【正文】 來(lái)在加工中心應(yīng)用得很少。故目前的加上中心絕大多數(shù)都采用這種方式。每個(gè)觸針連一個(gè)繼電器，當(dāng)大直徑的編碼環(huán)與觸針接觸，繼電器通電，其數(shù)碼為“ 1”。常用的有磁性識(shí)別法和光電識(shí)別法。圖中刀柄 1 上裝有非導(dǎo)磁材料編碼環(huán) 4 和導(dǎo)磁材料編碼 環(huán) 與編碼環(huán)對(duì)應(yīng)的有一組檢測(cè)線圈 6 組成非接觸式識(shí)別裝置3。當(dāng)編碼環(huán)的號(hào)碼與指令刀號(hào)相等時(shí)，控制電路便發(fā)出信號(hào)，使刀庫(kù)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，等待換刀。圖中延時(shí)清零電路用來(lái)等待識(shí)刀器讀完一個(gè)編碼號(hào)后再進(jìn)行比較識(shí)別，以免因讀出信號(hào)時(shí)間上的不一致造成失誤。在刀具的某個(gè)磨光部位按二進(jìn)制規(guī)律涂黑或不涂黑，就可以給刀具編上號(hào)碼。光導(dǎo)纖維可任意彎曲，這給機(jī)械設(shè)計(jì)、光源及光電轉(zhuǎn)換元件的安裝都帶來(lái)很大的方便。這種識(shí)別方法雖有很多優(yōu)點(diǎn)，但由于該系統(tǒng)價(jià)格昂貴而限制了它的使用。隨機(jī)換刀控制方式需要在 Pc 內(nèi)部設(shè)量一個(gè)模擬刀庫(kù)的數(shù)據(jù)表，其長(zhǎng)度和表內(nèi)設(shè)置的數(shù)據(jù)與刀庫(kù)的位置數(shù)和刀具號(hào)相對(duì)應(yīng)。一旦給某刀編號(hào)后．該編號(hào)不應(yīng)隨意改變。圖中刀號(hào)表首地址 TAB 單元固定存放主軸上的刀具號(hào)數(shù)， TAB+1— TAR+8 存放刀庫(kù)上的刀具號(hào)。同時(shí)．在 PC 內(nèi)部設(shè)置一 個(gè)刀庫(kù)位置計(jì)數(shù)器，當(dāng)?shù)稁?kù)正轉(zhuǎn) (cw)時(shí)，每發(fā)一個(gè)計(jì)數(shù)脈沖，使該計(jì)數(shù)器遞增計(jì)數(shù)；當(dāng)?shù)稁?kù)反轉(zhuǎn) (ccw)時(shí)．每發(fā)一個(gè)計(jì)數(shù)脈沖，則計(jì)數(shù)器遞減計(jì)數(shù)。目前小型數(shù)控銑床一般采用這種方式 。刀庫(kù)停轉(zhuǎn)并定位，等待換刀。與此同時(shí)，應(yīng)通過(guò)軟件修改 PC 內(nèi)部的刀號(hào)數(shù)據(jù)表，使相應(yīng)的刀號(hào)表單元中的刀號(hào)與交換后的刀號(hào)相對(duì)應(yīng)。 由刀庫(kù)和主軸的相對(duì)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)刀具交換 用這種形式交換刀具時(shí)，必須將主軸上用過(guò)的刀具送回刀庫(kù)，再?gòu)牡稁?kù)取出新刀，但兩個(gè)動(dòng)作不能同時(shí)進(jìn)行。圓盤式刀庫(kù)可設(shè)在立柱頂上、立柱主軸箱的側(cè)面，也可以設(shè)在橫梁一 18 端。機(jī)械手的類型如表 22 所示。無(wú)機(jī)械手交換 刀具方式：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，換刀的可靠性較高；刀庫(kù)因結(jié)構(gòu)所限容量不多。 機(jī)械手是當(dāng)主軸上的刀具完成一個(gè)工步后，把這一工步的刀具送回刀庫(kù)，并把下一道工步的所需要的刀具從刀庫(kù)中取出并裝入主軸繼續(xù)進(jìn)行加工的功能部件。的回轉(zhuǎn)式單臂雙手機(jī)械手； 圖 31 機(jī)械手臂和手爪 2)兩手互相垂直的回轉(zhuǎn)式單臂雙手機(jī)械手 3)兩手平行的回轉(zhuǎn)式單臂雙手機(jī)械手； 4)雙手交叉式機(jī)械手； 20 由于不同的數(shù)控機(jī)床（加工中心）的刀庫(kù)與主軸的相對(duì)位置不同。 一般來(lái)說(shuō)，這種機(jī)械手用于刀庫(kù)刀座軸線與機(jī)床主軸軸線垂直，刀庫(kù)為徑向存取刀具形式的自動(dòng)換刀裝置，因此，在 LTCNC1000 數(shù)控立式升降銑床的自動(dòng)換刀裝置中可采用這種機(jī)械手形式。的斜殼體組成。 伸縮動(dòng)作：液壓缸（圖中未標(biāo)出）帶動(dòng)手臂托架沿主軸軸向移動(dòng)。 抓刀、松刀動(dòng)作：機(jī)械手對(duì)刀具的夾緊和松開(kāi)是通過(guò)液壓缸。 機(jī)械手的自動(dòng)換刀過(guò)程的動(dòng)作順序 （ a） （ b） （ c） （ d） 21 圖 32 換刀機(jī)械手的換刀過(guò)程 自動(dòng)換刀裝置的換刀過(guò)程由選刀和換刀兩部分組成。 2)機(jī)械手抓住主軸和刀庫(kù)上的刀具。 