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数控钻床ZKXX自动换刀及刀库系统设计
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数控钻床ZKXX自动换刀及刀库系统设计,数控钻床ZKXX自动换刀及刀库系统设计
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一、完成本题的目的和意义：1.完成目的：本论文介绍的是数控机床自动换刀装置（刀库式），刀库式的自动换刀装置是由刀库和刀具交换装置（换刀机械手）组成。它是多工序数控机床上应用最广泛的换刀装置，其整过换刀过程比较复杂。首先把加工过程中需要使用的全部刀具安装在标准的刀柄上，在机床外进行尺寸预调后，按一定的方式装入刀库。换刀时，先在刀库中进行选刀，由机械手从刀库和主轴上取出刀具，然后交换位置，把新刀插入主轴，旧刀放回刀库。存放刀具的刀库具有较大的容量，其容量为六把刀具,采用盘形结构,安装在机床的左侧立柱上。2.完成意义：数控机床即使采用了数控技术的机床，或者说装备了数控系统的机床。从应用来说，数控机床就是将加工过程所需的各种操作（如主轴变速、松加工件、进刀与退刀、开车与停车、选择刀具、供给切削液等）和步骤，以及刀具与工件之间的相对位移量都用数字化的代码来表示，通过控制介质将数字信息送入专用的或通用的计算机，计算机对输入的信息进行处理与运算，发出各种指令来控制机床的伺服系统或其他执行元件，是机床自动加工出所需要的零件。因此本次课题的研究很有意义。二、国内外研究动态：1.国内研究动态：国内数控机床的发展与应用，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。2.国外研究动态 ：自动换刀装置性能的好坏直接影响着加工中心的加工质量,而ATC(Automatic Tool Changer自动换刀装置)的稳定性对于保证产品的加工精度和质量又起着至关重要的作用。国外调研ATC发展及其研究现状的基础上,对现有的换刀机构进行了改进,提高了自动换刀系统的高速性、准确性和可靠性等特性,重点研究了液压系统对换刀系统稳定性的影响,并对其进行了改造。三、主要研究目标和内容：1.目标：主要研究自动换刀装置是数控机床的重要执行机构的控制系统设计。 2.内容： （1） 论文包括5个部分：绪论，技术基础，硬件设计，软件设计，总结与展望。（2） 系统设计包括硬件设计和系统调试2 个过程。（3）通过毕业设计掌握自动换刀装置控制方法。四、准备工作情况和主要工作措施：毕业设计步骤：（1）绪论选题目的和意义，该课题国内外发展情况以及设计所涉及研究的内容和所做的工作。（2）方案论证围绕课题，作两三个设计方案的思路、针对设计所需技术、性能、经济等指标的比较，对设计思路作严密论证，选择合理设计方案。（3）硬件设计回转刀架、更换主轴头换刀、带刀库的自动换刀系统等组成的设计。（4）设计总体工作总结。简单回顾设计所作工作，重点指出过程中出现的问题，针对设计中的不足之处给予说和总结，最后展望自己的重点改进方向。5、 进度安排及预期达到研究结果：1、进度安排序号时间周次毕业论文任务完成的内容及质量要求13月25日3月31日第5周熟悉设计任务，收集设计资料，撰写开题报告24月01日4月07日第6周设计方案的分析、讨论34月08日4月14日第7周确定设计方案、总体设计44月15日4月21日第8周结构说明及计算54月22日4月28日第9周结构说明及计算65月29日5月05日 第10周中期检查75月06日5月12日第11周绘制工程图85月13日5月19日第12周编写设计说明书95月20日5月26日第13周编写设计说明书105月27日6月02日第14周指导老师检查后修改错误116月03日6月09日第15周打印装订、准备答辩126月10日6月16日第16周毕业设计答辩2、预期达到研究结果 金属切削机床的高速化已成为机床发展的重要方向之一，因此，快速换刀技术已经成为高速加工中心技术的重要组成部分。新技术和新方法在不断地出现和改进，其目的只有一个，即在准确可靠的基础上，缩短换刀时间，全面提高高速加工中心的切削效率。我国的高速机床制造业应该及时学习和尽快掌握先进的技术方法，不断提高国产高速加工中心的制造水平。六、文献综述：文献1斗笠式刀库具有结构简单、成本低、易于控制等优点,在中小型加工中心中得到广泛的应用.但在自动换刀过程中,有时会出现乱刀并引起撞刀事故.该自动换刀程序设计充分考虑诸多因素,保证还刀到原位,断电不丢失当前刀位,使部分事故得到控制 。文献2 研制了一种可以在数控机床土使用的微小型刀库控制系统。这种控制系统可以使信号在机床控制器 和刀库控制器之间交互、传递，闭环控制的同时可以实现信息反馈。刀库控制系统总体设计方案体现了整体模块化特点，其中包括软硬件方案，以及周边辅助系统， 可以在不同的数控机床得到应用。刀库系统配备有自主控制器，可以较好的实现一些高阶功能，实现了整体控制的扩展性。文献3本文从数控机床维修工作和职业教育远程现场教学的需要出发,以刀库维修作为一点,探索一种远程维修协助PMC、维修现场音视频数据网络即时通讯系统设计。 