毕业设计（论文）-自动换刀系统设计(含3张CAD图).doc

自动换刀系统设计摘要数控车床将向中高档发展，对数控刀架需求量将大大增加。随着数控车床的发展，数控刀架也向快速换刀、电液组合驱动和伺服驱动方向发展。本设计采用电液组合驱动，主要完成了八工位卧式刀架的机械结构设计和利用三菱FX2N可编程控制器（PLC）对自动换刀系统的控制系统进行设计。机械设计主要包括分度机构及定位机构的选择和刀架主轴的设计等。控制部分为自动和手动换刀两种工作方式。关键词数控刀架，PLC控制，液压控制所有下载了本文的注意：本论文附有刀架主轴、箱体零件图纸和装配图图纸共3张CAD图纸，凡下载了本文的读者请留下你的联系方式（邮箱），我把图纸发给他，纯免费的。最后，希望此文能够帮到你！ABSTRACTNumericalControllathewillbedevelopedtomiddleandseniorgradeinthefuture.ItisestimatedthatthedemandforNCtoolcarrierwillbemuchgreater.NCtoolstarttotherapidtoolchange,electrohydraulicservodrivingandportfolio-drivendirectionwiththedevelopmentofNClathes.Thepapertakeselectrohydraulicdriving.ItwasdiscussedthatmechanicaldesignandcontrolsystemdesignbyMitsubishiFX2Nprogrammablelogiccontroller(PLC)oftheeightengineeringautomatictoolchange.Machinerypartincludesthepositioningtoolsandthedegreeofpositioningchoicesandtoolspindledesign.Controlpartisdividedintoautocontrolandmanualcontrol.KeywordsATC，PLCcontrol，Hydrauliccontrol目录摘要.IABSTRACT.II1绪论.11.1课题背景.11.2研究的主要内容.12自动换刀系统机械部分设计.32.1刀座的设计.32.1.1刀座基本形状及尺寸的确定.32.1.2刀座强度的校核.62.2刀盘主要尺寸的确定.72.3传动齿轮的设计.82.4刀架主轴的设计.82.4.1初步确定轴的最小直径.82.4.2轴的结构设计.92.4.3校核键的强度.112.5共轭分度凸轮机构基本参数的确定.112.5.1共轭分度凸轮的介绍.112.5.2主要运动参数的选择.122.5.3主要几何尺寸的确定.122.6端齿盘的选择.122.6.1端齿盘的介绍.132.6.2端齿盘的特点.132.6.3端齿盘主要参数的设计计算.132.6.4螺栓组强度校核.172.7液压缸的结构及主要尺寸的设计.182.8箱体的基本形状及尺寸确定.192.9液压马达及接近开关的选择.192.9.1液压马达的选择.192.9.2接近开关的选择.192.10润滑剂的选择.202.11对压力油的要求.203PLC控制的硬件设计.213.1换刀系统的工作原理.213.2PLC简介.223.2.1PLC的分类.22322PLC的特点及主要功能.233.3PLC控制系统的硬件选择和资源配置.25331自动换刀控制系统要求.25332PLC型号的选择.263.4控制系统元件列表.273.5PLCI/O地址的分配.283.6PLC外围接线图.294控制系统PLC程序设计.294.1系统流程图的确设计.304.2PLC程序设计.314.2.1程序结构设计.314.2.2自动换刀的程序设计.314.2.3手动换刀程序设计.354.2.4数据传送程序的设计.374.3程序的调试.385结论.39参考文献.40致谢.411绪论1.1课题背景从自动换刀系统发展的历史来看，1956年日本富士通研究成功数控转塔式冲床，美国IBM公司同期也研制成功了“APT”(刀具程序控制装置)。1958年美国K&T公司研制出带ATC(自动刀具交换装置)的加工中心。1967年出现FMS(柔性制造系统)。1978年以后，加工中心迅速发展，带有ATC装置，可实现多种工序加工的机床，步入了机床发展的黄金时代。1983年国际标准化组织制定了数控刀具锥柄的国际标准，自动换刀系统便形成了统一的结构模式。自动换刀系统是数控机床的重要组成部分。刀具夹持元件的结构特性及它与机床主轴的联结方式，将直接影响机床的加工性能。刀库结构形式及刀具交换装置的工作方式，则会影响机床的换刀效率。自动换刀系统本身及相关结构的复杂程度，又会对整机的成本造价产生直接影响。我们应该使数控机床工作性能有所提高，而且使其总体造价大幅度下降。低造价高性能的数控机床将会被中小厂广泛接收。数控车床今后将向中高档发展，中档采用普及型数控刀架配套，高档采用动力型刀架，兼有液压刀架、伺服刀架、立式刀架等品种，预计近年来对数控刀架需求量将大大增加。数控刀架的发展趋势是：随着数控车床的发展，数控刀架开始向快速换刀、电液组合驱动和伺服驱动方向发展。1.2研究的主要内容本课题主要考虑以下几方面的问题。第一、刀架形式，中小型车床刀架的形式主要有排式刀架和回转刀架两种。排式刀架一般用于小规格数控车床，以加工棒料或盘类零件为主。回转刀架是数控车床最常用的一种典型换刀刀架，通过刀架的旋转分度定位来实现机床的自动换刀动作，根据加工要求可设计成四方、六方刀架或圆盘式刀架，并相应地安装4把、6把或更多的刀架。根据本课题要求的换刀数为8把刀，所以选择圆盘式刀架。第二、刀具的安装方式，选择刀座安装刀具的方式，因为刀座安装方式既可以方便的安装车刀又可以将钻头或丝锥等其它刀具安装在上面从而扩大了车床的用途。第三、定位装置的选择，定位装置是保证自动换刀系统加工精度的重要零件，所以选用定位精度相对较高的端齿盘进行重复定位，进而保证其重复定位精度。第四、分度装置的确定，传统的圆柱分度装置精度低、换刀速度不能太快，解决方案采用分度精度较高的平板凸轮机构，可以很好解决这个问题。第五、检测装置，使用检测精度较高的接近开关组。接近开关价格比较便宜，并且容易更换，从而降低自动换刀系统的造价。控制系统选择PLC进行控制，因为可编程序控制器是一种面向生产过程控制的数字电子装置，它具有控制能力强、操作方便灵活、价格便宜、可靠性高等特点。它不仅可以取代传统的继电器控制系统，还可构成复杂的工业过程控制网络，是一种适应现代工业发展的新型控制器。2自动换刀系统机械部分设计2.1刀座的设计2.1.1刀座基本形状及尺寸的确定根据所选机床的型号，查刀具手册选择刀具的尺寸，从而确定刀座的尺寸。由于本设计选择的车床型号为CK6136。其主要参数如下：车床型号CK6136最大加工直径360mm主轴转速1002000r主电机功率5.5KWZ轴最大行程750mmZ向快速移运速度58m/minX轴最大行程200mmX向快速移运速度38m/min最大刀具尺寸2020mmmm为了满足刀座的的刚度要求，所以选择合金钢作为刀座材料。由以上参数可知此型号车床为中小型车床，其切削力及最大加工直径均不大，所以选择刀具材料为硬质合金，其基本尺寸为：刀具宽度b和高度h均为20mm，其长刀杆的长度为125mm，短刀杆的