【正文】 東華理工大學(xué)長(zhǎng)江學(xué)院（論文）東華理工大學(xué)長(zhǎng)江學(xué)院畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 題 目 加工中心智能換刀系統(tǒng)設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名： 翁 志 義 學(xué) 號(hào)： 09312124 專 業(yè)： 自動(dòng)化 系 別： 機(jī)械與電子工程系 指導(dǎo)教師： 職稱： 講師 二零一三年六月 東華理工大學(xué)長(zhǎng)江學(xué)院（論文） 東華理工大學(xué)長(zhǎng)江學(xué)院（論文）摘 要 機(jī)床的發(fā)展與應(yīng)用,大大降低了零件加工的輔助時(shí)間,極大的提高了生產(chǎn)率。隨著數(shù)控機(jī)床的普及應(yīng)用,機(jī)械加工的自動(dòng)化程度大大提高,數(shù)控機(jī)床發(fā)展成了當(dāng)今普遍應(yīng)用的一種更新、更先進(jìn)的制造設(shè)備即加工中心。加工中心帶有刀庫(kù)和自動(dòng)換刀裝置,能對(duì)工件按預(yù)定程序進(jìn)行多工序加工的高度自動(dòng)化的多功能的數(shù)字控制機(jī)床。自動(dòng)換刀裝置應(yīng)當(dāng)滿足換刀時(shí)間短、刀具存儲(chǔ)量足夠、刀具的安置空間小以及安全可靠等基本要求。加工中心的關(guān)鍵在于CNC 對(duì)刀庫(kù)的自動(dòng)選刀和刀庫(kù)、機(jī)械手與主軸間的自動(dòng)換刀,加工中心出現(xiàn)故障80%都在上述方面本課題就是針對(duì)現(xiàn)有的自動(dòng)換刀裝置進(jìn)一步減少換刀時(shí)間,利用PLC 對(duì)刀庫(kù)的選刀控制和刀庫(kù)、機(jī)械手與主軸間的自動(dòng)換刀控制以及刀庫(kù)精確定位。利用PLC 控制液壓傳動(dòng)機(jī)構(gòu),使液壓傳動(dòng)更加穩(wěn)定和精確。本設(shè)計(jì)的題目是基于PLC加工中心刀庫(kù)換刀控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。通過(guò)分析刀庫(kù)的自動(dòng)換刀的過(guò)程，使刀庫(kù)在加工中心上能配合換刀機(jī)械手的需要——能在數(shù)控程序的控制下靈活的實(shí)現(xiàn)換刀過(guò)程每次換新刀只需輸入相應(yīng)換刀號(hào)信號(hào)即可。在分析控制要求的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)出相應(yīng)控制程序?？刂瞥绦虬?建立當(dāng)前刀具庫(kù)映像、記錄請(qǐng)求刀具號(hào)、轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)方向判斷并確定轉(zhuǎn)盤正反轉(zhuǎn)、發(fā)出脈沖控制刀盤轉(zhuǎn)動(dòng)、到位燈及換刀指示燈顯示等部分， 程序結(jié)構(gòu)性好、可讀性強(qiáng)、運(yùn)行效率高，能很好地滿足實(shí)用要求。 關(guān)鍵詞：? 加工中心 ATC?刀庫(kù)?PLC?自動(dòng)選刀?液壓傳動(dòng)Abstract With the development of NC, the automatic tool changer system is More and more important in the modern advanced manufacture, because the ATC can shorten the cycle time of product manufacturing, improve the precision of product machining. The latest requirements of machine tool user prise of diversification of control object,plexity of process, flexible of application and high reliability. The function of tool magazine is that stores the tool and moves the tool which will be used in the next manufacturing process to the right changeover position and robot will finish the change over tool When the tool magazine39。