刀库在数控机床系统中占有重要地位,也是数控机床最容易发生故障的部件,为使刀库可靠运行,保证系统的稳定性,及时发现故障和预防故障发生,为达到此目标,在系统中装设摄像头和信号转接器,以及实时Internet通讯模块,将整个生产线上的数控设备和机床管理站组成上位监控系统,构成现场维修人员、机床管理站和远程专家即时通讯故障诊断系统,实现高效快捷的机床维修管理。 在研究刀库式自动换刀装置PMC控制过程的基础上,根据车间数控机床远程维修协助的需要,就实现机床维修的网络监控,提出网络监控层和现场监控层两层结构,以总线结构作为系统现场网络拓扑结构,用工业以太网技术对现场的网络进行了设计研究。利用Web浏览和公用事业internet网络实现数控机床的远程数据传输,实现数控机床刀库远程维修协助工作。 论文重点对数控机床刀库即时通讯故障诊断系统方案和视频采集方案进行了研究,并在此基础上展开设计。论文提出刀库式自动换刀装置PMC数据采集与网络传输系统结构,并就此进行硬件设计,从而实现PMC数据的网络传输。在刀库维修过程中,有时需要观看刀库动作视频,有时需要定格某个画面,以较高的清晰度观察某个状态。 文献4某学院购买的ZTXX?30A型立式数控铣床需要手动更换刀具，而且操作人员要一直盯着，大大的降低了加工效率。为了减少加工时间，提高加工效率，结合自身维修机床的经验将ZTXX?30A型立式数控铣床改造成带有刀库的自动换刀系统，主要涉及到刀库电气控制部分设计及换刀宏程序和PMC控制程序的编制 。文献5详细地介绍了链式刀库自动换刀装置的设计原理及设计过程,分析了其设计特点的优劣势;设计了合理化的液压控制原理图,并在此基础上对液压控制系统进行详细的结构设计与分析。 文献6 自动加工系统多为多刀多工序加工,因而,均设有自动换刀系统,刀具存放在刀库中,利用换刀机械手实现刀库刀具与主轴刀具的转换。结合卧式数控镗铣床的实际结构设计与之相配套的刀库及自动换刀装置,具有连续性自动化加工,机械结构具有较高的动态刚度及耐磨性的特点。文献7随着我们对加工工艺的深入了解,加工中心起到重要的作用。设备改造、产品创新设计、生产工艺改进等都是需要突破的难点。数控铣床的自动化换刀就是众多项目中的一个。我们通过分析企业需求,制定设备改造方案,完成自动换刀装置支架的设计和制造、刀库系统的设计、刀库的安装及位置调整、系统调试及运行等任务,最终完成对数控铣床的自动化改造,将机械手自动换刀代替以前的人工手动换刀,使生产提高了效率,降低了成本。作为技师研修的内容,我们通过参与项目,学习巩固了专业知识,并运用到实际当中。 文献8从FANUC系统数控车床换刀控制过程、加工中心斗笠式刀库换刀控制过程着手,系统地分析了换刀控制的机械及电气动作,并结合自动换刀过程中的常见故障现象,探讨了故障分析、诊断与排除的有效方法。 文献9随着时代的进步和社会的发展，我国的数控加工技术以及相关装置设备也在不断的发展和升级，其中斗笠式刀库与自动换刀装置技术的发展进步尤为明显，这些装备技术的发展对我国的经济水平以及数控技术有着重要的推动作用。本文主要以我校工业实训中心的六台同型号B-640-EX立式数控加工中心自动挟刀装置为研究对象，根据该校自动装置的实际情况，对其发展研究过程中所遇到的问题以及相关理论进行深入研究探讨从而制定出一套行之有效的理论体制，充分的发挥自动换刀装置自身所具有的优势，不断的促进我国数控自动化技术的发展。 文献10 本文的主要研究内容是:首先，详细分析家电智能控制系统国内外研究情况、系统的可行性、功能性需求和非功能性需求。其次，设计了家电智能控制系统的总体结构。硬件方面选用了三星的S3C6410作为核心处理器，ZigBee无线网络技术为家庭内部网络，CC2530处理器为ZigBee的协调器和家电设备终端节点的核心模块，智能手机为客户终端设备。软件架构采用C/S模式，选用Linux为家庭网关的嵌入式操作系统，Android为客户端系统，SQLite为数据库。再次，分别对家庭网关服务器和客户端软件进行详细分析设计，主要从软件总体结构设计、网络通信、人机交互界面和数据库等几方面进行。文献11主要针对空间凸轮在刀库和自动换刀装置中的设计原理进行分析,并对其加工工艺设计和参数计算进行了详细的描述,此次研究不仅能够让换刀装置的加工效率得到提升,而且还能让加工工艺体系得到优化。 文献12随着科技的进步,温度控制不仅应用在工厂生产方面,也广泛应用于日常生活中的各领域,使得温度控制不断朝着智能化的方向发展。本文以AT89C52为核心设计智能温度控制系统,采用Pt100铂电阻作为温度采集传感器进行温度测量,系统以最低成本实现智能化的温度控制。文献13介绍了一种新型数控钻攻加工中心自动换刀装置。换刀装置采用旋转式刀盘换刀方式，通过在刀盘的圆周面上间隔设置多个用于装夹刀具的切削主轴，使换刀过程快速流畅；利用齿盘进行定位，保证了加工精度，并起到周向限位作用；通过转动驱动单元和伸缩驱动单元，实现了换刀过程的旋转和伸缩运动；通过动密封装置避免了铁屑等杂物进入机箱内部造成磨损；利用传感器，配合数控系统实现对换刃过程的精准控制。