【正文】 00891988。蝸桿材料選用 35CrMo，表面淬火硬度 45~55HRC,表面粗糙度 Ra≤ m。蝸輪材料選用 ZCuAl10Fe3，表面淬火硬度45~55HRC,表面粗糙度 Ra≤ m。 蝸輪蝸桿其他計算參數(shù)： 蝸桿導 程角 r=arctan111 ??? 蝸桿齒形角為 20176。 蝸桿軸向齒距積累誤差pxLf= 蝸桿軸向齒距極限偏差px=177。 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。不論刀具放入那個地址，均可跟蹤記憶；利用刀庫上裝刀位置檢測裝置，可測得每一地址。這樣刀具可以任意存取，無需編碼元件，這種刀具任選方式使換刀控制大為簡化。 刀庫結構設計 圓盤式刀庫由 專用的交流伺服電機 14 經(jīng)撓性聯(lián)軸器 1蝸桿 2蝸輪 25，帶動刀盤和盤上的 20 個刀套旋轉，如圖 34 所示。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。刀座以鉸鏈形式與支撐板相連。平時，由彈簧將滾子銷壓在刀套的凹槽中，使刀座定位在水平位置。由于主軸是立式的，故應將處于刀庫刀盤最下位置的刀套旋轉 90176。，使刀頭朝下。實現(xiàn)這個動作靠氣缸 28。氣缸 28 的活塞桿帶動撥叉 59 上升，由剖視圖中可以看到，最下面的一個刀套右尾部的滾子正好進入撥叉 59 的缺口。撥叉上升使刀套連同刀具逆時針方向旋轉 90176。，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。 刀套的構造錐孔尾部有兩個球頭銷釘，后有彈簧用以夾住刀具， 25 故當?shù)短仔D 90176。后刀具不會下落。刀套頂部的滾子用以在刀套處于水平位置時支撐刀套。當?shù)毒吒鼡Q完畢，該刀座插入從主軸換下的刀具夾頭。通過氣缸作用，與上述動作相反，刀座帶動刀具夾頭順時針轉動，直到水平位置為止，此時滾子銷重新處于支撐板的凹槽中。 圖 34 刀套結構圖 26 第 4 章 PLC 控制系統(tǒng)設計 機械手控制系統(tǒng) PLC 的選擇 在系統(tǒng)控制器的選擇上可以有多種方案，目 前在機電一體化設計中主要有三種：單片機、工業(yè)控制計算機、可編程控制器（ PLC）。隨著計算機系統(tǒng)的不斷發(fā)展， PLC 控制系統(tǒng)得到了廣泛的應用。 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。與此同時，系統(tǒng)的維修簡單，維修時間短，采用了一系列可靠性設計的方法進行設計，如：冗余的設計、斷電保護、故障診斷和信息保護及恢復等。 易操作性 PLC 有較高的易操作性，它具有編程簡單，操作方便，維修容易等特點，一般不容易發(fā)生操作的錯誤。 PLC 是為工業(yè)生產(chǎn)過程控制而專門 設計的控制裝置，它具有比通用計算機控制更簡單的編程語言和更可靠的硬件。采用了精簡化的編程語言，編程出錯率大大降低。 靈活性 PLC 采用的編程語言有梯形圖、布爾助記符、功能圖、功能模塊和語句描述編程語言。編程方法的多樣性使編程簡單、應用而拓展。操作十分靈活方便，監(jiān)視和控制變量十分容易。 經(jīng)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(xiàn)整個機械手的控制功能。 27 機械手的 PLC 控制系統(tǒng)限位開關的布局示意圖 圖 41 限位開關的布局示意圖 機械手自動換 刀系統(tǒng)的工作流程 機械手移動刀具的單個工作流程由復位到初始位置、將機械手移動到刀庫處、夾緊刀具、將刀具移動到目標位置、放下刀具和移動到初始位置 6 個過程組成。機械手移動刀具通過 PLC 平控制，可以實現(xiàn)這 6 個過程全自動依次運行。如下圖所示單個工作流程示意圖： 28 圖 42 自動控制原理圖 29 機械手自動換刀系統(tǒng)的原理 該控制系統(tǒng)的基本控制原理如下： (1)按下啟動按鈕，系統(tǒng)進行自檢查機械是否在初始位置，不是的話先進行復位工作，然后進行正式工作。 (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 上移后，機械手開始右移。 ③ 右移完成后，機械手開始左轉，至此，復位工作完成。 (3)正式工作控制原理如下： ① 機械手開始左移，一直運動到最左端。 ② 運行到最左端后，機械手開始向下運動。 ③ 到達最下端后，機械手開始夾緊工件，一直到把工件夾緊為止，時間由定時器控制，定時為 秒。 ④ 機械手開始向上運動，運動到最上端。 ⑤ 上移后，機械手開始右移。 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。 ⑦ 右轉完成后，機械手下移。 ⑧ 運行到最低位置后，機械手把工件松開，一直到放松限位開關檢測到信號。 ⑨ 工件松開后，機械手開始向上運動。 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。 該系統(tǒng)進行自動連續(xù)循環(huán)工作。正常停車時，要求機械手回到初始位置時才能停車。急停時，切斷所有電源，系統(tǒng)停止運行。