加工中心自动换刀控制系统毕业设计【毕业论文+CAD图纸全套】

买文档就送您 01339828 或 11970985 加工中心自动换刀控制系统设计 摘 要 机床的发展与应用，大大降低了零件加工的辅助时间，极大的提高了生产率。 随着数控机床的普及应用，机械加工的自动化程度大大提高，数控机床发展成了当 今普遍应用的一种更新、更先进的制造设备即加工中心。加工中心带有刀库和自动 换刀装置，能对工件按预定程序进行多工序加工的高度自动化的多功能的数字控制 机床。 自动换刀装置应当满足换刀时间短、刀具存储量足够、刀具的安置空间小以及 安全可靠等基本要求。加工中心的关键在于 刀库的自动选刀和刀库、机械 手与主轴间的自动换刀，加工中心出现故障 80%都在上述方面本课题就是针对现有 的自动换刀装置进一步减少换刀时间，利用 刀库的选刀控制和刀库、机械 手与主轴间的自动换刀控制以及刀库精确定位。利用 制液压传动机构，使 液压传动更加稳定和精确。 关键词： 库， 动选刀，液压传动 I 买文档就送您 01339828 或 11970985 加工中心自动换刀控制系统设计 of of of of is n s is so of er 买文档就送您 01339828 或 11970985 买文档就送您 01339828 或 11970985 加工中心自动换刀控制系统设计 目 录 第一章 绪 论 1 国内外数控机床的发展情况 .国内外数控机床的现状 .数控机床发展趋势 .可编程控制技术的现状及发展情况 .可编程控制器的特点 .可编程控制器的应用 .可编程控制器的发展趋势 .本文的主要研究意义与内容 .第二章 机械手的自动换刀装置研究 8 数控机床自动换刀装置的主要类型、特点及适用范围 自动回转刀架 8 塔头式换刀装 刀库的自动换刀系统 . 作用及其组成 .作用 .主要组成 .加工中心机械手自动换刀过程 .第三章 制系统设计 16 型的选择 .能力 .响应速度 .指令系统 .机型选择的其它考虑 .制系统设计 .本机 I/O 与扩展 I/O 的地址分配 .买文档就送您 01339828 或 11970985 加工中心自动换刀控制系统设计 电器的选择 20 部接线图设计 .应用 制梯形图 .第四章 液压传动部分的设计 28 液压传动系统的特点 液压传动系统的选择 液压传动回路设计 第五章 机械手三维模型设计 . 软件介绍 .应用 进行模型设计 33 第六章 毕业设计结论 .参 考 文 献 40 致 谢 信 声 明 43 买文档就送您 01339828 或 11970985 加工中心自动换刀控制系统设计 第一章 绪 论 国内外数控机床的发展情况 随着数 控技术的发展 ，带有自动换 刀系统的加工中 心在现代制造 业中起着愈 来愈重要的作用，它能缩短产品的制造周期，提高产品的加工精度，适合柔性加工。 自动换刀系统一般由刀 库、机械手和驱动装置组成。刀库容量可大可小，其装刀数 在 20180 把之间。刀库的功能是存储刀具并把下一把即将要用的刀具准确地送到 换刀位置，供换刀机械手完成新旧刀具的交换。当刀库容量大时，常远离主轴配置 且整体移动不易，这就需要在主轴和刀库之间配置换刀机构来执行换刀动作。完成 此功能的机构包括送刀臂、摆刀站和换刀臂，总称为机械手。具体来说，它的功能 是完成刀具的装卸和在主轴头与刀库之间的传递。驱动装置则是使刀库和机械手实 现其功能的装置，一般由步进电机或液压 (或气液机构 )或凸轮机构组成。机械手完 成刀 库 里的刀 (新刀 )与主 轴上的刀 (旧刀 )的 交换工作。由于数 控加工中心的刀库容 量、换刀可靠性及换刀速度直接影响到加工中心的效率，而自动换刀就是进一步压 缩非切削时间，提高生产效率，改善劳动条件。所以数控机床为了能在工件一次装 夹中完成多道加工工序，缩短辅助时间，减少多次安装工件所引起的误差，必须带 有自动换刀装置 。 