【正文】 ............................. 35 指令表 ......................................................................................... 36 課程設計心得 ......................................................................................... 37 附錄 1 ...................................................................................................... 38 附錄 2 ...................................................................................................... 39 附錄 3 ...................................................................................................... 40 參考文獻 ................................................................................................. 41 第 1章 緒論 設計背景 加工中心（ Machining Center,MC）是適應省力、省時和節(jié)能的時代要求而迅速發(fā)展起來的自動換刀數控機床，它是綜合了機 械技術、電子技術、計算機軟件技術、拖動技術、現代控制理論、測量及傳感技術以及通信診斷、刀具和編程技術的高科技產品。該產品出現后，銷路驚人，引起了日、德、美、英、法、意等先進工業(yè)國家的高度重視，競相開發(fā)生產，不斷擴大和完善機床的功能，成為數控機床中發(fā)展最快、需求量最大的商品之一。 隨著我國工業(yè)的不斷發(fā)展，推動了模具制造業(yè)、機械加工業(yè)的巨大發(fā)展，使得數控機床的使用越來越普遍，而加工中心更是以其高自動化程度得到廣泛應用。立式數控銑床一般為三坐標 （ X 、 Y 、 Z ）聯動 , 其各坐標的控制方式主要有以下兩種： 1 ）工作臺縱、橫向移 5 動并升降，主軸只完成主運動。 立式數控銑床的功能分為一般功能和特殊功能。如刀具長度補償功能、靠模加工功能、自動變換工作臺功能、自適應功能、 數控采集功能等。有的采用變頻器調整，將轉速分為幾檔，編程時可任選一檔，在運轉中可通過控制面板上的旋鈕，在本檔范圍內自由調節(jié)；有的則不分檔 ,編程時可在整個范圍內無級調速。 主要技術參數為： 工作范圍 X軸行程 1050mm Y軸行程 650mm Z軸行程 500mm 立柱最前端至主軸中心 650mm 工作臺加工面積（長 寬） 1400 320mm 工作臺承載重量 800kg 主軸最高轉速 8000rpm 快速進給速度 X 軸 5m/min 快速進給速度 Y 軸 5m/min 快速進給速度 Z 軸 5m/min 刀庫刀具數 20 把 定位精度 177。設計成由由盤式刀庫和回轉式雙臂機械手組成。由于加工中心上自動換刀次數比較頻繁，故對自動換刀裝置的技術要求十分嚴格．如要求定位精度高．動作平穩(wěn)，工作可靠以及精度保持性等。 8 表 21 加工中心上的換刀裝置 形式 類別 特點 應用范圍 轉塔式 垂直轉塔頭 1. 根據驅動方式不同，可分為順序選刀或任意選刀 2. 結構緊湊簡單 3. 容納刀具數目少 用于鉆削中心 水平轉塔頭 刀庫式 無機械手換刀 1. 利用刀庫運動與主軸直接換刀，省去機械手 2. 結構緊湊 3. 刀庫運動較多 小型加工中心 機械手換刀 1. 刀庫只做選刀運動，機械手換刀 2. 布局靈活，換刀速度快 各種加工中心 機械手和刀具運送器 1. 