，以进行刀具交换；换刀机构则是执行刀具交换的动作。刀库必须与换刀机构同时存在，若无刀库则加工所需刀具无法事先储备；若无换刀机构，则加工所需刀具无法自刀库依序更换，而失去降低非切削时间的目的。此二者在功能及运用上相辅相成缺一不可。2.2刀库的特点圆盘式刀库特点圆盘式刀库应该称之为固定地址换刀刀库，即每个刀位上都有编号，一般从1遍到12、18、20、24等，即为刀号地址，操作者把一把刀具安装进某一刀位后，不管该刀具更换多少次，总是在该刀位内。1、制造成本低。主要部件是刀库体及分度盘，只要这两件零件加工精度得到保证即可，运动部件中刀库的分度使用的是非常经典的“马氏机构”，前后、上下运动主要选用气缸。装配调整比较方便，维护简单。一般机床制造厂家都能自制。2、刀号的计数原理。一般在换刀位置安装一个无触点开关，1号刀位上安装挡板。每次机床开机后刀库必须“回零”，刀库在旋转时，只要挡板靠近（区里为0.3mm左右）无出带你开关，数控系统就默认为1号刀。并以此为计数基准，“马加工中心盘式刀库自动换刀设计说明书5氏机构”转过几次。当前就是几号刀。只要机床不关机，当前刀号就被记忆。刀具更换时，一般按最近区里旋转原则，刀号编号按逆时针方向。如果刀库数量是18，当前刀号位8，要换6号刀，按最近距离换刀原则，刀库是逆时针转。如果换10号刀，刀库是顺时针转。机床关机后刀具记忆清零。3、固定地址换刀刀库换刀时间比较长国内的机床一般要8秒以上（从一次切削刀另一次切削）。4、圆盘式刀库是总刀数量受限制，不宜过多，一般40#刀柄的不超过24把，50#的不超过20把，大型龙门机床也有把圆盘转变为链式结构，刀具数量多达60把。加工中心盘式刀库自动换刀设计说明书63刀库的设计及计算3.1确定刀库容量刀库容量设为20把。3.2确定刀库形式刀库容量为20,容量不大，并且用于小型立式加工中心，因此决定采用盘式刀库。盘式刀库结构简单，应用较多。此换刀装置的优点是结构简单，成本较低，换刀可靠性较好。整个换刀过程时间大约为4秒。3.3初步估计刀库驱动转矩及选定电机刀库驱动电动机的选择应同时满足刀库运转时的负载扭矩FT和启动时的加速扭矩JT的要求。（1）刀库负载扭矩FT的计算圆盘式刀库负载扭矩FT估算方法：这种刀库的负载扭矩主要用来克服刀具质量的不平衡，估算按如下两种情况进行：第一，用平均重量的刀具插满圆盘的半个圆，如图2-1（a）所示，根据工艺要求所需的各种刀具，确定每个刀具的（包括刀柄）平均重量CPW，而其重心则设定为离刀库回转中心2/3半径处。第二，把三把最重的刀具放在一起，如图2-1（b）所示。按加工中心规格规定的最大刀具质量maxW算，而其重心则设定为离刀库回转中心半径处。（2）刀库加速扭矩JT的计算mNJJtnTmJmJ)(6021式中mn-刀库选刀时的电动机转速（r/min）；Jt-加速时间，通常取150200ms；mJ-电动机转子惯量（2mkg），可查样本；1J-负载惯量折算到电动机轴上的惯量（2mkg）