【正文】 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。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。PLC之所以高速發(fā)展除了工業(yè)自動(dòng)化的客觀需求外，還有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。硬件配置確定后，可以通過(guò)修改用戶程序，方便快速地適應(yīng)工藝條件的變化。對(duì)于復(fù)雜的控制系統(tǒng)，設(shè)計(jì)梯形圖的時(shí)間比設(shè)計(jì)相同功能的繼電器控制系統(tǒng)電路圖的時(shí)間要少很多。數(shù)字量邏輯控制可以用于單臺(tái)設(shè)備，也可以用于自動(dòng)生產(chǎn)線，其應(yīng)用領(lǐng)域已遍及各行各業(yè)，甚至深入到家庭。這些數(shù)據(jù)可以與儲(chǔ)存在存儲(chǔ)器中的參考值進(jìn)行比較，也可以用通信功能傳送到別的智能裝置，或者將他們打印制表。PLC的性能主要包括CPU性能與I/O性能兩大方面。這樣，PLC與個(gè)人計(jì)算機(jī)，工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，集散控制系統(tǒng)在功能和應(yīng)用方面互相滲透，使控制系統(tǒng)的性能價(jià)格比不斷提高。第二章 機(jī)械手的自動(dòng)換刀裝置研究加工中心要完成對(duì)工件的多工序加工，必須要在加工過(guò)程中自動(dòng)更換刀具，為完成這項(xiàng)工作而設(shè)置的儲(chǔ)存及更換刀具的系統(tǒng)統(tǒng)稱為自動(dòng)換刀系統(tǒng)。刀庫(kù)中刀具的數(shù)目可根據(jù)工藝要求與機(jī)床的結(jié)構(gòu)布局而定，數(shù)量可較多?！白詣?dòng)換刀過(guò)程時(shí)間”包括下述動(dòng)作的時(shí)間：一個(gè)工序加工完畢后，刀具快速退離工件，從加工位置退到換刀位置（同時(shí)主軸準(zhǔn)停）；進(jìn)行新舊刀具的交換；然后松開(kāi)主軸（消除準(zhǔn)停）、變速、主軸啟動(dòng)旋轉(zhuǎn)并快速趨近加工位置，用更新的新刀具開(kāi)始下一工序的加工。圖2—2 方形鏈?zhǔn)降稁?kù)示意圖導(dǎo)向輪一般做成光輪，圓周表面硬化處理。刀位盤上的每個(gè)定位槽（或定位孔），對(duì)應(yīng)于一個(gè)相應(yīng)的刀套，而且定位槽（或定位孔）的節(jié)距要一致。 盤式刀庫(kù)在盤式刀庫(kù)結(jié)構(gòu)中，刀具可以沿主軸徑向、軸向、斜向安放，如圖2—3（a）、（b）、（c）。 （a） （b） （c）其他的刀庫(kù)形式還有格子盒式刀庫(kù)，由于篇幅的限制這里就不再詳細(xì)介紹了。之后有同時(shí)將刀具歸回刀庫(kù)及裝入主軸，是目前加工中心機(jī)床上最為常用的一種形式，換刀時(shí)間要比前兩種都短，如圖2—6所示：圖2—6 雙臂回轉(zhuǎn)式機(jī)械手這種機(jī)械手在有的設(shè)計(jì)中還采用了可伸縮的手臂，如圖2—7所示：圖2—7 雙臂回轉(zhuǎn)式機(jī)械手（手臂可伸縮式） 雙機(jī)械手這種機(jī)械手相當(dāng)與兩個(gè)單臂單爪機(jī)械手，相互配合起來(lái)進(jìn)行自動(dòng)換刀。自動(dòng)換刀裝置是指能夠自動(dòng)完成主軸與刀具儲(chǔ)存位置之間刀具交換的裝置。 ATC的組成 刀庫(kù)1. 刀庫(kù)的功能刀庫(kù)的作用是儲(chǔ)備一定數(shù)量的刀具，機(jī)械手實(shí)現(xiàn)主軸上刀具的互換。刀具編碼選刀方式采用了一種特殊的刀柄結(jié)構(gòu)，并對(duì)每把刀具編碼。刀庫(kù)的容量、旋轉(zhuǎn)速度、加/減速時(shí)間等均可在系統(tǒng)參數(shù)中設(shè)定，此種方式不受外界因素影響定位準(zhǔn)確、可靠但成本較高。