实际应用表明，所设计自动换刀机构结构紧凑，切换稳定准确，可广泛应用于各种小型数控钻攻加工中心。 文献14 自动加工系统多为多刀多工序加工,因而,均设有自动换刀系统,刀具存放在刀库中,利用换刀机械手实现刀库刀具与主轴刀具的转换。结合卧式数控镗铣床的实际结构设计与之相配套的刀库及自动换刀装置,具有连续性自动化加工,机械结构具有较高的动态刚度及耐磨性的特点。 文献15 根据太阳能热水器的特点和控制器的要求,本文提出一种基于51单片机的太阳能热水器智能控制器的设计方法。该设计利用51单片机作为系统的主控制器,配合其他控制电路协调工作,在软件程序控制下,实现了对水温和水位的测量、智能调节,和24小时不间断供应热水。文献16 介绍用系统机作上层控制系统 ,单片机作下层控制系统 ,多下层控制系统并行处理的印制板数控钻床的研制与开发。该印制板数控钻床采用了相互独立的细分驱动单元分别控制各轴的步进电机 ,从而提高了机床数控系统的运算速度和控制精度。软件采用模块化设计 ,具有与CAD软件的接口 ,可减少加工工序 ,缩短加工周期。文献17环模是饲料加工机器的核心部件,其钻削加工是制约生产效率和产品质量的瓶颈工序。以钻头工况噪声为测试和研究对象,通过噪声功率谱分析得到钻头的实时磨损状态;融合计算机技术、嵌入式系统技术和短距离无线通信技术,研制了一种环模数控钻床钻头噪声监测系统,并开发了相应的人机交互软件,实现了钻头工作状态的实时检测和自动处理。实验测试表明,钻头噪声功率谱特征变化明显,钻头工况监测系统运行稳定可靠,目前产品已经投入实际生产测试。文献18随着我国电子制造业和印制电路板(PCB)行业的快速发展给电子制造装备提出越来越高的要求,印制电路板数控钻床向着高速、高精度、高可靠性、智能化、柔性化、集成化的发展趋势越来越明显,其平台体系更加开放,产品配套供应更加专业、标准,从中可以清楚地看出我国印制板数控钻床的问题和差距以及我国今后的发展基本思路。文献19为实现对数控钻削技术的深孔加工,介绍了一种基于PLC(可编程逻辑控制器)的数控钻床控制器.该控制器是以PLC为控制核心,融合了数控系统的深孔加工技术,用高性能的增强型单片机STC12C5A60S2作为CPU模块来制作PLC,且通过RS232实现PLC与PC的通信,实现了对数控钻床控制器数据的修改、显示等功能;通过PLC控制步进电机和伺服电机转动进而分别实现对孔的定位和钻削.经过工厂实践表明,该控制器操作方便、快速、稳定性好、抗干扰性强,适用于环境较恶劣的工业生产中。 文献20印刷电路板PCB的加工是二维多孔数控钻的典型.实践表明加工同一零件不同的走刀路径其长度相差极大.为提高生产率,应使刀具的走刀路径尽量短,这其实是大型的TSP问题.本文提出了几种路径的生成方法,分析了各自的适用场合.并用实例验证所提出的路径生成方法可极大地提高实际钻孔的加工效率。 文献21 In any conceptual reactor design under postulated accidental conditions, one parameter that is considered as being highly ranked in determining the thermal-hydraulic conditions of the reactor safety components is the system pressure. To obtain a satisfactory prediction of steam partial pressure, within reasonable uncertainty in the gas space of a confined SP (suppression pool) bounded to the steam source of the break flow, one must establish a means by which local phenomena associated with steam direct contact condensation in the subcooled water pool can be fully addressed to predict the global component thermal response. For this purpose a scaled down, reduced pressure, suppression pool was designed and built to study condensation and mixing phenomena. The scaled test facility represented an idealized trapezoidal cross section, 1/10 sector of the SP with scaled height ratio of 1/4.5 and volume ratio of 1/400. The design and test conditions were based on a hierarchical scaling principle that preserves the transfer of mass, momentum, energy and condensation phenomena. 