国内外数控机床的现状 当今世界，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、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，己形成一条无形战线，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 己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。中国加入 ，正式参与世界市场激烈竞争，今后如何加强机床工业 实力、加速数控机床产业发展，实是紧迫而又艰巨的任务。 自从 1952 年美国麻省理工学院研制出世界上第一台数控机床以来，数控机床 在制造工业，特别是在汽车、航空航天、以及军事工业中被广泛地应用，数控技术 无论在硬 件和软件方面，都有飞速发展。 1956 年 ，日本富士通研究成功数控转塔 1 1 买文档就送您 01339828 或 11970985 加工中心自动换刀控制系统设计 式冲床，美国 司同期研制成功了 “刀具程序控制装置 )的加工中心。 1958 年美国 K&T 公司研制 出带 动刀具交换装置 )的加工中心。 1967 年出现了 1978 年以后，加工中心迅速发展，带有 置。可实现多工序加工的机床 步入了机床发展的黄金时代。 中国 1958 年研制出第一台数控机床以来，发展过程大致可分为两大阶段 。在 1958 1979 年间为第一阶段，从 1979 年至今为第二阶段。第一阶段中对数控机床 特点、发展条件缺乏认识，在人员素质差、基础薄弱、配套件不过关的情况下，无 法用于生产而停顿。主要存在的问题是盲目性大，缺乏实事求是的科学精神。在第 二阶段从日、德、美、西班牙先后引进数控系统技术，从美、日、德等引进数控机 床先进技术和合作、合资生产，解决了可靠性、稳定性问题，数控机床开始正式生 产和使用，并逐步向前发展。在 20 余年间，数控机床的设计和制造技术有较大提 高，主要表现在三大方 面 :培训了一批设计、 制造、使用和维 护的人才 ;通过合作生 产先进数控机床，使设计、制造、使用水平大大提高，缩小了与世界先进技术的差 距 ;通过利用国外 先进零部件、数 控系统配套，开始 能自行设计及制 造高速、高性 能、五面或五轴联动加工的数控机床，供应国内市场的需求 ，但对关键技术的试验、 消化、掌握及创新却较差。至今许多重要功能部件、自动化刀具、数控系统依靠国 外技术支撑，不能独立发展，基本上处于从仿制走向自行开发阶段，与日本数控机 床的水平差距很大。存 在的主要问题包括 :缺乏各方面专家人 才和熟练技术工人 ;缺 少深入系统的 科研工作 ;零部件和数控系统不配套 :企业和专业间缺乏合作，基本上 孤军作战，虽然厂多人众，但形成不了合力 。 数控机床发展趋势 1高速化、高精度化、高可靠性 质量、效率是先进制造技术的主体。高速、高精加工技术可极大地提高效率， 提高产品的质量和档次，缩短生产周期和提高市场竞争能力。 高速化 :(1)提高进给速度 :采用直线滚珠式导 轨等 ;(2)提高主轴转 速 :采用直线电 机技术，直接将电机与主轴连接成一体后，装入主轴部件，可以在 秒从 0 到 15000r/ 高精度 化 :精密化 是为了适应高新 技术发展的需要 ，随着高新技 术的发展和对 机电产品性能与质量要求的提高，机床用户对机床加工精度的要求也越来越高。数 控机床的加工精度提高了一倍，达到 15 微米。 2 2 买文档就送您 01339828 或 11970985 加工中心自动换刀控制系统设计 高 可靠 性 :一 般数 控系 统的 可靠 性要 高于 数控 设备 的可 靠 性在一 个 数量 级以 上。 2复合化 数控机床的功能复合化的发展，以其复合加工实现了一次装夹后完成各种复杂 零件的全部加工，从而减少了不创造价值的辅助时间，提高了机床的效率和加 工精 度，降低了生产制造成本，提高了生产的柔性。复合功能的机床是近年来发展很快 的机种，其核心是在一台机床上要完成车、铣、钻、锉、攻丝、铰孔和扩孔等多种 操作工序。 