2. 機(jī)械手的機(jī)械動(dòng)作機(jī)械動(dòng)作一般包含：拐臂旋轉(zhuǎn)、手臂伸縮、手臂180度旋轉(zhuǎn)、抓手的松緊。固定爪是指刀臂夾持部能吻合刀柄V形槽的半圓形部分，半圓形夾持部的一端或兩端有彈簧扣，即所謂單夾爪、雙夾爪：由兩個(gè)可張開(kāi)的夾指所組成即活動(dòng)爪，其夾緊力由彈簧產(chǎn)生的即彈簧爪，通常以直徑方式抓刀松刀；由液壓缸等動(dòng)力議案控制其張合的為動(dòng)力爪。其動(dòng)作過(guò)程簡(jiǎn)述如下（結(jié)合如下?lián)Q刀過(guò)程示意圖43）：刀套下轉(zhuǎn)90176。刀具位置交換如圖e所示，機(jī)械手逆時(shí)針轉(zhuǎn)180176。圖211 換刀過(guò)程示意圖第三章 可編程序控制器介紹 PLC的基本概念與基本結(jié)構(gòu) PLC的基本概念國(guó)際電工委員會(huì)在1985年的PLC標(biāo)準(zhǔn)草案第3稿中，對(duì)PLC作了如下定義：可編程序控制器是一種數(shù)字操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它的體積小，價(jià)格便宜，一般用來(lái)給小型PLC編程，或用于現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試和維護(hù)。外界的輸入電路閉合時(shí)，對(duì)應(yīng)地輸入過(guò)程映像寄存器為1狀態(tài)，梯形圖中對(duì)應(yīng)的輸入點(diǎn)的敞開(kāi)觸電接通，常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)。4. CPU自診斷測(cè)試自診斷測(cè)試包括定期檢查CPU模塊的操作和擴(kuò)展和擴(kuò)展模塊的狀態(tài)是否正常，將監(jiān)控定時(shí)器復(fù)位，以及完成一些別的內(nèi)部的工作。 PLC的編程語(yǔ)言與程序結(jié)構(gòu) PLC編程語(yǔ)言的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IEC（國(guó)際電工委員會(huì)）通于1994年5月公布了PLC標(biāo)準(zhǔn)（IEC61131），它由以下5部分組成：通用信息、設(shè)備與測(cè)試要求、編程語(yǔ)言、用戶指南和通信。標(biāo)準(zhǔn)中有兩種圖形語(yǔ)言——梯形圖和功能模塊圖，還有兩種文字語(yǔ)言——指令表和結(jié)構(gòu)文本，可以認(rèn)為順序功能圖是一種結(jié)構(gòu)塊控制程序流程圖。功能塊用來(lái)表示定時(shí)器、計(jì)數(shù)器或者數(shù)學(xué)運(yùn)算器等指令。 PLC的程序結(jié)構(gòu)以西門子S7200為例，S7200 CPU的控制程序由主程序、子程序和中斷程序組成。使用子程序可以簡(jiǎn)化程序代碼和減少掃描周期時(shí)間。這種換刀方式在新刀取出后，刀具不需轉(zhuǎn)動(dòng)，可立即隨機(jī)存入原先使用的刀具，即換刀、存刀一次完成，縮短了換刀時(shí)間。刀庫(kù)進(jìn)入換刀位置。主軸松刀。根據(jù)加工要求，自動(dòng)將指定的刀具轉(zhuǎn)至換刀位置；刀庫(kù)盤上共有10刀具供選；為提高換刀效率，要求換刀時(shí)按最小旋轉(zhuǎn)角（小于等于180176。1）跟具加工的要求，刀庫(kù)應(yīng)該能夠自動(dòng)地將指定刀具轉(zhuǎn)至目標(biāo)換刀位置。