文献22 The paper introduces the basic design procedure of forming the control system of an electric water heater with the single chip microcomputer. The control system of the electric tankless water heater with good function is formed with the single chip microcomputer of AT89C52. Besides normal water temperature control in the electric water heater and security control, the control system is featured with intelligent functions including producing fixed temperature water according users setting and creepage protection、detection of AC L and AC N、ultra temperature protection etc. The emphasis is laid on the principle of the control system, the structure and the functions of the hardware circuit and software design methods.文献23This study examines the performance of three electric water heater designs for electric load management and control of bacterial contamination. The thermal behavior of the water heaters is simulated using the TRNSYS computer program. The first design consists of a standard water heater to which various minor modifications were made. The simulation results reveal a benefit in large capacity water heaters (350 and 540 l) equipped with a vertical heating element and a time clock. The second design consists of a high temperature water heater equipped with a heat exchanger or a mixing valve. Although capable of storing more heat and better able to impede bacterial growth, these water heaters consume more electricity, and are more prone to scaling. The third design consists of connecting in series two 175-l or two 270-l water heaters equipped with a time clock. The results indicate that such a system is capable of meeting load management requirements and eliminating bacterial contamination.文献24Air source heat pump (ASHP) water heaters have crossed the first prototype in 1930 through complex designs and optimization techniques to be able to achieve 67% energy reduction compared to geysers. Their inefficient intermittent (on/off) control system is gradually being substituted by variable speed control techniques focused