在自動(dòng)換刀的整 個(gè)過(guò)程中，各項(xiàng)運(yùn)動(dòng)均由限位開(kāi)關(guān)控制，只有前一個(gè)動(dòng)作完成后，才能進(jìn)行下一個(gè)動(dòng)作，從而保證了運(yùn)動(dòng)的可靠性。同時(shí)，由于工藝上的需要，也必須使主軸準(zhǔn)停在固定位置上。 換刀機(jī)械手的安裝與調(diào)試 1)換刀機(jī)械手安裝在主軸箱的左側(cè)面，加工零件時(shí)，換 刀機(jī)械手隨主軸箱一起上下運(yùn)動(dòng)。 確定刀庫(kù)形式 刀庫(kù)容量為 20,容量不大，并且用于小型立式加工中心，因此決定采用盤式刀庫(kù)。 初步估計(jì)刀庫(kù)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩及選定電機(jī) 刀庫(kù)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的選擇應(yīng)同時(shí)滿足刀庫(kù)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的負(fù)載扭矩FT和啟動(dòng)時(shí)的加速扭矩JT的要求。 刀庫(kù)加速扭矩JT的計(jì)算 mNJJtnT mJmJ ??? )(602 1? 式中 mn刀庫(kù)選刀時(shí)的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速（ r/min）； 24 Jt加速時(shí)間，通常取 150~200ms； m電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子慣量（2mkg?），可查樣本； 1負(fù)載慣量折算到電動(dòng)機(jī)軸上的慣量（2mkg?） （ a）刀具插滿圓盤的半個(gè)圓 （ b）三把最重的刀具插在一起 圖 33 刀庫(kù)負(fù)載轉(zhuǎn)矩計(jì)算方法 驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)輸出扭矩DT計(jì)算 驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的輸出扭矩 應(yīng)同時(shí)滿足刀庫(kù)負(fù)載扭矩FT和加速扭矩JT之和，將以上計(jì)算的刀庫(kù)負(fù)載扭矩和加速扭矩轉(zhuǎn) 換為驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)軸上的輸出扭矩 的公式為mNi TT JFD ??? ? 式中 i電動(dòng)機(jī)軸至刀庫(kù)軸的速比； ?傳動(dòng)效率。 刀庫(kù)負(fù)載扭矩F的計(jì)算 按方法二進(jìn)行估算，即將三把最重的刀放在一起，則負(fù)載扭矩 FT=RgW ??? max3=3 8 245310?=mN? 25 加速扭矩JT的計(jì)算 設(shè)刀具最大運(yùn)動(dòng)線速度為 24m/min，則可確 定刀庫(kù)選刀轉(zhuǎn)速為 Rvn xdm ?2?=，加速時(shí)間暫定為Jt=200ms，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子慣量可查相關(guān)樣本J=?310? 2mkg?， 負(fù) 載 慣 量 折 算 到 電 動(dòng) 機(jī) 軸 上 的 慣 量 48 ??J=310? 2 則可求得JT=N 驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的輸出扭矩應(yīng)同時(shí)滿足刀庫(kù)負(fù)載扭矩和加速扭矩之和 電動(dòng)機(jī)軸到刀庫(kù)軸的速比為 i=48,蝸輪蝸桿的傳動(dòng)效率?=, 則可求得D= ??=? 電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩ST(~) D=(~) mN 而所選電機(jī)轉(zhuǎn)矩為 10 確定伺服電機(jī)型號(hào)為 SM13010N1500，其主要技術(shù)參數(shù)為： 額 定功率 額定轉(zhuǎn)速 1500r/min 額定電流 6A 轉(zhuǎn)子慣量 2mkg? 機(jī)械時(shí)間常數(shù) 工作電壓 220V 刀庫(kù)轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)的普通蝸輪蝸桿的相關(guān)設(shè)計(jì) 蝸桿頭數(shù)1z=1，初定傳動(dòng)比為 i=48，則蝸輪齒數(shù)2z=i1=48，模數(shù) m=，蝸桿分度圓直徑1d=48mm，蝸輪分度圓直徑d=m = 中心距 a=( +2)/2=,圓整中心距取wa=100mm，蝸輪變位系數(shù)x=（ aw） /m=，屬于 1=x=1 的要求 蝸輪齒頂高mxhh aa )( *2 ??=() ?= 蝸輪齒根高mxcf )*?=(1++) = 蝸輪齒根圓直徑22 22 ff hdd ?= = 蝸輪齒頂圓直徑aa ?=+2 = 26 蝸桿齒頂圓直徑mhdd aa *1 21 ??=48+2?1 = 蝸桿齒根圓直徑)(2 **1 chmdd af ???=482 (1+)= 考慮到傳遞的功率不大，轉(zhuǎn)速較低，選用 ZA 蝸桿傳動(dòng)，精度為5fGB100891988。 