【正文】 BeomSahng Ryuh, Sang Min Park, Gordon R. automatic tool changer and integrated software for a robotic die polishing station. Mechanism and Machine Theory,20xx 43 學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：所呈交的學(xué)位論文，是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作所取得的成果。 通過課程設(shè)計，使我深深體會到，干任何事都必須耐心，細(xì)致 。為了讓自己的設(shè)計更加完善，更加符合工程標(biāo)準(zhǔn)，一次次翻閱 參考文獻(xiàn) 是十分必要的，同時也是必不可少的。 作為一名 機(jī)械電子工程專業(yè) 的學(xué)生，我覺得能做類似的課程設(shè)計是十分有意義，而且是十分必要的。 32 PLC 的硬件 I/O 接口原理圖 圖 43 三菱 FX2N PLC 接口電路圖 自動換刀系統(tǒng) PLC 程序的設(shè)計 編程 軟件 采用三菱公司編程軟件 FXGP/WINC,其界面如下所示 33 圖 44 編程軟件界面圖 34 PLC 的控制流程圖 圖 45 自動控制流程框圖 35 梯形圖 圖 46 梯形圖 36 指令表 圖 47 指令表 37 課程設(shè)計心得 緊張而又辛苦的兩周課程設(shè)計結(jié)束了。 該系統(tǒng)進(jìn)行自動連續(xù)循環(huán)工作。 ⑦ 右轉(zhuǎn)完成后，機(jī)械手下移。 ③ 到達(dá)最下端后，機(jī)械手開始夾緊工件，一直到把工件夾緊為止，時間由定時器控制，定時為 秒。 ② 上移后，機(jī)械手開始右移。 29 機(jī)械手的 PLC 控制系統(tǒng)限位開關(guān)的布局示意圖 圖 41 限位開關(guān)的布局示意圖 機(jī)械手自動換刀系統(tǒng)的工作流程 機(jī)械手移動刀具的單個工作流程由復(fù)位到初始位置、將機(jī)械手移動到刀庫處、夾緊刀具、將刀具移動到目標(biāo)位置、放下刀具和移動到初始位置 6 個過程組成。 靈活性 PLC 采用的編程語言有梯形圖、布爾助記符、功能圖、功能模塊和語句描述編程語言。與此同時，系統(tǒng)的維修簡單，維修時間短，采用了一系列可靠性設(shè)計的方法進(jìn)行設(shè)計，如：冗余的設(shè)計、斷電保護(hù)、故障診斷和信息保護(hù)及恢復(fù)等 。通過氣缸作用，與上述動作相反，刀座帶動刀具夾頭順時針轉(zhuǎn)動，直到水平位置為止，此時滾子銷重新處于支撐板的凹槽中。 刀套的構(gòu)造錐孔尾部有兩個球頭銷釘，后有彈簧用以夾住刀具， 27 故當(dāng)?shù)短仔D(zhuǎn) 90176。實現(xiàn)這個動作靠氣缸 28。刀座以鉸鏈形式與支撐板相連。不論刀具放入那個地址，均可跟蹤記憶；利用刀庫上裝刀 位置檢測裝置，可測得每一地址。蝸輪材料選用 ZCuAl10Fe3，表面淬火硬度45~55HRC,表面粗糙度 Ra≤ m。 設(shè)定當(dāng)兩個最大刀具相鄰放置時，其間距為 5 毫米，則相鄰刀套中心距為 85 毫米，夾角為 20 度。第二，把三把最重的刀具放在一起，如圖 33（ b） 所示。此換刀裝置的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，成本較低，換刀可 靠性較好。安裝最大重量刀具時，要進(jìn)行多次刀庫到主軸位置的自動交換，使機(jī)械手換刀時做到準(zhǔn)確無誤，無撞擊。 