on refrigerant flow control using ambient and load energy level feedbacks. This method increases the efficiency of ASHP water heaters but makes them more suitable for large industrial and commercial applications due to their expensive component parts. While establishing the initial energy baselines during the duty (heating) cycle, it was found that under the on/off control scheme, the heat exchangers over perform during afternoon draws irrespective of the season as well as during summer evening draws. Also, at the end of the heating cycle typically at a temperature differential below 4C, the heat transfer stops and water starts losing its heat content.文献25 MIT rule is one of the basic techniques of adaptive control. It can be embedded into a general scheme of circuit with MRAC structure (reference adaptive controller). This paper deals with simulation of MRAC by use of MIT rule for a superheater which is a crucial part of a coal-fired power plant. A superheater has been chosen as a typical practical real plant with time-variant parameters and. Show full abstract参考文献1 冉雪莲. 基于802D SL数控系统斗笠式刀库自动换刀程序设计J. 制造技术与机床, 2012(3):144-147. 2 盛艳君, 张黎燕. 数控机床微小型刀库控制系统研究J. 制造业自动化, 2012, 34(13):144-147.3 耿艳梅. 数控机床刀库即时通讯故障诊断系统设计D. 山东大学, 2010. 4 王勇, 邢晨祥. 自动换刀系统在大连ZTXX-30A数控铣床升级改造中的应用J. 机床与液压, 2015(20).5 李永军, 吴丽, 范春宏, et al. 链式刀库自动换刀装置及其液压控制系统的设计与分析J. 制造技术与机床, 2013(5):69-71.6 张瀚木. 卧式数控镗铣床自动换刀装置设计J. 民营科技, 2018(1).7 傅凯. 数控铣床刀库改装装置J. 科技创新与应用, 2017(20):65-66.8 雷楠南. FANUC系统数控机床换刀故障诊断与排除J. 黄河水利职业技术学院学报, 2018.9 丘立庆. 数控加工中心斗笠式刀库与自动换刀装置的可靠性研究J. 自动化与仪器仪表, 2017(11):11-12.10邱红. 智能控制系统分析与设计J. 2017.11 卞泽宇. 空间凸轮在刀库和自动换刀装置中的设计和加工工艺J. 机械管理开发, 2017(5).12胡胜来, 郑胜华, 尹建贺, et al. 自动换刀装置J. 机械工程师.13张瀚木. 卧式数控镗铣床自动换刀装置设计J. 民营科技, 2018(1). 14 陈永健, 王晨 辅助电加热温度控制器的应用与研究J. 电子世界, 2016(20).15杨名大. 印制板数控钻床的研究与开发J. 机械设计与制造工程, 2000, 15(3):16-17. 16 刘世飞. 居民用户电力需求响应控制器的研究与设计D. 2016.17黄德福, 管芳, 吴广军, et al. 数控钻床钻头磨损自动监测系统研究J. 国外电子测量技术, 2016, 35(6):42-46.18王英章, 徐宗俊. 国产印制板数控钻床的发展J. 机械与电子, 2004(6).19王卫俊, 郭庆, 刘威, et al. 基于PLC的数控钻床控制器的研制J. 国外电子测量技术, 2013, 32(1).20王恒. 二维多孔数控钻床加工路径的生成及优化J. 机械科学与技术, 2002, 21(3).21Norman T L . Steam-air mixture condensation in
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