蝸桿軸向齒距積累誤差pxLf= 蝸桿軸向齒距極限偏差px=177。 刀庫(kù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 圓盤式刀庫(kù)由專用的交流伺服電機(jī) 14 經(jīng)撓性聯(lián)軸器 1蝸桿 2蝸輪 25，帶動(dòng)刀盤和盤上的 20 個(gè)刀套旋轉(zhuǎn)，如圖 34 所示。由于主軸是立式的，故應(yīng)將處于刀庫(kù)刀盤最下位置的刀套旋轉(zhuǎn) 90176。撥叉上升使刀套連同刀具逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn) 90176。刀套頂部的滾子用以在刀套處于水平位置時(shí)支撐刀套。隨著計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的不斷發(fā)展， PLC 控制系統(tǒng)得到了廣泛的應(yīng)用。 PLC 是為工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程控制而專門設(shè)計(jì)的控制裝置，它具有比通用計(jì)算機(jī)控制更簡(jiǎn)單的編程語(yǔ)言和更可靠的硬件。操作十分靈活方便，監(jiān)視和控制變量十分容易。如下圖所示單個(gè)工作流程示意圖： 30 圖 42 自動(dòng)控制原理圖 31 機(jī)械手自動(dòng)換刀系統(tǒng)的原理 該控制系統(tǒng)的基本控制原理如下： (1)按下啟 動(dòng)按鈕，系統(tǒng)進(jìn)行自檢查機(jī)械是否在初始位置，不是的話先進(jìn)行復(fù)位工作，然后進(jìn)行正式工作。 (3)正式工作控制原理如下： ① 機(jī)械手開(kāi)始左移，一直運(yùn)動(dòng)到最左端。 ⑤ 上移后，機(jī)械手開(kāi)始右移。 ⑨ 工件松開(kāi)后，機(jī)械手開(kāi)始向上運(yùn)動(dòng)。急停時(shí)，切斷所有電源，系統(tǒng)停止運(yùn)行。 課程設(shè)計(jì)是我們專業(yè)課程知識(shí)綜合應(yīng)用的實(shí)踐訓(xùn)練，這是我們邁向社會(huì)，從事職業(yè)工作前一個(gè)必不可少的過(guò)程。我們?cè)谡n堂上掌握的僅僅是專業(yè)基礎(chǔ)課的理論面，如何去鍛煉我們的實(shí)踐面？如何把我們所學(xué)到的專業(yè)基礎(chǔ)理論知識(shí)用到實(shí)踐中去呢？我想做類似的大作業(yè)就為我們提供了良 好的實(shí)踐平臺(tái)。 說(shuō)實(shí)話，課程設(shè)計(jì)真的有點(diǎn)累 。 但一想起周偉平教授，黃焊?jìng)タ倷z平時(shí)對(duì)我們耐心的教導(dǎo)，想到今后自己應(yīng)當(dāng)承擔(dān)的社會(huì)責(zé)任，想到世界上因?yàn)槟承┘?xì)小失誤而出現(xiàn)的令世人無(wú)比震驚的事故，我不禁時(shí)刻提示自己，一定呀養(yǎng)成一種高 度負(fù)責(zé)，認(rèn)真對(duì)待的良好習(xí)慣 。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式注明并表示感謝。盡我所知，除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本設(shè)計(jì)（論文）不含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過(guò)的作品成果。 本人愿意按照學(xué)校要求提交學(xué)位論文的印刷本和電子版，同意學(xué)校保存學(xué)位論文的印刷本和電子版，或采用影印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存設(shè)計(jì)（論文）；同意學(xué)校在不以營(yíng)利為目的的前提下，建立目錄檢索與閱覽服務(wù)系統(tǒng)，公布設(shè)計(jì)（論文）的部分或全部?jī)?nèi)容，允許他人依法合理使用。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)是對(duì)我大學(xué)四年學(xué)習(xí)下來(lái)最好的檢驗(yàn)。 首先，我要特別感謝我的知道郭謙功老師對(duì)我的悉心指導(dǎo)，在我的論文書寫及設(shè)計(jì)過(guò)程中給了我大量的幫助和指導(dǎo)，為我理清了設(shè)計(jì)思路和操作方法，并對(duì)我所做的課題提出了有效的改進(jìn)方案。 其次，我要感謝大學(xué)四年中所有的任課老師和輔導(dǎo)員在學(xué)習(xí)期間對(duì)我的嚴(yán)格要求，感謝他們對(duì)我學(xué)習(xí)上和生活上的幫助。從他身上，我學(xué)到了許多能受益終生的東西。這期間凝聚了很多人 的心血，在此我表示由衷的感謝。 首先非常感謝學(xué)校開(kāi)設(shè)這個(gè)課題，為本人日后從事計(jì)算機(jī)方面的工作提供了經(jīng)驗(yàn)，奠定了基礎(chǔ)。 