3智能化 智能化 的内容包括在 数控系统中的各个 方面 :为 追求加工效率和 加工质量的智 能化 :如自适应控制、工艺参数自动生成等 ;为提高驱动性能的智能化，如 :前馈控制、 电机参 数的自适用运算 、自动识别负载、 自动选定模型、自 整定等 ;简化编程、简 化操作 方面的智能化 ;还有如智能化 的自动编程、智 能化的人机界面 等，及智能诊 断、智 能监控方面的内容，方便系统的诊断及维修等。 4柔性化、集成化 为适应制造自动化的发展，向 供基础设备，要求数控系统 不仅能完成通常的加工功能，而且还能够具备自动测量，自动上、下料，自动换刀， 自动误差补偿、自动诊断、进线和联网功能，依据用户的不同的要求，可方便地灵 活配置及集成 。 可编程控制技术的现状及发展情况 可编程控制器的特点 可编程控制器，简称 ，是指 以计算机技术 为基 础的新型工 业控制装置 。在 1987 年国 际电工委员 会 ( 布的 准草案中对 了如下定义： “一种专门为在工 业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置 ”。它采用可以编制程序的存储器， 用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令， 并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。 其有关的外围设备都应该按易于与工业控 制系统形成一个整体，易于扩展其功能的 3 3 买文档就送您 01339828 或 11970985 加工中心自动换刀控制系统设计 原则而设计。 所以高速发展，除了工业自动化的客观需求外，还有许多独特的优点。 它较好的解决了工业控制领域中的可靠、安全、灵活、方便、经济等问题。其特点 如下 : 1可靠性高，抗干扰能力强 高可靠 性是电气控制设 备的关键性能。 由 于采用现代大规 模集成电路技 术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可 靠性。例如三菱公司生产的 F 系列 均无故障时间高达 3 万小时。一些使用 高频 平 均无故障工作时间则更长。此外， 有硬件故障自我检 测功能，出现故障时可及时发出警报信息。 2配套齐全，功能完善，适用性强 展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。可以用于各 种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，现代 多具有完善的数据 运算能力，可用于各种数字控制领域。近年来 功能单元大量涌现，使 透到了位置控制、温度控制、 各种工业控制中。加上 信能力的增 强及人机 界面技术的发展，使用 成各种控制系统变得非常容易。 3易学易用，深受工程技术人员欢迎 为通用工业控制计算机，是面向工矿 企业的工控设备。它接口容易，编 程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路 图相当接近，只用 少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路 的功能。为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业 控制打开了方便之门。 4系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造 存储逻辑代替接线逻辑， 大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统 设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。 5体积小，重量轻，能耗低 以超小型 例，新近出产的品种底部尺寸小于 100量小于 150g， 功耗仅数瓦。由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备 。 