刀庫距機床主軸 較遠時，用刀具運送器將刀具送至機械手 2. 結構復雜 大型加工中心 成套更換方式 更換轉塔 1. 利用更換轉塔頭，增加換刀數目 2. 換刀時間基本不變 擴大加工工藝的鉆削中心 更換主軸箱 1. 利用更換主軸箱，擴大組合機床加工工藝范圍 2. 結構比較復雜 擴大柔性的組合機床 更換刀庫 1. 擴大加工工藝，更換刀庫，另有刀庫存儲器 2. 充分提高機床利用率和自動化程度 3. 擴大加工中心的加工工藝范圍 加工復雜零件，需刀具很多的加工中心 9 刀庫及刀具交換裝置 刀庫的功能是儲存加工工序所需的各種刀具，并按程序指令，把即將要用的刀具迅速、準確地 送到換刀位置，并接受從主軸送回的已用刀具。此換刀裝置的優(yōu)點是結構簡單，成本較低，換刀可靠性較好，缺點是換刀時間長，適用于刀庫容量較小的加工中心上采用。 格子箱式刀庫 結構緊湊，刀庫空間利用率高，換刀時間較長。如圖 25 所示。這種方法不需要刀具識別裝置，驅 動控制也較簡單，工作可靠，但刀具不能重復使用。 （ 2）任意選擇刀具方式 這種方法根據程序指令的要求任意選擇所需要的刀具，刀具在刀庫中不必按照工件的加工順序排列，可任意存放。相同的刀具可重復使用，故刀具數量比順序選擇法的刀具可少一些，刀庫也相應小一些。這樣就把鑰匙的號碼轉記到刀座中，給刀座編上了號碼。由于鑰匙上每個凸凹部分旁邊均有相應的碳刷，故可將鑰匙各個凸凹部分均識別出來，即識別出相應的刀具。避免了因刀具存放在刀庫中的順序差錯而造成的事故；同時也縮短了刀庫的運轉時間，簡化了自動換刀控制線路。刀庫的刀座與刀具均無需編碼。 ④計算機記憶式 高檔的數控加工中心，可將刀具號和刀庫上存刀地址對應地記憶在計算機存儲器內或可編程控制器內。 刀具 (刀座 )識別裝置 刀具 (刀座 )識別裝置是自動換刀系統中的重要組成部分，常用的有下列幾種。當各繼電器讀出的 數碼與所需刀具的編碼一致時，由控制裝置發(fā)出信號，使刀庫停轉，等待換刀。 ①非接觸式磁性識別法 磁性識別法是利用磁性材料和非磁性材料磁感應強弱不同，通過感應線圈讀取代碼。在檢測線圈 6 的一次線圈 5 中輸入交流電壓時，如編碼環(huán)為導磁材料，則磁感應較強，在二次線圈 7 中產生較大的感應電壓。 刀具編碼的識別裝置原理如圖 28 所示。每讀完一次編碼，延時清零電路經一定延時發(fā)出一次消零信號，使刀號寄存器清零復位，以便寄存下一個刀號。正當中的一小塊反光部分用來發(fā)出同步信號。因此，這種識別方法很有發(fā)展前途 。 圖 29 光學纖維刀具識別裝置 15 (3)利用 Pc 實現隨機換刀 隨著計算機技術的發(fā)展，利用軟件選刀以代替?zhèn)鹘y的編碼環(huán)和識刀器。這種方法主要由軟件完成選刀，從而消除了內于識刀裝置的穩(wěn)定性、可靠性所帶來的選刀失誤。為了使用方使．刀號也采用 BCD 碼編寫。由于刀號數據表實際上是刀庫中存放刀具位置的 一種映像，所以刀號表與刀庫中刀具的位置應始終保持一致。于是計數器的計數值始終在 1— 8 之間循環(huán)，而通過換刀位置時的計數值 (當前值 )總是指示刀庫的現在位置。 2 ） 工作臺縱、橫 向移動，主軸升降。識別刀具的 PC 程序流程團如圖 212 所示。 17 圖 212 識別刀具的 PC 程序流程框圖 刀具交換裝置 實現刀庫與機床主軸之間裝卸和傳遞刀具的裝置稱為刀具交換裝置。它適用采用 40 號以下刀柄的小型加工中心或換刀次數少的用重型刀具的重型機床。直線排列式刀庫可設在工作臺上方，也可設在工作臺的一端或兩端。 表 22 換刀機械手的結構及特點 類型 形式 應用 特點 單臂單手式 機械手作往復直線運動 用于刀具主軸與刀庫刀座軸線平行的場合 結構較簡單，換刀時間較長 機械手擺動，其軸線與刀具主軸平行 用于刀庫刀座軸線與主軸軸線平行的場合 機械手擺動，其軸線與刀具主軸垂直 用于刀庫刀座軸線與主軸軸線垂直的場合 單臂雙手式 固定雙手式 用于刀庫刀座軸線與主軸軸線平行的場合，廣泛用于加工中心 可同時抓住主軸和刀庫中的刀具，并進行拔出、插入，換刀時間短 可伸縮雙手式 剪式雙手式 雙手不成 180176。