本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。 學(xué)位論文作者（本人簽名）： 年 月 日 學(xué) 位論文出版授權(quán)書 本 人及導(dǎo)師完全同意《中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù)出版章程》、《中國(guó)優(yōu)秀 碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù)出版章程》 (以下簡(jiǎn)稱“章程” )，愿意將本人的學(xué)位論文提交“中國(guó)學(xué)術(shù)期刊（光盤版）電子雜志社”在《中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù)》、《中國(guó)優(yōu)秀碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù)》中全文發(fā)表和以電子、網(wǎng)絡(luò)形式公開(kāi)出版，并同意編入 CNKI《中國(guó)知識(shí)資源總庫(kù)》，在《中國(guó)博碩士學(xué)位論文評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)庫(kù)》中使用和在互聯(lián)網(wǎng)上傳播，同意按“章程”規(guī)定享受相關(guān)權(quán)益。 38 附錄 1 結(jié)構(gòu)圖紙（ A4 時(shí)放在此附錄中，其他均單獨(dú)打?。? 39 附錄 2 硬件電路圖（或 接線圖） 40 附錄 3 軟件控制程序 41 參考文獻(xiàn) [1] 機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)編寫組 .機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)（第三冊(cè)） .北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 1986 [2] 王愛(ài)玲主編 .現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床 .北京：國(guó)防工業(yè)出版社， 20xx [3] 林宋，田建君編 .現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床 .北京：化學(xué)工業(yè)出版社， 20xx [4] 沙杰編 .加工中心結(jié)構(gòu)、調(diào)試與維護(hù) .北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 20xx [5] 廉元國(guó)，張永洪編 .加工中心設(shè)計(jì)與應(yīng)用 .北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1995 [6] 向金林 .TH7130 立式加工中心自動(dòng)換刀系統(tǒng)的設(shè)計(jì) .裝備制造技術(shù)， 20xx [7] 陳芳，李繼中 .盤式刀庫(kù)加工中心自動(dòng)換刀系統(tǒng)控制 .機(jī)械設(shè)計(jì)與制造， 20xx [8] 黃澤正，劉沖，陳志輝 .加工中心自動(dòng)換刀裝置的設(shè)計(jì) .機(jī)械工程與自動(dòng)化， 20xx [9] 曹秋霞，馬國(guó)亮 .小型立式加工中心圓盤式刀庫(kù)的設(shè)計(jì) .機(jī)電產(chǎn)品開(kāi)發(fā)與創(chuàng)新， 20xx [10] 依蘭?歐克拉，比京 克 .數(shù)控平面加工中心輪式刀庫(kù)自動(dòng)換刀裝置的設(shè)計(jì) .成都紡織高等?？茖W(xué)校學(xué)報(bào)， 20xx [11] 謝紅 .數(shù)控機(jī)床機(jī)器人機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)指導(dǎo) .上海：同濟(jì)大學(xué)出版社， 20xx [12] 加工中心應(yīng)用與維修編委會(huì) .加工中心應(yīng)用與維修 .北京：機(jī) 械工業(yè)出版社， 1997 [13] 李佳 .數(shù)控機(jī)床及應(yīng)用 .北京：清華大學(xué)出版社， 20xx [14] 朱龍根 .簡(jiǎn)明機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè) [M].北京 :機(jī)械工業(yè)出版社 ,20xx [15] 王可 .實(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè) [M].遼寧 : 遼寧科學(xué)技術(shù)出版社 ,1999 [16] of automatic tool changer for CNC . 42 thesis,Mechanical EngineeringDepartmet, METU, Ankara, Turkey 1995 [17] . 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