可编程控制器的应用 4 3 买文档就送您 01339828 或 11970985 加工中心自动换刀控制系统设计 这是 基本最广泛的应用领域。 代继电器控制系统，实现逻辑控 制。例如 :机床刀库换刀控制、汽车配装 线、电视机和收音机的生产线控制等。 用于对直线运动或圆周运动的控制。早期直接用开关量 I/0 模块连接位 置传感器与执行机构，现在一般使用专用的运动控制模块。这类模块一般带有微处 理器，用来控制运动物体的位置、速度和加速度，它可以控制直线运动或旋转运动、 单轴或多轴运动。它们使运动控制与可编程控制器的顺序控制功能有机地结合在一 起，被广泛地应用在机床、装配机械等场合。 在工业生产中，一般用闭环控制方法来控制温度、压力、流量、速度这一类连 续 变化 的模 拟量 ，无论 是使 用模 拟调 节器 的模 拟控 制系 统还是 使用 计算 机 ( 包括 控制系统， 比例 积分 微分调节 ) 都因其良好的控制效果，得到了广泛的应用。 过模拟量 I / 0 模块实现模拟 量与数字量之间的 A / D, D / A 转换，并对模 拟量进行闭环 制，可用 程序来实现，也可使用专用的 块。 模拟量控制功能已经广泛应用于 塑料挤压成型机、加热炉、 热处理炉、锅炉等设备，还广泛地应用于轻工、化工、 机械、冶金、电力和建材等行业。 现代的 有数学运算、数据传递、转换、排序和查表、位操作等功能， 可以完成数据的采集、分析和处理。这些数据可以与存贮在存储器中的参考值比较， 也可以用通讯功能传送到别的智能装置，或将其打印制表。数据处理一般用在大、 中型控制系统，如柔性制造系统、过程控制系统等。 机器人作为工业过程自动生产线中的重要设备，已成为未来工业生产自动化的 三大支柱之一。现在许多机器人制造公司，选用 为机器人控制器来控制各 种机械动作。随着 积进一步缩小，功能进一步增强， 机器人控制中 的应用必将更加普遍。 通讯包括 间的通讯、 上位计算机和其它智能设备之间的 5 买文档就送您 01339828 或 11970985 加工中心自动换刀控制系统设计 通讯。 计算机具有接口，用双绞线、同轴电缆或光缆将其联成网络，以实现 信息的交换，并可构成 “集中管理，分散控制 ”的分布式控制系统。目前 通讯网络是各厂家专用的。 计算机之间的通讯，一些 产厂家采用 工业标准总线，并向标准通讯协议靠拢 。 可编程控制器的发展趋势 品更新换代快 随着微电子技术、计算机技术和通讯技术的不断发展， 结构和功能不断 改进，生产厂家不断推出功能更强的 产品，平均 35 年更新换代一次。 发展有两个重要趋势 :度更快、功能更强、价格更低的微型化发 展，以适应复杂单机、数控机床和工业机器人等领域的控制要求，实现机电一体化 ;b. 向大型化、复杂化、多功能、分散型、多层分布式工厂全自动网络 化方向发展。例 如工厂全自动化网络系统，不仅具有逻辑运算、美国 司推出的 时、计数等功能 ，还具有数值运算、模拟量控制控制 、智能控制、监控、计算机 接口、数据传递等功能，而且还能进行中断过程控制、远程控制等。 强过程控制功能 智能 I/O 模块是以微处理器为基础的功能部件。它们的 C 主 行工作，占用主机 时间很少，有利于提高 扫描速度。智能模块主 要有模拟量 I / 0 , 路控制、通信控制、机械运动控制等 :高速计数、中断输 入、 C 语言组件等。智能 I /O 的应用，使过程控制功能增强。某些 过程控制还具有自适应、参数自整定功能，使调试时间减少，控制精度提高。 目前，个人计算机主要用作 编程器、操作站或人 /机接口终端，其发展 是使 备计算机的功能。大型 用功能很强的微处理器和大容量存贮器， 将逻辑控制、模拟量控制、数学运算和通讯功能紧密结合在一起。这样， 个 人计算机、工业控制计算机 、集散控制系统在功能和应用方面相互渗透，使控制系 统的性能价格比不断提高。 4. 通讯功能不断增强 通讯联网功能使 间， 计算机之间交换信息，形成 一个统一的整体，实现分散集中控制。 