這種換刀系統多為中、小型加工中心采用。對機械手的具體要求是迅速可靠，準確協調。所以各種數控機床所使用的換刀機械手也不盡相同。 換刀機械手的工作原理 下面是以在 LTCNC1000 數控立式升降臺銑床的自動換刀裝置中采用這種上機械手換刀的工作原理。機械手臂形狀對稱。 回轉動作：液壓缸中的齒條輪通過齒輪帶動回轉軸轉動。碟形彈簧及拉桿、杠桿、活動爪來實現。 選刀即刀庫按照選刀命令（或信息）自動將要用的刀具移動到換刀位置，完成選刀過程，為下面換刀做好準備，換刀即是機械手把主軸上用過的刀具取下，將選好的刀具安裝在主軸之上。如 32（ a）所示。 兩手相互垂直的回轉式單臂雙手機械手 22 機械手回轉軸 4 上的齒輪齒條設計 1)回轉軸上齒輪采用漸開線標準直齒圓柱齒輪形式 2)取模數 M=。這種使主軸端在定位鍵停在固定位置的技術要求稱為主軸準停。 2)當初裝上換刀機械手后，必須進 行調試：用手動操縱主式調整換刀機械手相對于主軸的位置，使用調整心棒，有誤差時可調整機械手行程、刀庫位置、機械手支座、修正主軸坐標原點等。盤式刀庫結構簡單，應用較多。 刀庫負載扭矩F的計算 圓盤式刀庫負載扭矩 估算方法：這種刀庫的負載扭矩主要用來克服刀具質量的不平衡，估算按如下兩種情況進行：第一，用平均重量的刀具插滿圓盤的半個圓，如圖 41（ a）所示，根據工藝要求所需的各種刀具，確定每個刀具的（包括刀柄）平均重量CPW，而其重心則設定為離刀庫回轉中心 2/3 半徑處。 考慮到實際情況比計算時所設定的條件復雜，電動機額定轉矩ST應為負載扭矩DT的 ~ 倍。蝸桿材料選用 35CrMo，表面淬火硬度 45~55HRC,表面粗 糙度 Ra≤ m。 蝸輪齒形誤差1ff= 確定刀具的選擇方式 刀具的選擇方式為任意選擇方式中的計算機記憶式，可將刀具號和刀庫上存刀地址對應地記憶在計算機存儲器內或可編程控制器內。刀座的滾子在不旋轉的刀盤的槽中受到限位，刀盤在最下端的換刀位置開了一個缺口。使刀頭朝下。滾子銷退出支撐板的凹槽，刀座轉至垂直位置，等待機械手換刀。當刀具更換完畢，該刀座插入從主軸換下的刀具夾頭。 PLC 控制有以下優(yōu)點： 可靠性高 PLC 不需要大量的活動元件和連接電子元件，它的連線大大減少。采用了精簡化的編程語言，編程出錯率大大降低。 經過各方面分析比較，本課題采用三菱 FX2N 系列 PLC 作為控制器，并配有相應的 控制模塊，來實現整個機械手的控制功能。 (2)復位工作控制原理如下： ① 機械手首先上移，直到運動到最上端。 ② 運行到最左端后，機械手開始向下運動。 ⑥ 右移完成后，機械手開始右轉，直到右轉限位開關檢測到信號。 ⑩ 到達最上端后，機械手開始左轉，真到左轉限位開關檢測到信號，此時機械手已加到初始位置。重新啟動后，由于急停時機械手位置的不確定性，要進行復位工作?！扒Ю镏惺加谧阆隆保ㄟ^這次課程設計，學會腳踏實地地邁開這一步，就是為明天能穩(wěn)健地在社會大潮中奔跑打下堅實的基礎。在做本次課程設計的過程中，我感觸最深的當數查閱大量的設計手冊了。 然而，當我一著手清理自己的設計成果，漫漫回味這 2 周的心路歷程，一種少有的成功喜悅即刻使倦意頓消．雖然這是我剛學會走完的第一步，也是人生的一點小小的勝利，然而它令我感到自己成熟的許多 ， 另我有了一中 ”春眠不知曉 ”的感 悟 。 這次課程設計使我在工作作風上得到了一次難得的磨練 。本人完全意識到本聲明的法律結果由本人承擔。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體均 已在文中以明確方式標明。 （保密論文在解密后遵守此規(guī)定） 作者簽名 : 46 二〇 一 〇年 九 月二十 日 47 致 謝 時間飛逝，大學的學習生活很快就要過去，在這四年的學習生活中，收獲了很多，而這些成績的取得是和一直關心幫助我的人分不開的。經過這次畢業(yè)設計，我的能力有了很大的提高，比如操作能力、分析問題的能力、合作精神、嚴謹的工作作風等方方面面都有很大的進步。郭謙功老師淵博的知識、嚴謹的作風和誨人不倦的態(tài)度給我留下了深刻的印