LTCNC1000 數(shù)控立式升降臺銑床的自動換刀裝置，在每次自動裝卸刀具時，都必須要求主軸準(zhǔn)確地停止在固定的周向位置上。初取齒數(shù) z=30 3)下表為齒輪幾何尺寸設(shè)計的基本參數(shù)： 名稱 代號 計算公式 模數(shù) m 壓力角 ? 20o 分度圓直徑 d D=mz=?30=45 齒頂高 ah aah h 1 1 .5 1 .5m?? ? ? ? 齒根高 fh fah (h ) (1 0 . 2 5 ) 1 . 5 1 . 8 7 5cm??? ? ? ? ? ? 齒全高 h afh h h ? ? ? ? ? 齒頂圓直徑 ad ad (z 2 ) ( 3 0 2 1 ) 1 . 5 4 8ahm?? ? ? ? ? ? ? 齒根 圓直徑 fd fad ( 2 h 2 ) 4 1 .2 5z c m??? ? ? ? 齒距 p ??? 齒厚 s / 2 ??? 頂隙 c 0 .2 5 1 .5 0 .3 7 5c c m?? ? ? ? 4)齒條的基本尺寸，按外齒輪幾何尺寸的計算公式進(jìn)行計算 自動換刀裝置的相關(guān)技術(shù)要求 主軸準(zhǔn)停裝置 為了傳遞扭矩，在主軸的前端裝有端鍵，當(dāng)?shù)毒叩侗b入錐孔時，刀柄上的鍵槽 位置必須與該鍵對準(zhǔn)才能裝入。 3)把卡緊在主軸和發(fā)庫上的刀具松開 4)活塞桿推動機(jī)械手下行，從主軸和刀庫上取出刀具 5)機(jī)械手回轉(zhuǎn) 180176。 換刀動作的大致過程為： 1)主軸箱回到最高處（ z坐標(biāo)零點），同時實現(xiàn)“主軸準(zhǔn)?！薄５螐椈蓪崿F(xiàn)夾緊，液壓缸實現(xiàn)松開。從而實現(xiàn)手臂正向和反向 180176。固定在回轉(zhuǎn)軸上，回轉(zhuǎn)軸與主軸成 45176。 該機(jī)械手安裝在主軸的左側(cè)面，隨同主軸箱一起 運動。 這次設(shè)計我 選用兩手互相垂直的回轉(zhuǎn)式單臂雙手機(jī)械手。 確定換刀機(jī) 械手形式 在自動換刀數(shù)控機(jī)床中，換刀機(jī)械手的形式是多種多樣的，常見的有以下幾種。刀具的交換方式及它們的具體結(jié)構(gòu)對機(jī)床的工作效率和工作可靠性有直接的影響。 雙手式 雙手平行式 這種機(jī)械手還起運輸作用 換到時間較短，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜 雙手交叉式 雙手有回轉(zhuǎn)運動 19 第 3 章 換刀機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計 數(shù)控機(jī)床的自動換刀裝置中 ,實現(xiàn)刀庫與機(jī)床主軸之間傳遞和裝卸刀具的裝置稱為刀具交換裝置。格子箱式刀 庫可設(shè)在雙工作臺的中間。這種換刀方式?jīng)]有機(jī)械手，因而結(jié)構(gòu)簡單；刀庫回轉(zhuǎn)是在工步與工步之間，故換刀時間長，換刀動作也較多，但卻免去了刀庫回轉(zhuǎn)時的振動對加工精度的影響。交換裝置的形式和具體結(jié)構(gòu)對數(shù)控機(jī)床的整體布局、生產(chǎn)率和工作可靠性都有直接影響。 ③刀具的交換及刀號數(shù)據(jù)表的修改 當(dāng)前一工序加工結(jié)束后需要更換新刀加工時， NC 系統(tǒng)發(fā)出自動換刀指令 M06 控制 機(jī)床主軸準(zhǔn)停。