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。 30 PLC 的硬件 I/O 接口原理圖 圖 43 三菱 FX2N PLC 接口電路圖 自動換刀系統(tǒng) PLC 程序的設計 編程軟件 采用三菱公司編程軟件 FXGP/WINC,其界面如下所示 31 圖 44 編程軟件界面圖 32 PLC 的控制流程圖 圖 45 自動控制流程框圖 33 梯形圖 圖 46 梯形圖 34 指令表 圖 47 指令表 35 課程設計心得 緊張而又辛苦的兩周課程設計結束了。當我快要完成老師下達給我的任務的時候，我仿佛經(jīng)過了一次翻山越嶺，登上了高山之顛，頓感心曠神怡，眼前豁然開朗。 課程設計是我們專業(yè)課程知識綜合應用的實踐訓練，這是我們邁向社會，從事職業(yè)工作前一個必不可少的過程。“千里之行始于足下”，通過這次課程設計，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。 作為一名 機械電子工程專業(yè) 的學生，我覺得能做類似的課程設計是十分有意義，而且是十分必要的。在已度過的 三年 的時間里我們大多數(shù)接觸的是專業(yè)基礎課。我們在課堂上掌握的僅僅是專業(yè)基礎課的理論面，如何去鍛煉我們的實踐面？如何把我們所學到的專業(yè)基礎理論知識用到實踐中去呢？我想做類似的大作業(yè)就為我們提供了良好的實踐平臺。在做本次課程設計的過程中，我感觸最深的當數(shù)查閱大量的設計手冊了。為了讓自己的設計更加完善，更加符合工程標準，一次次翻閱 參考文獻 是十分 必要的，同時也是必不可少的。我們是工程師，一切都要有據(jù)可依 .有 理可尋，不切實際的構想永遠只能是構想，永遠無法升級為設計。 說實話，課程設計真的有點累 。 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 。 通過課程設計，使我深深體會到，干任何事都必須耐心，細致 。 課程設計過程中，許多計算有時不免令我感到有些心煩意亂：有2 次因為不小心我計算出錯 ，只能毫不情意地重來 。 但一想起周偉平教授，黃焊偉總檢平時對我們耐心的教導，想到今后自己應當承擔的社會責任，想到世界上因為某些細小失誤而出現(xiàn)的令世人無比震驚的事故，我不禁時刻提示自己，一定呀養(yǎng)成一種高 度負責，認真對待的良好習慣 。 這次課程設計使我在工作作風上得到了一次難得的磨練 。 36 附錄 1 結構圖紙（ A4 時放在此附錄中，其他均單獨打?。? 37 附錄 2 硬件電路圖（或接線圖） 38 附錄 3 軟件控制程序 39 參考文獻 [1] 機床設計手冊編寫組 .機床設計手冊（第三冊） .北京：機械工業(yè)出版社， 1986 [2] 王愛玲主編 .現(xiàn)代數(shù)控機床 .北京：國防工業(yè)出版社， 2021 [3] 林宋，田建君編 .現(xiàn)代數(shù)控機床 .北京：化學工業(yè)出版社， 2021 [4] 沙杰編 .加工中心結構、調試與維護 .北京：機械工業(yè)出版社， 2021 [5] 廉元國，張永洪編 .加工中心設計與應用 .北京：機械工業(yè)出版社，1995 [6] 向金林 .TH7130 立式加工中心自動換刀系統(tǒng)的設計 .裝備制造技術， 2021 [7] 陳芳，李繼中 .盤式刀庫加工中心自動換刀系統(tǒng)控制 .機械設計與制造， 2021 [8] 黃澤正，劉沖，陳志輝 .加工中心自動換刀裝置的設計 .機械工程與自動化， 2021 [9] 曹秋霞，馬國亮 .小型立式加工中心圓盤式刀庫的設計 .機電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新， 2021 [10] 依蘭?歐克拉，比京 克 .數(shù)控平面加工中心輪式刀庫自動換刀裝置的設計 .成都紡織高等?？茖W校學報， 2021 [11] 謝紅 .數(shù)控機床機器人機械系統(tǒng)設計指導 .上海：同濟大學出版社， 2021 [12] 加工中心應用與維修編委會 .加工中心應用與維修 .北京：機械工業(yè)出版社， 1997 [13] 李佳 .數(shù)控機床及應用 .北京：清華大學出版社， 2021 [14] 朱龍根 .簡明機械零件設計手冊 [M].北京 :機械工 業(yè)出版社 ,2021 [15] 王可 .實用機床設計手冊 [M].遼寧 : 遼寧科學技術出版社 ,1999 [16] of automatic tool changer for CNC . 40 thesis,Mechanical EngineeringDepartmet, METU, Ankara, Turkey 1995 [17] . A methodology for creative mechanism design. mechansism and machine,1992 [18] BeomSahng Ryuh, Sang Min Park, Gordon R. automatic tool changer and integrated software for a robotic die polishing station. Mechanism and Machine Theory,2021