自動(dòng)換刀定位控制的梯形圖如圖43所示PPMOV_WEN ENOIN OUTVW12+1SUB_IEN ENOIN1IN2 OUTVW12VW10VW14ADD_IEN ENOIN1IN2 OUT+10VW14VW14VW14 1+0 VW14= 1+5SUB_IEN ENOIN1IN2 OUT+20VW14VW14VW10==1VW12VW10==1+11VW14 =1+2VW14 1+5PTNC_WEN ENOIN OUTVW10VW10MOV_WEN ENOIN OUTVW10+10VW10==1+0MOV_WEN ENOIN OUTVW10+1DEC_WEN ENOIN OUTVW14VW14第五章 液壓傳動(dòng)部分的設(shè)計(jì)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)包括控制執(zhí)行元件運(yùn)動(dòng)速度的速度控制回路，控制液壓整個(gè)系統(tǒng)的壓力控制回路，控制執(zhí)行元件運(yùn)動(dòng)的換向回路。所以選擇液壓泵就必須根據(jù)主機(jī)的工況、功率大小和系統(tǒng)對(duì)工作性能的要求。 液壓系統(tǒng)回路圖 1 油箱,2 濾油器,112 單向閥? 總結(jié) 光陰荏苒，轉(zhuǎn)眼間四年的大學(xué)就要結(jié)束了。剛拿到題目對(duì)于刀庫(kù)換刀不是很了解，通過(guò)查閱資料對(duì)于自動(dòng)換刀有了初步的了解。在自己冥思苦想而不得法，后來(lái)去學(xué)校圖書(shū)館查找有關(guān)書(shū)籍。但是在實(shí)際生產(chǎn)中情況卻遠(yuǎn)要復(fù)雜得多。 Manufacture 1999 , (39) :273～295.[ 18] , . A pneumatic2mechanicallinkage mechanism for toolhandling for an N. C. machine [A] .Proceedings of the Sixth World Congress on Theory of Machinesand Mechenisms[C] . 1983.[19 ] RIVINE，AGAPIOUJ，[J]同時(shí)，本篇畢業(yè)論文的寫(xiě)作也得到了許多同學(xué)的熱情幫助。而實(shí)際操作卻是比理論更復(fù)雜的，因?yàn)樵趯?shí)際操作過(guò)程中會(huì)遇到許許多多人為因素和社會(huì)因素。課程設(shè)計(jì)是讓我對(duì)于課題不斷深入了解，進(jìn)行自主的學(xué)習(xí)掌握知識(shí)。 本次設(shè)計(jì)的題目是加工中心自動(dòng)換刀裝置的設(shè)計(jì)。這就需要在液壓傳動(dòng)設(shè)計(jì)中必須考慮如何提高效率。但是在現(xiàn)液壓傳動(dòng)中，能量損失較大,使得液壓系統(tǒng)溫度升高，影響液壓元件使用壽命和系統(tǒng)工作的可靠性，所以首先應(yīng)該考慮提高效率。差值內(nèi)存差值大于10設(shè)反轉(zhuǎn)輸出標(biāo)志Y 停車減速 正轉(zhuǎn)K反轉(zhuǎn) 圖44 PLC硬件接線圖 PLC接受數(shù)控系統(tǒng)的T指令，經(jīng)譯碼后將設(shè)定值送VW012。當(dāng)前刀號(hào)加，當(dāng)前值VW10內(nèi)存，若當(dāng)值VW10等于0，一號(hào)刀作為當(dāng)前值VW10內(nèi)存；若當(dāng)前值VW10不等于0，用差值VW14減1，差值VW14內(nèi)存；，當(dāng)前號(hào)減，當(dāng)前值VW10內(nèi)存，若當(dāng)前值VW10等于,10號(hào)刀作為當(dāng)前值VW10內(nèi)存，若當(dāng)前值VW10不等于0，則用差值VW14減1，差值VW14內(nèi)存。編程的刀具應(yīng)生效，以便系統(tǒng)檢測(cè)加上刀具參數(shù)后有無(wú)超出軟限位，記錄進(jìn)入程序測(cè)試時(shí)，主軸上的刀具號(hào)，在程序測(cè)試結(jié)束后的第一次換刀時(shí)，恢復(fù)原主軸的刀具號(hào)。還刀的基本過(guò)程：Z軸進(jìn)入換刀準(zhǔn)備位置。取刀的基本過(guò)程：刀庫(kù)將目標(biāo)刀具按就近原則轉(zhuǎn)到換到位置。因?yàn)椴荒茴A(yù)知何時(shí)會(huì)出現(xiàn)中斷事件，所以不允許中斷程序改寫(xiě)可能在其他程序中使用的存儲(chǔ)器。