s capacity is so big and the distance of tool position is more far away the principal axis, there need the tool exchanging unitto implement the changeover work between the principal axis and tool magazine. The framework of this function include the robot, tools rotation station and changeover control the use of hydraulic transmission, made hydraulic transmission to more stable and accurate. this design topic is based on the PLC machining center tool change control system design. Through the analysis of the knife of the automatic tool changing process, so that the cutter in machining center can be matched with the tool changing manipulator needs in NC program under the control of flexible implementation tool changing process every time new knife only needs to input the corresponding tool change signal can be. The analysis and control on the basis of the requirements, designs the corresponding control procedure. The control program includes: establish the library image, recording request tool number, the rotation of the turntable direction judgment and to determine the turntable is reversed, to send pulses to control the cutter disc to rotate in place, lights and tool change indicator display parts, good program structure, readability is strong, operation efficiency is high,which can meet the practical requirements.Key words: MC , ATC，tool magazine，PLC，tool exchange at random?Hydraulic transmission緒 論 國(guó)內(nèi)外數(shù)控機(jī)床的發(fā)展情況隨著數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，帶有自動(dòng)換刀系統(tǒng)的加工中心在現(xiàn)代制造起著愈來(lái)愈重要的作用，他能縮短產(chǎn)品的制造周期，提高產(chǎn)品的加工精度，適合柔性加工。自動(dòng)換刀系統(tǒng)一般由刀庫(kù)，機(jī)械手和驅(qū)動(dòng)裝置組成。刀庫(kù)容量可大可小，其裝刀數(shù)在20—180把之間。刀庫(kù)的功能是存儲(chǔ)刀具并把下一把即將要用的刀具準(zhǔn)確地送到換到位置，供換刀機(jī)械手完成新舊刀具的交換。當(dāng)?shù)稁?kù)容量大時(shí)，常遠(yuǎn)離主抽配置且整體移動(dòng)不易，這就需要在主軸和刀庫(kù)之間配置換刀機(jī)構(gòu)來(lái)執(zhí)行換刀動(dòng)作。完成此功能的機(jī)構(gòu)包括送刀臂、擺刀站和換刀臂、總稱為機(jī)械手。具體來(lái)說(shuō)，它的功能是完成刀具的裝卸和在主軸頭與刀庫(kù)之間的傳遞。驅(qū)動(dòng)裝置則是使刀庫(kù)和機(jī)械手實(shí)現(xiàn)其功能的裝置，一般由步進(jìn)電機(jī)或液壓（或氣壓機(jī)構(gòu)）或凸輪機(jī)構(gòu)組成。機(jī)械手完成刀庫(kù)里的刀（新刀）與主軸上的刀（舊刀）的交換工作。由于數(shù)控加工中心的刀庫(kù)容量、換刀可靠性及換刀速度直接影響到加工中心的效率，而自動(dòng)換刀就是進(jìn)一步壓縮非切削時(shí)間，提高生產(chǎn)效率，改善勞動(dòng)條件。所以數(shù)控機(jī)床為了能在工件一次裝夾中完成多道加工工序，縮短輔助時(shí)間，減少多次安裝工件所引起的誤差，必須帶有自動(dòng)換刀裝置。當(dāng)今世界，工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)機(jī)床工業(yè)高度重視，競(jìng)相發(fā)展機(jī)電一體化，高精、高效、自動(dòng)化先進(jìn)機(jī)床，以加速工業(yè)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。長(zhǎng)期以來(lái)，歐、美、亞在國(guó)際市場(chǎng)上互相展開(kāi)激烈競(jìng)爭(zhēng)，已形成一條無(wú)形戰(zhàn)線，特別是隨著電子、計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步，數(shù)控機(jī)床在20世紀(jì)80年代以后加速發(fā)展，各方用戶提出更多要求，早已成為四大國(guó)際機(jī)床展上各國(guó)機(jī)床制造商競(jìng)相展示先進(jìn)技術(shù)、爭(zhēng)奪用戶、擴(kuò)大市場(chǎng)的焦點(diǎn)。中國(guó)加入WTO后，正式參與世界市場(chǎng)激烈競(jìng)爭(zhēng)，今后如何加強(qiáng)機(jī)床工業(yè)實(shí)力、加速數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)發(fā)展，實(shí)是緊迫而又艱巨的任務(wù)。