【文章內(nèi)容簡介】 位塊進行快速定位。刀位盤上的每個定位槽（或定位孔），對應(yīng)于一個相應(yīng)的刀套，而且定位槽（或定位孔）的節(jié)距要一致。這種準停方式的優(yōu)點是能有效地消除傳動鏈反向間隙的影響，保護傳動鏈，使其免受換刀撞擊力，驅(qū)動電動機可不用制動自鎖裝置。（2）鏈式刀庫要選用節(jié)距精確度較高的套筒滾子鏈和鏈輪，而且在把套筒裝在鏈條上時，要用專用夾具來定位，以保證刀套節(jié)距一致。（3）傳動時要消除傳動間隙。消除反向間隙方法有以下幾種：電氣系統(tǒng)自動補償方式，在鏈輪軸上安裝編碼器，單頭雙導(dǎo)程蝸桿傳動方式，使刀套單方向運行、單方向定位以及使刀套雙向運行、單向定位方式等。鏈式刀庫有如下特點：適用于刀庫容量較大的場合，所占的空間小。一般適用于刀具數(shù)在30～120把的刀庫。僅增加鏈條長度即可增加刀具數(shù)，可以不增加圓周速度，其轉(zhuǎn)動慣量不像盤式刀庫增加的那樣大。 盤式刀庫在盤式刀庫結(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）。刀具軸向安裝的結(jié)構(gòu)最為緊湊，但為了換刀時刀具與主軸同向，有的刀庫中的刀具需要在換刀位置作翻轉(zhuǎn)。在刀庫容量較大時，為在存取方便的同時保持結(jié)構(gòu)緊湊，可采取彈倉式結(jié)構(gòu)，但是較其他形式復(fù)雜。目前大量的刀庫安裝在機床立柱的頂面或側(cè)面。在刀庫容量較大時，也有安裝在單獨的地基上的，以隔離刀庫轉(zhuǎn)動造成的振動。盤式刀庫的刀具軸線也圓盤軸線平行，刀具環(huán)形排列，分徑向、軸向兩種取刀方式，其刀座結(jié)構(gòu)不同。這種盤式刀庫結(jié)構(gòu)簡單，應(yīng)用較多，適用于刀庫容量較小的情況。為增加刀庫空間利用率，可采用雙環(huán)或多環(huán)排列刀具的形式，但圓盤直徑增大，轉(zhuǎn)動慣量就增加，選刀時間也較長。 （a） （b） （c）其他的刀庫形式還有格子盒式刀庫，由于篇幅的限制這里就不再詳細介紹了。經(jīng)過對上述兩種刀庫形式的比較，以及結(jié)合的實際情況，在本設(shè)計中采用盤式刀庫這種結(jié)構(gòu)。 換刀機械手介紹采用機械手進行刀具交換的方式應(yīng)用的最為廣泛，這是因為機械手換刀有很大的靈活性，而且可以減少換刀時間。加工中心換刀機械手的種類繁多，可以說每個廠家都推出自己的獨特的換刀機械手，在加工中心的自動換刀系統(tǒng)中，是機械手具體執(zhí)行刀具的自動更換，對其要求是迅速可靠、準確協(xié)調(diào)。由于加工中心機床的刀庫和主軸，其相對位置距離不同，相應(yīng)的換刀機械手的運動過程也不盡相同，它們由各種形式的機械手來完成。 單臂單爪回轉(zhuǎn)式機械手機械手擺動的軸線與刀具主軸平行，機械手的手臂可以回轉(zhuǎn)不同的角度來進行自動換刀，換刀具的所花費的時間長，用于刀庫換刀位置的刀座的軸線相平行的場合。如圖2—4所示：圖2—4 單臂單爪回轉(zhuǎn)式機械手 單臂雙爪回轉(zhuǎn)式機械手圖2—5 單臂雙爪回轉(zhuǎn)式機械手這種機械手的手臂上有兩個卡爪，兩個卡爪有所分工，一個卡爪只執(zhí)行從主軸上取下“舊刀”送回刀庫的任務(wù)，另一個卡爪則執(zhí)行由刀庫取出“新刀”送到主軸的任務(wù)，其換刀時間較上述單爪回轉(zhuǎn)式機械手要短，如圖2—5所示。 