加兼容功能 6 9 买文档就送您 01339828 或 11970985 加工中心自动换刀控制系统设计 改善和 发展新的编程 语言、高性能的 外部设备和图形监 控技术构成的 人 /机对 话技术，除梯形图、流程图、专用语言指令外，还增加了 C 语言的编程功 能和容错功能。如 :双 机热备、自动切换 I /O、双机表决 (当输入状态与 辑状 态比较出错时，自动断开该输出 )、 I/0 三重表决 (对 I/O 状态进行软硬件表决，取 2 台相同的 )等，以满足极高可靠性要求。 准化 家在对硬件与编程工具不断升级的同时，日益向制造自动化协议 (靠拢，并使 基本部件 (如输入输出模块、接线端子、通讯协议、编程语言和 编程工 具等 )的技术规范化 、标准化，使不同 产品互相兼容、易 于组网，以真正方 便用户，实现工厂生产的自动化 。 本文的主要研究意义与内容 机床原来的刀库控制程序是单独设计的，没有采用刀具管理系统，功能也比较 单一，只实现了刀库刀具的找刀、刀库最短路径定位、主轴换刀，而且不支持大型 刀具。刀库快速换刀利用 成编程，并在实际中得到验证。在刀库定位问 题上， 序控制采 用模块化设计方法，这对今后生产类似机床将十分有利，很 容易将其利用到其他机床上。采用 制液压传动的自动换刀系统将以较快的 速度增长，缩短换刀时间，提高刀具的定位精度是重要的手段，有利于数控技术的 发展。本文主要从 制和液压传动方面进行研究，对机械手进行改进。 7 11 买文档就送您 01339828 或 11970985 加工中心自动换刀控制系统设计 第二章 机械手的自动换刀装置研究 数控机床自动换刀装置的主要类型、特点及适用范围 自动回转刀架 自动回转刀架是数控机床上使用的一种简单的自动换刀装置，有四方刀架和六 角刀架等多种形式，回转刀架上分别安装有四把、六把或更多的刀具，并按数控指 令进行换刀。回转刀架又有立式和卧式两种，结构比较简单，适用于经济数控车床。 回转刀架在结构上必须具有良好的强度和刚度， 以承受粗加工时切削抗力和减 少刀架在切削力作用下的变形，提高加工精度。回转刀架还要选择可靠的定位方案 和合理 的定位结构，以保 证回转刀架在每次转 位之后具有较高的 重复定位精度 (一 般为 。 在自动回转刀架中最简单的换刀装置是 180回转式换刀装置，如图 示。 接到换 刀指令后，机床 控制系统便将主轴 控制到指定换刀位 置 ;与此 同时，刀具库 运动到 适当位置，换刀 装置回转并同时与 主轴、刀具库的刀 具相配合 ;拉杆从主轴 刀具上卸掉，换刀装置将刀具从各自的 位置上取下 ;换刀装置回转 180并将主轴刀 具与刀 具库刀具带走 ;换刀装置回转 的同时，刀具库 重新调整其位置 ，以接受从主 轴取下 的刀具 ;接 下来，换刀装置将 要换上的刀具与 卸下的刀具分别 装入主轴和刀 具库 ;最后，换刀装置转回原 “待命 ”位置。至此，换刀完成，程序继续运行。这种换 刀装置的主要优点是结构简单、涉及的运动少、换刀快。主要缺点是刀具必须存放 在与主轴平行的平面内，与侧置后置刀具库相比，切屑及切削液易进入刀夹，因此 必须对刀具另加防护。刀夹锥面上有切屑会造成换刀误差，甚至有损坏刀夹与主轴 的可能。有些加工中心使用了传递杆，并将刀具库侧置。当换刀指令被调用时，传 递杆将刀具库的刀具取下，转到机床前方，并定位于与换刀装置配合的位置。 180 回转式换刀装置既可用于卧式机床，也可用于立式机床 。 8 14 买文档就送您 01339828 或 11970985 加工中心自动换刀控制系统设计 图 180回转式换刀装置 塔头式换刀装 带有旋转刀具的数控机床常采用此种换刀装置，转塔头上装有几个主轴，每个 主轴上均装一把刀具，加工过程中转塔头可自动转位实现换刀。其优点是结构简单， 换刀时间短，仅为 2s 左右。 但由于受空间位置的限制，主轴数目不能太多，通常 只适用于工序较少、精度要就不高的机床，如数控钻床、数控铣床等。近年来出现 了一种用机械手和转塔头配合刀库进行换刀的自动换刀装置，它实际上是转塔头换 刀装置和刀库式换刀装置的结合。