這種方式一般運用在中型數(shù)控銑床中 當(dāng) PC 接到新刀具的指令 (TXX)后，在模擬刀庫的刀號數(shù)據(jù)表中進(jìn)行數(shù)據(jù)檢索，檢索到 T 代碼給定的刀號，將該刀具號所在數(shù)據(jù)表中的表號數(shù)存放在一個緩沖存儲單元中，這個表序號數(shù)就是新刀具在刀庫中的目標(biāo)位置。 立式數(shù)控銑床的主軸軸線與工作臺面垂直，是數(shù)控銑床中最常見的一種布局形式。 圖 210 刀庫中刀具位置編號 圖 211 刀庫的刀號數(shù)據(jù)表 16 ②刀具的識別 雖然刀具不附帶任何編碼裝置，且采用任意換刀方式，但是，由于在 PC 內(nèi)部設(shè)置的刀號數(shù)據(jù)表始終與刀具在刀庫中的實際位置相對應(yīng)，所以對刀具的識別實質(zhì)上轉(zhuǎn)變?yōu)閷Φ稁煳恢玫淖R別。 在 PC 內(nèi)部建立一個模擬刀庫的刀號數(shù)據(jù)表，如圖 211 所示。 ① ATC(自動換刀 )控制和刀號數(shù)據(jù)表 如圖 2— 9 所示，刀庫有 8個刀座，可 存放 8 把刀具。在這種選刀和換刀的方式中，刀庫上的刀具能與主軸上的刀具任意地直接交換，即隨機(jī)換刀。 近年來，“圖像識別”技術(shù)也開始用于刀具識別，刀具不必編碼，而在刀具識別位置上利用光學(xué)系統(tǒng)將刀具的形狀投影到許多光電元件組成的屏板上，從而將刀具的形狀變?yōu)楣怆娦盘?，?jīng)信息處理后存人記憶裝置中。閱讀頭的端面如圖 29(a)所示，共用的投光射出面為一矩形框，中間嵌進(jìn)一排共 9 個圓形受光入射面、當(dāng)閱讀頭端面正對刀具編碼部位，沿箭頭方向相對運動時，在同步信號作用下，可將刀具編碼讀入，并與給定的刀具號進(jìn)行比較而選刀。 圖 26 接觸式刀具識別裝置 圖 27 磁性識別裝置 圖 28 識刀裝置原理框圖 ②光學(xué)纖維刀具識別裝置 這種裝置利用光導(dǎo)纖維很好的光傳導(dǎo)特性，采用多束光導(dǎo)纖維構(gòu)成閱讀頭。當(dāng)數(shù)控裝置接受穿孔紙帶給出的選刀號 T 代碼，由選刀控制電路使刀庫快速轉(zhuǎn)動，刀具依次通過識刀器，對應(yīng)每個刀具的編碼環(huán)感應(yīng)出不 同的信號，經(jīng)刀號讀出電路將編碼環(huán)所表示的號碼讀出，通過輸入控制門存入刀號寄存器內(nèi)，然后送入比較符合電路與數(shù)控裝置，對已接收的 T 代碼進(jìn)行比較。如編碼環(huán)為非導(dǎo)磁材料，則磁感應(yīng)較弱，在二次線圈中感應(yīng)的電壓較弱。編碼環(huán)的直徑相等，分別由導(dǎo)磁材料 (如軟鋼 )和非導(dǎo)磁材料 (如黃銅、塑料等 )制成，規(guī)定前者編碼為“ 1”，后者編碼為“ 0”。接觸式刀具識別裝置結(jié)構(gòu)簡單，但由于使用中觸針有磨損，故壽 命較短，可靠性較差，且難于快速換刀。 (1)接觸式刀具識 別裝置 接觸式刀具識別裝置應(yīng)用廣泛，特別適應(yīng)于空間位置較小的刀具編碼，其原理如圖 2— 6 所示。不論刀具放入哪個地址，均可跟蹤記憶；利用刀庫上裝刀位置檢測裝置，可測得每一地址。只利用一種帶有編碼附件 (如鑰匙、卡片、編碼桿、編碼盤 )與刀具合在 — 起，這樣刀具就具有與編碼附件相同的編號。它還可直接在刀庫與刀具主軸之間進(jìn)行換刀而不致增加換刀時間。當(dāng)取出刀具時，鑰匙也隨之取出，刀座碼立即消失，調(diào)換鑰匙可任意改變刀具編碼，使用具有更大的靈活性。識別器可通過識別鑰匙上的號碼來選取該鑰匙旁邊刀座中的刀具；編碼鑰匙中除導(dǎo)向 凸起外，共右 16 個凸起和凹下的位置，故有 65535 凹凸組合，可區(qū)別 65535 把刀具。 ①刀座編碼式 這種編碼方式是對刀庫中的每個刀座都預(yù)先進(jìn) 11 行編碼，刀具也編號，并將與刀座編碼對應(yīng)的刀具一一放入指定的刀座中，根據(jù)刀座編碼選刀。每把刀具 (或刀座 )都編上代碼．自動換刀時，刀庫旋轉(zhuǎn)，每把刀具 (或刀座 )都經(jīng)過“刀具識別裝置”接受識別。即工藝相同的不同工序，也要重新安排刀具，故增加了刀具數(shù)量和刀庫容量。 圖 22 盤式刀庫 圖 23 鏈?zhǔn)降稁? 10 圖 24 格子箱式刀庫 圖 25 直線式刀庫 刀具的選擇方式 在自動換刀裝置換刀時，按數(shù)控裝置的刀具選擇指令，從刀庫中將所需要的刀具準(zhǔn)確地自動地選出，并轉(zhuǎn)換到取刀位置．稱為自動選刀。布局不靈活，通常刀庫安裝在工作臺上，應(yīng)用者較少。如圖 22 所示。所以說它是自動換刀裝置中主要部件之一。這些要求都與加工中心的性能息息相關(guān)。設(shè)計增加自動換刀裝置后的 LTCNC1000數(shù)控立式升降臺銑床的外觀圖如圖 21 所示。 重復(fù)定位精度 177。但是在實際操作中，調(diào)速不能有大起大落的突變，只能在允許的范圍內(nèi)調(diào)高或調(diào)低，只能在允許的范圍內(nèi)一般都設(shè)有自動拉、退刀裝置，能在數(shù)秒內(nèi)完成裝刀與卸刀，換刀 比較方便。 數(shù)控銑床的主軸開啟與停止，主軸正反轉(zhuǎn)與主軸變速等都可以按輸入介質(zhì)上編入的程序自動執(zhí)行。一般功能是指各類數(shù)控銑床普遍所具有的功能。目前小型數(shù)控銑床一般采用這種方式 。然而，目前市場上生產(chǎn)和銷售的都是以大、中型的加工中心為主，小型加工中心幾乎是空白，而機(jī)械加工業(yè)、小型模具的制造、工科院校、技工學(xué)校等對小型加工中心存在著大量的需求。如今，世界上出現(xiàn)了立式、臥式、龍門式、落地式等各種加工中心，據(jù)不完全統(tǒng)計，大約有 1000 多個品種規(guī)格。由于加工中心能集中完成多種工序，因而可減少工件裝夾、測量和調(diào)整時間，減少工件周轉(zhuǎn)、搬運存放時間，使機(jī)床的切削利用率高于通用機(jī)床 3倍～4 倍，所以說，加工中心不僅提高了工件的加工精度，而且是數(shù)控機(jī)床中生產(chǎn)率和自動化程度最高的綜合性機(jī)床。 作者簽名： 日期： 年 月 日 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、 使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。 作者簽名： 日 期： 學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨立進(jìn)行研究所取得的研究成果。 任務(wù)分配 總體方案設(shè)計： 傳動系統(tǒng)設(shè)計： 動力電機(jī)系統(tǒng)設(shè)計： 控制電路設(shè)計： 軟件編程： 電力供電系統(tǒng)： 附上整體效果圖【圖片】 畢業(yè)設(shè)計（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說明 原創(chuàng)性聲明 本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計（論文），是我個人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。 作 者 簽 名：