雙臂回轉(zhuǎn)式機械手這種機械手的兩臂各有一個卡爪，可同時抓取刀庫及主軸上的刀具，在回轉(zhuǎn)180176。之后有同時將刀具歸回刀庫及裝入主軸，是目前加工中心機床上最為常用的一種形式，換刀時間要比前兩種都短，如圖2—6所示：圖2—6 雙臂回轉(zhuǎn)式機械手這種機械手在有的設(shè)計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)式機械手（手臂可伸縮式） 雙機械手這種機械手相當(dāng)與兩個單臂單爪機械手，相互配合起來進行自動換刀。其中一個機械手執(zhí)行拔“舊刀”歸回刀庫，另一個機械手執(zhí)行從刀庫取“新刀”插入機床主軸上，如圖2—8所示：圖2—8 雙機械手 雙臂往復(fù)交叉式機械手這種機械手兩臂可往復(fù)運動，并交叉成一定角度。兩個手臂分別稱作裝刀手和卸刀手。卸刀手完成往主軸上取下“舊刀”歸回刀庫，裝刀機械手執(zhí)行從刀庫取出“新刀”裝入主軸。整個機械手可沿導(dǎo)軌或絲杠作直線移動或繞某個轉(zhuǎn)軸回轉(zhuǎn)，以實現(xiàn)刀庫與主軸之間的運送刀具工作，如圖2—9所示：圖2—9 雙臂往復(fù)交叉式機械手 雙臂端面夾緊式機械手這種機械手只是在夾緊部位上和前幾種不同，上述幾種機械手均靠夾緊刀柄的外圓表面來抓住刀具，而此種機械手則是夾緊刀柄的兩個端面，如圖2—10所示：圖2—10 雙臂端面夾緊式機械手由于雙臂回轉(zhuǎn)式機械手的動作比較簡單，而且能夠同時抓取和裝卸機床主軸和刀庫上的刀具，換刀時間較短，故我們選用雙臂回轉(zhuǎn)式機械手。如果我們采用不能伸縮的機械手，由于機械手回轉(zhuǎn)時其手部回轉(zhuǎn)半徑較大，如刀庫中刀具排得較密，可能碰撞刀具，且用這種類型的機械手直接在刀庫與主軸之間換刀，只宜采用順序換刀或刀具編碼式任意選刀，不然，換刀時間將增加。故我們采用手臂可伸縮式的雙臂回轉(zhuǎn)式機械手。 ATC的作用加工中心與一般數(shù)控機床的顯著區(qū)別是具有對零件進行多工序加工的能力，即能在一次裝夾中自動完成銑、鏜、擴、攻螺紋和內(nèi)槽加工等，其之所以有這種加工能力就是因為它有一套自動換刀裝置。自動換刀裝置是指能夠自動完成主軸與刀具儲存位置之間刀具交換的裝置。ATC的主要組成部分是刀庫、機械手和驅(qū)動裝置。刀庫的功能是存儲刀具并把下一把即將要用的刀具準確地送到換刀位置。供換刀機械手完成新舊刀具的交換。當(dāng)?shù)稁烊萘看髸r，常遠離主軸配置且整體移動不易，這就需要在主軸和刀庫之間配置換刀機構(gòu)來執(zhí)行換刀動作。 完成此功能的機構(gòu)包括送刀臂、擺刀站、和換刀臂，總稱為機械手。具體來說，它的功能是完成刀具的裝卸和在主軸頭與刀庫之間的傳遞。驅(qū)動裝置則是使刀庫和機械手實現(xiàn)其功能的裝置，一般由步進電機或液壓（或氣液機構(gòu)）或凸輪機構(gòu)組成。 ATC的組成 刀庫1. 刀庫的功能刀庫的作用是儲備一定數(shù)量的刀具，機械手實現(xiàn)主軸上刀具的互換。刀具的類型有盤式刀庫、鏈式刀庫等多種形式，刀庫的形式和容量要根據(jù)機床的工藝范圍來確定。2. 刀庫的容量刀庫的容量首先要考慮加工工藝的需要，從使用角度出發(fā)，一般為10~40把刀，刀庫的利用率會高，而結(jié)構(gòu)比較緊湊。3. 刀具的選擇方式（1）順序選擇 將刀具按加工工序的順序，一次放人刀庫的每一個刀座內(nèi)。每次換刀時，刀庫順序轉(zhuǎn)動一個刀座位置，并取出所需要的刀具，已經(jīng)使用過的刀具可以放回原來的刀座內(nèi)，也可以順序放入下一個刀座內(nèi)。