这种换刀方式主要用于数控钻床和数控锉床等。 刀库的自动换刀系统 带刀库 的换刀装置由刀库 、选刀机构、刀具 自动装卸机械及刀具 交换机构 (机 械手 )等四部分组成，应用广泛。 刀库机械手自动换刀系统，整个换刀过程比较复杂。首先要把加工过程中使用 的全部刀具安装在标准刀 柄上，在机外进行尺寸预调后，按一定的方式放入刀库。 换刀时，先在刀库中选刀，再由换刀装置从刀库或主轴上取刀，进行交换，将新刀 装入主轴，旧刀放回刀库。 由于前两种换刀装置容纳的刀具数量有限不能太多，不能满足复杂零件的加工 需要，所以自动换刀数控机床多采用带刀库的自动换刀装置。刀库具有较大容量， 9 买文档就送您 01339828 或 11970985 加工中心自动换刀控制系统设计 既可安装在主轴箱的侧面或上方。由于带刀库的自动换刀刀装置的数控机床的主轴 箱内只有一根主轴，主轴部件的刚度要高，以满足精密加工要求。刀库内数量较大， 因而能满足复杂零 件的多工序加工，大大提高生产率。带刀库的自动换刀系统适用 于数控钻削中心和加工中心。进行比较得出带刀库的自动换刀系统是最有发展前景 的 。 作用及其组成 作用 加工中心与一般数控机床的显著区别是具有对零件进行多工序加工的能力，即 能在一次装夹中自动完成铣、镗、钻、扩、铰、攻螺纹和内槽加工等，其之所以有 这种加工能力就是因为它有一套自动换刀装置。 自动 换刀装置 是指能够 自动完成 主轴与刀 具储存位 置之间刀 具交换的 装置。 主要 组成部分是刀库、机械手和驱动装置。刀库的功能是存储刀具并把下一 把即将要用的刀具准确地送到换刀位置，供换刀机械手完成新旧刀具的交换。当刀 库容量大时，常远离主轴配置且整体移动不易，这就需要在主轴和刀库之间配置换 刀机构来执行换刀动作。完成此功能的机构包括送刀臂、摆刀站和换刀臂，总称为 机械手。具体来说，它的功能是完成刀具的装卸和在主轴头与刀库之间的传递。驱 动装置 则是使刀库和机械 手实现其功能的装置 ，一般由步进电机 或液压 (或气液机 构 )或凸轮机构组成 。 主要组成 刀库 刀库的作用是储备一定数量的刀具，机械手实现主轴上刀具的互换。刀具的类 型有盘式刀库、链式刀库等多种形式，刀库的形式和容量要根据机床的工艺范围来 确定。 刀库的容量首先要考虑加工工艺的需要，从使用角度出发，一般为 10 40 把 刀，刀库的利用率会高，而结构比较紧凑。 10 13 5 买文档就送您 01339828 或 11970985 加工中心自动换刀控制系统设计 3刀具的选择方式 (1)顺序选择 将刀具按加工工序的顺序，依次放入刀库的每一个刀座内。每次 换刀时，刀库顺序转动一个刀座位置， 并取出所需要的刀具，己经使用过的刀具可 以放回原来的刀座内，也可以顺序放入下一个刀座内。但由于刀库中刀具在不同的 工序中不能重复使用，必须增加刀库的容量，降低了利用率。 (2)任意选择目前大多数的数控系统都采用任意选刀的方式，其分为刀套编码、 刀具编码和记忆式等三种。刀具编码或刀套编码需要在刀具或刀套上安装用于识别 的编码条，一般都是根据二进制编码的原理进行编码。刀具编码选刀方式采用了一 种特殊的刀柄结构，并对每把刀具编码。每把刀具都具有自己的代码，因而刀具可 在不同的工序中多次重复使用，换下的刀具不用放 回原刀座，刀库的容量也可相应 减少。采用记忆式选刀，这种方式能将刀具号和刀库中的刀套位置对应地记忆在数 控系统的 ，无论刀具放在哪个刀套内，刀具信息都始终记存在 。刀 库上装有位置检测装置，可获得每个刀套的位置。这样刀具就可以任意取出并送回。 刀库上还设有机械原点，使每次选刀时就近选取。 4. 刀库的控制方式 (1)刀库作为系统的定位轴来控制。在梯形图中根据指令的 T 码进行运算比较 后输出角度和速度指令到刀库伺服驱动刀库伺服电机。刀库的容量、旋转速度、加 /减速时间等均可 在系统 参数中设定 ，此种方式不受 外界因素影响定 位准确、可靠 但成本较高。 (2)刀库由液压马达驱动，有快 /慢速之分，用接近开关计数并定位。在梯形图 中比较 系统存储的当前刀号 (主轴上的刀 )和目 标刀号 (预选刀 )并 运算，再输出旋转 指令，同时判断按最短路径旋转到位。这种方式需要足够的液压动力和电磁阀刀库 旋转速度可通过节流阀调整。但使用一段时间后可能会因为油质、油压、油温及环 境因素的变化而影响运动速度和准确性。一般用于不需频繁换刀的大中型机床。 (3)刀库由交流异步电动机驱动凸轮机构 (马氏机构 )，用接 近开关计数，这种方 式运行稳定，定位准确、可靠，一般与凸轮机械手配合使用，换刀速度快，定位准 。 械手 机械手是执行刀库和主轴之间换刀动作的装置。 11 6 买文档就送您 01339828 或 11970985 加工中心自动换刀控制系统设计 机械动作一般包含 :180旋转 e 松有的机械手还对称安装了 2 个卡钳式手爪用于抓刀， f 松、紧。机械手结 构及动作如图 2. 2 所示。 图 库机械手动作示 意图 (1)机械手用液压驱动，靠接近开关检测位置。如手的平移 /抓刀 /拔刀 /换刀 /插 刀等动 作分别由不同的 电磁阀驱动 ;但这种方式传动 机构较多，且易 受液压系统稳 定性或检测元件灵敏度等外界因素的影响。常用于不需频繁换刀的大型卧式加工中 心。 (2)机械手由交流异步电机带动凸轮机构旋转，整个换刀过程机械手仅在主轴 松 /拉刀时起动 /停止 3 次，整个换刀动作连贯稳定，运行可靠，刀 刀换刀时间一 般在 2s 左右。但对主轴拉 /松刀及抓刀位置的准确性要求较高，常用于需频 繁换刀 的中小型加工中心。 (3)机械手由伺服电机驱动，定位精度高，换刀快速，稳定，但成本较高 。 12 7 买文档就送您 01339828 或 11970985 加工中心自动换刀控制系统设计 爪类型 根据抓刀柄在换刀机构刀臂上的夹持方式可分为固定爪、活动爪、单夹爪、双 夹爪、弹簧爪、动力爪等类。固定爪是指刀臂夹持部能吻合刀柄 V 形槽的半圆形 部分， 半圆形夹持部的 一端或两端有弹簧 扣，即所谓单夹爪 、双夹爪 ;由两个可张 开的夹指所组成即活动爪，其夹紧力由弹簧产生的即弹簧爪，通常以直进方式抓刀 松刀 ;由液压缸等动力源控 制其张合的为动力爪。 柄 自动换刀装置的工作质量表现为换刀时间和故障率，刀柄的选择直接影响到机 床的开动率和设备投资的大小，因此对刀柄的选择十分重要。采用标准刀柄，标准 刀柄与机床主轴连接的结合面是 7:24 锥面。刀柄有多种规格，常用的有 准 的 40 号、 45 号、 50 号，个别的还有 35 号和 30 号。另外还必须考虑换刀机械手持 尺寸的要求和主轴上拉紧刀柄的拉钉尺寸要求。目前国内机床上使用的刀柄规格很 多，而且使用标准有美国的、德国的、日本的。因此，在选定机床后，选 择刀柄之 前必须了解该机床主轴用的规格，机械手夹持尺寸及刀柄的实际尺寸。 加工中心机械手自动换刀过程 本机床上使用的换刀机械手为回转式单臂双手机械手。在自动换刀过程中，机 械手要完成抓刀、拔刀、交换主轴上和刀库上的刀具位置、插刀、复位等动作。这 些动作都是通过 制液压回路来完成的。下面对加工中心机械手自动换刀过 程进行分析，有助于 制系统及液压传动系统的设计。 图 机械手传动结构示意图。刀套向下转 90后，压下行程开关，发出机 械手抓刀信号；此时，机 械手 21 正处在图中所示的上面位置，液压缸 18 右腔通压 力油，活塞杆推动齿条 17 向左移动，带动齿轮 11 转动。使机械手回转 75抓刀。 抓刀动作结束时齿条 17 上的挡环 12 压下行程开关 14，发出拔刀信号，于是升 降液压缸 15 的上腔通压力油，活塞杆推机械手臂轴 16 下降拔刀。在轴 16 下降时传 动盘 10 随之下降，其下端的销子 8(图 的销子 6)插入连接盘 5 的销孔中，连 接盘 5 和其下面的齿轮 4 也是用螺栓连接的，它们空套在轴 16 上。当拔刀动作完 成 后，轴 16 上的挡环 2 压下行程开关 1，发出换刀信号。