【正文】 .............................................................................. 4 立式數(shù)控銑床 .................................................................................. 4 第 2 章 方案設(shè)計(jì) ..................................................................................... 6 課題內(nèi)容 .......................................................................................... 6 確定其自動換刀裝置的形式 ........................................................... 6 加工中心自動換刀裝置（ ATC）形式、特點(diǎn)及各自應(yīng)用范圍 .... 7 刀庫及刀具交換裝置 ....................................................................... 9 刀庫的形式 .................................................................................... 9 刀具的選擇方式 .......................................................................... 10 刀具 (刀座 )識別裝置 ................................................................... 12 刀具交換裝置 .............................................................................. 17 第 3 章 換刀機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ............................................................... 19 確定換刀機(jī)械手形式 ..................................................................... 19 換刀機(jī)械手的工作原理 ................................................................. 20 機(jī)械手的自動換刀過程的動作順序 ............................................. 20 兩手相互垂直的回轉(zhuǎn)式單臂雙手機(jī)械手 ..................................... 21 機(jī)械手回轉(zhuǎn)軸 4 上的齒輪齒條設(shè)計(jì) ............................................. 22 自動換刀裝置的相關(guān)技術(shù)要求 ..................................................... 22 主軸準(zhǔn)停裝置 .............................................................................. 22 換刀機(jī)械手的安裝與調(diào)試 .......................................................... 23 確定刀庫容量 ................................................................................. 23 確定刀庫形式 .............................................................................. 23 初步估計(jì)刀庫驅(qū)動轉(zhuǎn)矩及選定電機(jī) .......................................... 23 刀庫轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)的普通蝸輪蝸桿的相關(guān)設(shè)計(jì) .............................. 25 確定刀具的 選擇方式 .................................................................. 26 刀庫結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) .............................................................................. 26 第 4 章 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) ................................................................... 28 機(jī)械手控制系統(tǒng) PLC 的選擇 ........................................................ 28 機(jī)械手的 PLC 控制系統(tǒng)限位開關(guān)的布局示意圖 ........................ 29 機(jī)械手自動換刀系統(tǒng)的工作流程 ................................................. 29 機(jī)械手自動換刀系統(tǒng)的原理 ........................................................ 31 PLC 的硬件 I/O 接口原理圖 ......................................................... 32 自動換刀系統(tǒng) PLC 程序的設(shè)計(jì) .................................................... 32 編程軟件 ...................................................................................... 32 PLC 的控制流程圖 ...................................................................... 34 梯形圖 .......................................................................................... 35 指令表 ......................................................................................... 36 課程設(shè)計(jì)心得 ......................................................................................... 37 附錄 1 ...................................................................................................... 38 附錄 2 ...................................................................................................... 39 附錄 3 ...................................................................................................... 40 參考文獻(xiàn) ................................................................................................. 41 第 1章 緒論 設(shè)計(jì)背景 加工中心（ Machining Center,MC）是適應(yīng)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(shù)控機(jī)床，它是綜合了機(jī) 械技術(shù)、電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)、拖動技術(shù)、現(xiàn)代控制理論、測量及傳感技術(shù)以及通信診斷、刀具和編程技術(shù)的高科技產(chǎn)品。 作 者 簽 名： 日 期： 指導(dǎo)教師簽名： 日 期： 使用授權(quán)說明 本人完全了解 大學(xué)關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版本；學(xué)校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；學(xué)校可以采用影印、縮印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學(xué)?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉績?nèi)容 。 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(dú)立進(jìn)行研究所取得的研究成果。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(yùn)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。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。一般功能是指各類數(shù)控銑床普遍所具有的功能。但是在實(shí)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。設(shè)計(jì)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。所以說它是自動換刀裝置中主要部件之一。布局不靈活，通常刀庫安裝在工作臺上，應(yīng)用者較少。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。 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。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。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。 (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。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”。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。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(yùn)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。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。 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。 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。 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。 雙手式 雙手平行式 這種機(jī)械手還起運(yùn)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(yùn)動 19 第 3 章 換刀機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 數(shù)控機(jī)床的自動換刀裝置中 ,實(shí)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。 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。 該機(jī)械手安裝在主軸的左側(cè)面，隨同主軸箱一起 運(yùn)動。從而實(shí)現(xiàn)手臂正向和反向 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(diǎn)），同時實(shí)現(xiàn)“主軸準(zhǔn)?！薄３跞↓X數(shù) z=30 3)下表為齒輪幾何尺寸設(shè)計(jì)的基本參數(shù)： 名稱 代號 計(jì)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??? ?