但由于刀庫中刀具在不同的工序中不能重復(fù)使用，必須增加刀庫的容量，降低了利用率。（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。刀具編碼或到套編碼需要在刀具或到套上安裝用于識別的編碼條，一般都是根據(jù)二進制編碼的原理進行編碼。刀具編碼選刀方式采用了一種特殊的刀柄結(jié)構(gòu)，并對每把刀具編碼。每把刀具都有自己的代碼，因而刀具可在不同的工序中多次重復(fù)使用，換下的刀具不用放回原刀座，刀庫的容量也可相應(yīng)減少。采用記憶式選刀，這種方式能將道具號和倒庫中的刀套位置對應(yīng)地記憶在數(shù)控系統(tǒng)的PLC中，無論刀具放在哪個刀套內(nèi)，刀具信息都始終據(jù)存在PLC內(nèi)。刀庫上裝有位置檢測裝置，可獲得每個刀套的位置。這樣刀具就可以任意取出并送回。刀庫上還沒有機械遠點，使每次選刀時就近選取。4. 刀庫的控制方式（1）刀庫作為系統(tǒng)的定位軸來控制。在梯形圖中根據(jù)指令的T瑪進行運算比較厚輸出角度和速度指令到考庫伺服驅(qū)動刀庫伺服電機。刀庫的容量、旋轉(zhuǎn)速度、加/減速時間等均可在系統(tǒng)參數(shù)中設(shè)定，此種方式不受外界因素影響定位準確、可靠但成本較高。（2）刀庫由液壓馬達驅(qū)動，有快/慢速之分，用接近開關(guān)計數(shù)并定位。在梯形圖中比較系統(tǒng)存儲的當(dāng)前刀號（主軸上的刀）和目標刀號（預(yù)選刀）并運算，再輸出旋轉(zhuǎn)指令，同時判斷按最短路徑旋轉(zhuǎn)到位。這種方式需要足夠的液壓動力和電磁閥刀庫旋轉(zhuǎn)速度可通過節(jié)流閥調(diào)整。但使用一段時間后可能胡因為油質(zhì)、油壓、油溫及環(huán)境因素的變化而影響運動速度和準確性。一般用于不需頻繁換刀的大中型機床。（3）刀庫由交流異步電動機驅(qū)動凸輪機構(gòu)（馬氏）機構(gòu)，用接近開關(guān)計數(shù)，這種方式運行穩(wěn)定，定位準確可靠，一般與凸輪機械手配合使用，換刀速度快，定位準確。 機械手1. 機械手的功能機械手是執(zhí)行刀庫和主軸之間換刀動作的裝置。2. 機械手的機械動作機械動作一般包含：拐臂旋轉(zhuǎn)、手臂伸縮、手臂180度旋轉(zhuǎn)、抓手的松緊。3. 機械手的驅(qū)動與控制方式:（1）機械手用液壓驅(qū)動，靠接近開關(guān)檢測位置。如收的平移/爪刀/換刀/插刀等動作分別有不同的電磁閥驅(qū)動；但這種方式傳動機構(gòu)較多，且收液壓系統(tǒng)穩(wěn)定性檢測元件靈敏度等外界因素的影響。常用于不需頻繁換刀的大型臥式加工中心。（2）機械手由交流異步電動機帶動凸輪機構(gòu)旋轉(zhuǎn)，整個換刀過程機械手僅在主軸送/拉到是啟動/停止3次，整個換刀動作連貫穩(wěn)定，運行可靠，換刀時間一般在2s左右。但對主軸拉松刀及爪刀位置的準確性要求較高，常用于需頻繁換刀的中小型加工中心。（3）機械手由伺服電機驅(qū)動，定位精度高，換刀快速穩(wěn)定，但成本較高。 夾抓類型根據(jù)爪刀柄在換刀機構(gòu)刀臂上的夾持方式可分為固定爪、活動爪、單夾爪、雙夾爪、彈簧爪、動力爪等類。