自從1052年美國(guó)麻省理工學(xué)院研制出世界上第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床以來(lái)，數(shù)控機(jī)床在制造工業(yè)，特別是在汽車、航空航天、以及軍事工業(yè)中被廣泛地應(yīng)用，數(shù)控技術(shù)無(wú)論在硬件和軟件方面都有飛速發(fā)展。1956年，日本富士通研究成功數(shù)控轉(zhuǎn)塔式?jīng)_床，美國(guó)IBM公司同期研制成功了“APT”（刀具程序控制裝置）的加工中心。1958年美國(guó)Kamp。T公司研制出帶ATC（自動(dòng)刀具交換裝置）的加工中心。1967年出現(xiàn)了FMS，1978年以后，加工中心迅速發(fā)展，帶有ATC裝置?？蓪?shí)現(xiàn)多工序加工的機(jī)床步入了機(jī)床發(fā)展的黃金時(shí)代。中國(guó)1958年研制出第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床以來(lái)，發(fā)展過(guò)程大致可分為兩大階段。在1958~1979年間為第一階段，從1979年至今未第二階段。第一階段中對(duì)數(shù)控機(jī)床特點(diǎn)、發(fā)展條件缺乏認(rèn)識(shí)，在人員素質(zhì)差、基礎(chǔ)薄弱、配套件不過(guò)關(guān)的情況下，無(wú)法用于生產(chǎn)而停頓。主要存在的問(wèn)題時(shí)盲目性大，缺乏實(shí)事求是的科學(xué)精神。在第二階段從日本、德、美、西班牙先后引進(jìn)數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)，從美、日、德等引進(jìn)數(shù)控機(jī)床先進(jìn)技術(shù)和合作，合資生產(chǎn)，解決了可靠性、穩(wěn)定性問(wèn)題，數(shù)控機(jī)床開(kāi)始正式生產(chǎn)和使用，并逐步向前發(fā)展。在20余年間，數(shù)控機(jī)床的設(shè)計(jì)和制造技術(shù)有較大提高，主要表現(xiàn)在三大方面：培訓(xùn)額一批設(shè)計(jì)、制造使用和維護(hù)的人才；通過(guò)合作生產(chǎn)先進(jìn)數(shù)控機(jī)床，使設(shè)計(jì)、制造、使用水平大大提高，縮小了與世界先進(jìn)技術(shù)的差距；通過(guò)利用國(guó)外先進(jìn)零部件，數(shù)控系統(tǒng)配套，開(kāi)始能自行設(shè)計(jì)及制造高速、高性能、五面或五軸聯(lián)動(dòng)加工的數(shù)控機(jī)床，供應(yīng)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)需求，但對(duì)關(guān)鍵技術(shù)的實(shí)驗(yàn)、消化、掌握及創(chuàng)新卻較差。至今許多重要功能部件，自動(dòng)化刀具，數(shù)控系統(tǒng)依靠國(guó)外技術(shù)支撐，不能獨(dú)立發(fā)展，基本上處于從仿制走向自行開(kāi)發(fā)階段，與日本數(shù)控機(jī)床水平差距很大。存在的主要問(wèn)題包括：缺乏各方面專家人才和熟練技術(shù)工；缺少深入的科研工作；零部件和數(shù)控系統(tǒng)不配套；企業(yè)和專業(yè)間缺乏合作，基本上孤軍奮戰(zhàn)，雖然廠多人眾‘但形成不了合力。 數(shù)控機(jī)床發(fā)展趨勢(shì)1. 搞速化、高精度化、高可靠性質(zhì)量、效率是先進(jìn)制造技術(shù)的主體。高速、高精度加工技術(shù)可極大地提高效率，提高產(chǎn)品的質(zhì)量和檔次，縮短生產(chǎn)周期和提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。高速化：提高進(jìn)給速度，采用直線滾珠式導(dǎo)軌等；提高主軸轉(zhuǎn)速，采用直線電機(jī)技術(shù)，直接將電機(jī)與主軸連接成一體后，裝入軸部件。高精度化：精密化是為了適應(yīng)高新技術(shù)發(fā)展的需要，隨著高新技術(shù)的發(fā)展對(duì)機(jī)電產(chǎn)品性能與質(zhì)量要求的提高，機(jī)床用戶對(duì)機(jī)床加工精度的要求也越來(lái)越高，數(shù)控加工機(jī)床的加工精度提高了一倍，達(dá)到15微米。高可靠性：一般數(shù)控系統(tǒng)的可靠性要高于數(shù)控設(shè)備的可靠性在一個(gè)數(shù)量級(jí)以上。2. 復(fù)合化數(shù)控機(jī)床的功能復(fù)合化的發(fā)展以其復(fù)合加工實(shí)現(xiàn)了一次裝夾后完成各種復(fù)雜零件的全部加工，從而減少了不創(chuàng)造價(jià)值的輔助時(shí)間，提高了機(jī)床的效率和加工精度，降低了生產(chǎn)制造成本，提高了生產(chǎn)的柔性。復(fù)合功能的機(jī)床是今年來(lái)發(fā)展快的機(jī)種，其核心是在一臺(tái)機(jī)床上要完成車、銑、鉆、攻絲、鉸孔和擴(kuò)孔等多種操作工序。3. 智能化智能化的內(nèi)容包括在數(shù)控系統(tǒng)中各個(gè)方面：為追求加工效率和加工質(zhì)量的智能化，如自適應(yīng)控制、工藝參數(shù)自動(dòng)生成