【正文】 ，使用外驅(qū)動機械手完成刀具的夾緊、放松，系統(tǒng)配置擴展型鏈?zhǔn)降稁旌偷毒呓粨Q裝置，整機采用電磁機械傳動、 PLC 控制，換刀系統(tǒng)具有夾緊力大、夾緊力恒定 (可調(diào) )、自動復(fù)位以及各種自檢保護功能，同時具有占據(jù)空間小的特點。 2 換刀機械手與驅(qū)動裝置的研究 換刀機械手的主要任務(wù)是，完全模擬人手的換刀動作，給機床主軸與彈簧夾頭提供相對轉(zhuǎn)動實現(xiàn)夾緊、放松刀具的動作。國外最新研制的內(nèi)圓磨床上采用的彈簧夾頭自動換刀裝置售價昂貴。目前國內(nèi)外數(shù)控機床自動換刀系統(tǒng)中，刀具、輔具多采用錐柄結(jié)構(gòu)，刀柄與機床主軸的聯(lián)結(jié)、刀具的夾緊放松機構(gòu)及驅(qū)動方式幾乎都采用同一種結(jié)構(gòu)模式。刀庫結(jié)構(gòu)形式及刀具交換裝置的工作方式，則會影響機床的換刀效率。 介紹了自動換刀系統(tǒng)的意義、技術(shù)問題、前景。結(jié)構(gòu)簡單，性能可靠。刀具夾持元件的結(jié)構(gòu)特性及它與機床主軸的聯(lián)結(jié)方式，將直接影響機床的加工性能。 1983 年國際標(biāo)準(zhǔn)化組織制定了數(shù)控刀具錐柄的國際標(biāo)準(zhǔn)，自動換刀系統(tǒng)便形成了統(tǒng)一的結(jié)構(gòu)模式。如在 CNC 控制磨削球面銑刀的數(shù)控磨削機床上，直接由高速 第 2 頁 電機驅(qū)動主軸，使用小直徑盤形砂輪和指形砂輪加工球面銑刀，換刀空間很小，在這種條件下，將難以實現(xiàn)自動換 刀。因此要研究滿足以上要求的主軸軸端結(jié)構(gòu)形式。 本研究已取得了階段性成果，并獲得了國家專利。刀具軸線，刀盤軸線與主軸軸線平行；采用步進電機驅(qū)動，刀座編碼式選刀，刀盤旋轉(zhuǎn)采用槽輪式，氣壓推動刀盤移動； PLC 控制，實現(xiàn)自動換刀。 有根據(jù)另一種工藝統(tǒng)計，加工中等尺寸，一般復(fù)雜程度的工件，完成全部加工任務(wù) 第 5 頁 所需要的刀具種數(shù)，有 80%是在 10～ 40 種之間，只有極少數(shù)復(fù)雜零件所需要的刀具數(shù)在 200 把以上。圖示為圓銷 2剛進入槽輪徑向槽時的位置，此時鎖止弧也剛被松開。 、 氣壓回路 、 氣壓傳動的特點 優(yōu)點： 1） 以空氣為工作介質(zhì)，工作介質(zhì)獲得比較容易，用 后的空氣排到大氣中，處理方便，與液壓傳動相比不必設(shè)置回收的油箱和管道。 第 8 頁 2） 因工作壓力低（一般為 ），又因結(jié)構(gòu)尺寸不宜過大，總輸出力不宜大于 10～ 40kN。 3 空氣過濾器。 采用刀座編碼式選刀時，根據(jù)選刀指令所指定的刀庫刀座編碼，從刀庫中選取刀具；刀具還回刀庫時，必須還入其原來所占的刀座。 圖2. 7 刀 座編碼元件 刀座編碼元件的數(shù)量與安置，根據(jù)刀庫形式的不同可以有所不同。 第 13 頁 所以，控制步進脈沖信號的頻率，可以對電機精確調(diào)速；控制步進脈沖的個數(shù)，可以對電機精確定位目的。 2） 在運行性能上有差別，混合式電機運行時相對較平穩(wěn)，輸出力矩相對較大，運行聲音小。靜力矩選擇的依據(jù)是電機工作的負(fù)載，而負(fù)載可分為慣性負(fù)載和摩擦負(fù)載二種。如 并行運算、并行數(shù)據(jù)傳送、 BCD 碼的算術(shù)運算等； 7） 通信和聯(lián)網(wǎng) —— PLC 采用通信技術(shù)、進行遠程 I/O 控制和 PLC 之間的同位連接，以及與上位計算機進行上位連接，構(gòu)成一臺計算機與多臺 PLC 的“集中控制、分散控制”的分布控制網(wǎng)絡(luò)，以完成大規(guī)模的復(fù)雜控制； 8） 對控制系統(tǒng)進行監(jiān)控 —— 操作人員可以監(jiān)控有關(guān)部分的運行狀態(tài)，調(diào)速定時、記數(shù)等設(shè)定值； 9） 自診斷功能 —— PLC 可以在線診斷本系統(tǒng)的軟硬件狀況，診斷機器和生產(chǎn)過程的狀況。 5） 安裝簡單、維修方便 —— PLC 對現(xiàn)場環(huán)境要求不高，使用時只需將檢測器及直性設(shè)備與 PLC 的 I/O 子連接無誤，系統(tǒng)便可工作。如果有溢出不給信號，步進電機驅(qū)動器默認(rèn)為正轉(zhuǎn)。 電路部分包括刀座編碼的工作方式，步進電機驅(qū)動器的作用與連接， PLC 的主要功能及特點。 感謝我的學(xué)友和朋友們對我的關(guān)心和幫助。 我 能比較順利的完成設(shè)計任務(wù) ,要特別感謝我的指導(dǎo)教師 趙 老師給我們盡力找來我們所需要的所有資料，使我們的設(shè)計更加方便。 