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：由兩個可張開的夾指所組成即活動爪，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；由液壓缸等動力議案控制其張合的為動力爪。 刀柄自動換刀裝置的工作質(zhì)量表現(xiàn)為換到時間和故障率，刀柄的選擇直接影響到機床的開動率和設(shè)備的投資大小，因此對刀柄的選擇十分重要。采用標準刀柄，標準刀柄與機床主軸連接的結(jié)合面試7:24錐面。刀面有多種規(guī)格，常用的有ISO標準的40號、45號、50號，個別的還有35號和30號。另外還必須考慮換刀機械手尺寸的要求和主軸上拉緊刀柄的拉釘尺寸要求。目前國內(nèi)機床上使用的刀柄規(guī)格很多，而且使用標準有美國的、德國的、日本的。因此，在選定機床后，選擇刀柄之前必須了解該機床主軸用的規(guī)格，機械手夾持尺寸及刀柄的實際尺寸。機械手將刀具從刀庫中取出送至機床主軸上，然后將用過的舊刀送回刀庫。其動作過程簡述如下（結(jié)合如下?lián)Q刀過程示意圖43）：刀套下轉(zhuǎn)90176。如上圖a所示刀庫位于立柱左側(cè)，刀具軸線在刀庫中的安裝方向與主軸垂直。換刀前，刀庫將待換刀具送到換刀位置，然后刀套連同刀具翻轉(zhuǎn)90176。，使刀具軸線與主軸軸線平行，如圖b所示。機械手轉(zhuǎn)75176。如圖c所示，換刀機械手逆時針旋轉(zhuǎn)75176。，兩手爪分別抓住刀庫上和主軸上的刀柄。機械手拔刀待主軸上自動夾緊機構(gòu)松開刀具后，機械手下降，同時拔出主軸上和刀庫上的刀具，如圖d所示。刀具位置交換如圖e所示，機械手逆時針轉(zhuǎn)180176。，使主軸刀具與刀庫刀具交換位置。機械手插刀機械手上升，分別將刀具插入主軸錐孔和刀庫刀套中,如圖f所示。機械手順時針轉(zhuǎn)75176。如圖g所示,待主軸上自動夾緊機構(gòu)夾緊刀具后，機械手順時針轉(zhuǎn)75176。，回到原始位置。刀套帶著換回的舊刀具向上翻轉(zhuǎn)90176。，準備下一次選刀,如圖h所示。圖211 換刀過程示意圖第三章 可編程序控制器介紹 PLC的基本概念與基本結(jié)構(gòu) PLC的基本概念國際電工委員會在1985年的PLC標準草案第3稿中，對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。它采用可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并通過數(shù)字式、模擬式的輸入輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P(guān)的設(shè)備，都應(yīng)按易于使工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴充其功能的原則設(shè)計。 PLC的基本結(jié)構(gòu)1. CPU模塊CPU模塊主要由微處理器（CPU芯片）和存儲器組成。在PLC控制系統(tǒng)中，CPU模塊相當(dāng)于人的心臟和大腦，它不斷地采集輸入信號，執(zhí)行用戶程序，刷新系統(tǒng)的輸出；存儲器用來儲存程序和數(shù)據(jù)。2. I/O模塊輸入模塊和輸出模塊簡稱為I/O模塊，它們相當(dāng)于人的眼、耳、手、腳，是聯(lián)系外部現(xiàn)場設(shè)備和CPU模塊的橋梁。3. 編程器編程器用來生成用戶程序，并用它來編輯、檢查、修改用戶程序，監(jiān)視用戶程序的執(zhí)行情況。手持式編程器