2. 子程序子程序可逆的，僅在被其他程序調(diào)用時(shí)執(zhí)行。5. 結(jié)構(gòu)文本結(jié)構(gòu)文本是為IE611313標(biāo)準(zhǔn)創(chuàng)建的一種專用的高級(jí)編程語(yǔ)言。觸點(diǎn)代表邏輯輸入條件，例如外部的開(kāi)關(guān)按鈕等。4） 指令表（Instruction List，IL）。7. 立即I/O處理在程序執(zhí)行過(guò)程中使用立即I/O指令可以直接存取I/O點(diǎn)，用立即I/O指令讀輸入點(diǎn)的值時(shí)，相應(yīng)的輸入過(guò)程映像寄存器的值未被更新。（2）用戶程序讀寫(xiě)I/O映像寄存器比讀寫(xiě)I/O點(diǎn)快得多，這樣可以提高程序的執(zhí)行速度。1. 讀取輸入在PLC的存儲(chǔ)器中，設(shè)置了一片區(qū)域存放輸入信號(hào)和輸出信號(hào)的狀態(tài)，它們分別稱為輸入過(guò)程映像寄存器和輸出過(guò)程映像寄存器。3. 編程器編程器用來(lái)生成用戶程序，并用它來(lái)編輯、檢查、修改用戶程序，監(jiān)視用戶程序的執(zhí)行情況。刀套帶著換回的舊刀具向上翻轉(zhuǎn)90176。兩手爪分別抓住刀庫(kù)上和主軸上的刀柄。因此，在選定機(jī)床后，選擇刀柄之前必須了解該機(jī)床主軸用的規(guī)格，機(jī)械手夾持尺寸及刀柄的實(shí)際尺寸。（3）機(jī)械手由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，定位精度高，換刀快速穩(wěn)定，但成本較高。（3）刀庫(kù)由交流異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)凸輪機(jī)構(gòu)（馬氏）機(jī)構(gòu)，用接近開(kāi)關(guān)計(jì)數(shù)，這種方式運(yùn)行穩(wěn)定，定位準(zhǔn)確可靠，一般與凸輪機(jī)械手配合使用，換刀速度快，定位準(zhǔn)確。4. 刀庫(kù)的控制方式（1）刀庫(kù)作為系統(tǒng)的定位軸來(lái)控制。（2）任意選擇 目前大多數(shù)的數(shù)控系統(tǒng)都采用任意選刀的方式，其分為刀套編碼、刀具編碼和記憶式等三種。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。故我們采用手臂可伸縮式的雙臂回轉(zhuǎn)式機(jī)械手。如圖2—4所示：圖2—4 單臂單爪回轉(zhuǎn)式機(jī)械手 單臂雙爪回轉(zhuǎn)式機(jī)械手圖2—5 單臂雙爪回轉(zhuǎn)式機(jī)械手這種機(jī)械手的手臂上有兩個(gè)卡爪，兩個(gè)卡爪有所分工，一個(gè)卡爪只執(zhí)行從主軸上取下“舊刀”送回刀庫(kù)的任務(wù)，另一個(gè)卡爪則執(zhí)行由刀庫(kù)取出“新刀”送到主軸的任務(wù)，其換刀時(shí)間較上述單爪回轉(zhuǎn)式機(jī)械手要短，如圖2—5所示。這種盤式刀庫(kù)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，應(yīng)用較多，適用于刀庫(kù)容量較小的情況。一般適用于刀具數(shù)在30～120把的刀庫(kù)。因此，刀套的準(zhǔn)停問(wèn)題將是影響換刀動(dòng)作可靠性的重要因素之一。主動(dòng)鏈輪由伺服電動(dòng)機(jī)通過(guò)蝸輪減速裝置驅(qū)動(dòng)（根據(jù)需要，還可以經(jīng)過(guò)齒輪副傳動(dòng)）。采用這種自動(dòng)換刀方式的刀具主軸或刀架，需要自動(dòng)夾緊、放松刀具的機(jī)構(gòu)及其驅(qū)動(dòng)傳力機(jī)構(gòu)。當(dāng)需要某一刀具進(jìn)行切削加工時(shí)，將該刀具自動(dòng)地從刀庫(kù)轉(zhuǎn)置至機(jī)床主軸或刀架中；在切削完畢后，