这时转位液压缸 20 的右 腔通压力油，活塞杆推动齿条 19 向左移动，带动齿轮和连接盘 5 转动，通过销子 13 买文档就送您 01339828 或 11970985 加工中心自动换刀控制系统设计 8，由传动盘带动机械手转 180，交换主轴上和刀库上的刀具位置。换刀动作完成 后，齿条 19 上的挡环 6 压下位量开关 9，发出插刀信号，使升降油缸下腔通压力 油，活塞杆带着机械手臂轴上升插刀，同时传动下面的销子 8 从连接盘 5 的销孔中 移出。插刀动作完成后，轴 16 上的挡环压下 行程开关 3使转位油缸 20 的左腔通 压力油活塞杆带着齿条 19 向右移动复位齿轮 4 空转机械手无动作。齿条 19 复位后，其上挡环压下行程开关 7，使液压缸 18 的左腔通压力油，活塞杆带着齿 条 17 向右移动，通过齿轮 11 使机械手反转 75复位。机械手复位后，齿条 17 上的 挡环压下行程开关 13，发出换刀完成信号，使刀套向上翻转 90，为下次选刀做好 难备。 图 械手传动结构示意图 1、 3、 7、 9、 13、 14行程开关； 2、 6、 12挡环； 4、 11齿轮； 5连接盘； 8销子； 10传动盘； 15升降液压缸； 16机械手臂轴； 17、 19齿条； 18 20转位液压缸； 21机械手。 图 所示， 8 为升降液压缸的活塞杆，齿轮 1、齿条 7 和轴 2 为图 的 14 买文档就送您 01339828 或 11970985 加工中心自动换刀控制系统设计 齿轮 11，齿条 17 和机械手臂轴 16。连接盘 3 与齿轮 1 用螺栓连接，它们空套在机 械手臂轴 2 上，传动盘 5 与机械手臂铀 2 用花键连接，它上端的销子 4 插人连接盘 3 的销孔中故齿轮转动时便带动机械手臂轴转动。 换刀过程如图 示。 图 机械手传动结构局部视图 1 齿轮； 2机械手臂轴； 3连接盘； 4、 6销子； 5传动盘； 7齿条； 8活塞杆。 图 刀过程示意图 15 买文档就送您 01339828 或 11970985 加工中心自动换刀控制系统设计 第三章 制系统设计 型的选择 可编程控制器机型的选择需遵循一定的规则来进行，下面首先介绍可编程控制 器机型选择的一般原则。然后对本课题自动换刀装置的可编程控制器的机型进行选 择。可编程控制器机型选择的一般原则： 能力 的能力是可编程控制 器最重要的性能指标，也是 机型选择时首先要考虑 的问题。可编程控制器的 力主要包括： (1)处理器的个数是单处理器还是双处理器或多处理器 ;处理器是 8 位的还是 16 位或 32 位的。根据处理器的个数和位数就可粗略了解该可编程序控制器的基本特 性。 (2)存储器的性能从使用角度考虑存储器的性能主要是可供用户使用的存 储器能力，它应包括存储器的最大容量、可扩展性、存储器的种类 ( 。 存储器的最大容量将限制用户程序的多少，一般来讲应根据内存容量 估计并留有一定余量来选择存储器的容量。 (3)中间标志、计时器和计数器的能力这一性能实际上也体现了软件功能，中间 标志的多少和种类与系统的使用性能具有一定关系。如果构成的系统庞大、控制功 能复杂，就而要较多的中间标志。对于计时器和计数器不但要知道它们的多少还要 知道它们的计时和计数范围。 (4)其它的性能参数包括电流消耗，工作环境要求，寿命时间等 。 ，也是应 用设计的最直接 的参数。在机型选择时必须注意以下问题 : (1)产品手册上给出的最大 I/O 点数的确切含义有的是指输入输出的总点数，有 的则分别给出最大输入点与最大输出点。 (2)要分清模拟量 I/O 点数和数字量 I/O 点数的关系有的产品模拟量 I/O 点数要 占数字量 I/O 的点数 ;有 的产品则分别独立给出且相互并无影响。 16 10 买文档就送您 01339828 或 11970985 加工中心自动换刀控制系统设计 (3)远程 I/O 的考虑对于较大的控制系统，控制对象较为分散，一般都采用远程 I/O。在选择机型时，要注意可编程控制器 是否具有远程 I/O 的能力和能驱动远程 I/O 的点数。 (4)智能 I/