手動 旋轉(zhuǎn)手動、自動選擇按鈕，調(diào)至手動后，按鈕 X X X X10 分別控制刀庫右移、刀庫左移，刀庫正轉(zhuǎn)和刀庫反轉(zhuǎn)。 第 17 頁 3 程序編制 斗笠式刀庫控制流程圖 是 否 觸動 行程 開關(guān) ST1 延時 5 秒 否 是 開始 讀入當(dāng)前刀具號存放在 C11 中，輸入預(yù)選刀號存放在C112 中 C11C12 是否有為零 電磁鐵 YA1 通電，氣缸推動刀庫向主軸方向移動 電磁鐵 YA1 斷電氣缸停止運動。 2） 可與工業(yè)現(xiàn)場信號直接輸入輸出連接 —— PLC 最大的特點之一是針對不同的現(xiàn)場信號（如直流和交流，開關(guān)量與模擬量，電壓與電流，脈沖或電平，電或弱電等），有相應(yīng)的輸入輸出模件可與工業(yè)現(xiàn)場的器件（如按鈕、行程開關(guān)、傳感器及變換器、電磁閥、馬達啟動或控制閥等）直接連接，并通過數(shù)據(jù)總路線與處理器模件連接。 PLC 現(xiàn)已成為現(xiàn)代工業(yè)控制三大支柱（ PLC、 CAD/CAM、 ROBAT）之一，以其可靠性高、邏輯功能強、體積小、可在線修改控制程序、具有遠程通信聯(lián)網(wǎng)功能、易于與計算機接口、能對模擬量進行控制、具備高速記數(shù)等功能，日益取代由大量中間繼電器、時間繼電器、記數(shù)繼電器等組成的斷電 — 接觸控制系統(tǒng)，在機械、化工、石油、冶金、電力、輕工、電子、紡織、食品、交通等行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。 步距角的選擇 電機的步距角取決于負(fù)載精度的要求，將負(fù)載的最小分辨率（當(dāng)量）換算到電機軸上，每個當(dāng)量電機應(yīng)走多少角度（包括減速）。細分比不細分，輸出轉(zhuǎn)矩對各種電機都有不同程度的提升提高了電機的分辨率。但是每一排刀座鏈條均設(shè)有一分組編碼，這樣就可以識別 60 個刀座，既減少了編碼元件有簡化了識別控制裝置。由 第 12 頁 于這種方式結(jié)構(gòu)簡單，控制系統(tǒng)也不復(fù)雜，因此應(yīng)用較廣泛。 YA2 通電時氣缸左移退回。 、 氣缸的選擇 刀庫最大重量 120kg 滑塊、防塵罩、電機重量 10kg 刀庫移動速度 24m g D p? ??? （ 21） 23 .1 41 3 0 9 .8 1 0 .54 D? ? ? ? 其中工作 P— 工作壓力 ?— 效率 查表 取 ? =63mm 根據(jù) d/D= d= 取活塞桿 d=12mm 第 9 頁 表 圖 氣缸 、流量的計算與通經(jīng)的選擇 氣缸內(nèi)徑 D=63mm 額定速度 v=流量 V= 24D v? （ 22） 第 10 頁 V= 263 4 ? V= 2cm 根據(jù)表 查得，選通經(jīng) 10mm。 4） 工作環(huán)境適應(yīng)性好，特別在易燃、易爆、多塵埃、強磁、輻射、振動等惡劣工作環(huán)境中，比液壓、電子、電氣控制優(yōu)越。所以槽輪作時動時停的間歇運動。（如圖 ） （ 2） 按一定方位存放刀具。 用成組技術(shù)法 對 1500 種工件進行分組，并統(tǒng)計了各種切削加工所必需加工的刀具數(shù)之后，根據(jù)統(tǒng)計的結(jié)果，制成了圖 。在現(xiàn)有的各種類型的加工中心中，傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的自動換刀系統(tǒng)的造價在機床整機造價中總是占著很大比重，這是加工中心價格居高不下、應(yīng)用不普遍的重要原因。換刀機械手完全采用電磁機械傳動，以求最大限度地降低自動換刀系統(tǒng)的成本造價。在本項研究中要解決的主要問題有： 1. 研究適用于機床主軸結(jié)構(gòu)并能滿足自動換刀要求的高性能彈簧夾頭結(jié)構(gòu)模式 彈簧夾頭的結(jié)構(gòu)及其制造工藝的優(yōu)化程度直接影響著它的使用性能。據(jù)有關(guān)資料介紹，在刀具采用錐柄夾頭、側(cè)壓夾頭以及彈簧夾頭夾緊性能的對比實驗中，采用彈簧夾頭夾持刀具是唯一可同時獲得高的夾持剛度和振擺精度的理想元件。 1958 年美國 Kamp。 采用步進電機驅(qū)動刀庫轉(zhuǎn)位，重復(fù)定位精度高，通過驅(qū)動器控制步進電機。沈陽工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計論文 I 學(xué) 院： 繼續(xù)教育學(xué)院 專 業(yè) ： 機械設(shè)計制造及自動化 考 號： 學(xué) 生 姓 名： 張振華 指 導(dǎo)