【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(jì)算參數(shù)： 蝸桿導(dǎo) 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(jì)算機(jī)記憶式，可將刀具號和刀庫上存刀地址對應(yīng)地記憶在計(jì)算機(jī)存儲器內(nèi)或可編程控制器內(nèi)。不論刀具放入那個(gè)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 圓盤式刀庫由 專用的交流伺服電機(jī) 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(gè)刀套旋轉(zhuǎn)，如圖 34 所示。刀座的滾子在不旋轉(zhuǎn)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(gè)缺口。刀座以鉸鏈形式與支撐板相連。平時(shí)，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(yīng)將處于刀庫刀盤最下位置的刀套旋轉(zhuǎn) 90176。，使刀頭朝下。實(shí)現(xiàn)這個(gè)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(gè)刀套右尾部的滾子正好進(jìn)入撥叉 59 的缺口。撥叉上升使刀套連同刀具逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn) 90176。，滾子銷退出支撐板的凹槽，刀座轉(zhuǎn)至垂直位置，等待機(jī)械手換刀。 刀套的構(gòu)造錐孔尾部有兩個(gè)球頭銷釘，后有彈簧用以夾住刀具， 25 故當(dāng)?shù)短仔D(zhuǎn) 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(shí)支撐刀套。當(dāng)?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(shí)針轉(zhuǎn)動，直到水平位置為止，此時(shí)滾子銷重新處于支撐板的凹槽中。 圖 34 刀套結(jié)構(gòu)圖 26 第 4 章 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 機(jī)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(jī)電一體化設(shè)計(jì)中主要有三種：單片機(jī)、工業(yè)控制計(jì)算機(jī)、可編程控制器（ PLC）。隨著計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的不斷發(fā)展， PLC 控制系統(tǒng)得到了廣泛的應(yīng)用。 PLC 控制有以下優(yōu)點(diǎn)： 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(shí)，系統(tǒng)的維修簡單，維修時(shí)間短，采用了一系列可靠性設(shè)計(jì)的方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，如：冗余的設(shè)計(jì)、斷電保護(hù)、故障診斷和信息保護(hù)及恢復(fù)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(diǎn)，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(shè)計(jì)的控制裝置，它具有比通用計(jì)算機(jī)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(yīng)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(yīng)的控制模塊，來實(shí)現(xiàn)整個(gè)機(jī)械手的控制功能。 27 機(jī)械手的 PLC 控制系統(tǒng)限位開關(guān)的布局示意圖 圖 41 限位開關(guān)的布局示意圖 機(jī)械手自動換 刀系統(tǒng)的工作流程 機(jī)械手移動刀具的單個(gè)工作流程由復(fù)位到初始位置、將機(jī)械手移動到刀庫處、夾緊刀具、將刀具移動到目標(biāo)位置、放下刀具和移動到初始位置 6 個(gè)過程組成。機(jī)械手移動刀具通過 PLC 平控制，可以實(shí)現(xiàn)這 6 個(gè)過程全自動依次運(yùn)行。如下圖所示單個(gè)工作流程示意圖： 28 圖 42 自動控制原理圖 29 機(jī)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(jìn)行自檢查機(jī)械是否在初始位置，不是的話先進(jìn)行復(fù)位工作，然后進(jìn)行正式工作。 (2)復(fù)位工作控制原理如下： ① 機(jī)械手首先上移，直到運(yùn)動到最上端。 ② 上移后，機(jī)械手開始右移。 ③ 右移完成后，機(jī)械手開始左轉(zhuǎn)，至此，復(fù)位工作完成。 (3)正式工作控制原理如下： ① 機(jī)械手開始左移，一直運(yùn)動到最左端。 ② 運(yùn)行到最左端后，機(jī)械手開始向下運(yùn)動。 ③ 到達(dá)最下端后，機(jī)械手開始夾緊工件，一直到把工件夾緊為止，時(shí)間由定時(shí)器控制，定時(shí)為 秒。 ④ 機(jī)械手開始向上運(yùn)動，運(yùn)動到最上端。 ⑤ 上移后，機(jī)械手開始右移。 ⑥ 右移完成后，機(jī)械手開始右轉(zhuǎn)，直到右轉(zhuǎn)限位開關(guān)檢測到信號。 ⑦ 右轉(zhuǎn)完成后，機(jī)械手下移。 ⑧ 運(yùn)行到最低位置后，機(jī)械手把工件松開，一直到放松限位開關(guān)檢測到信號。 ⑨ 工件松開后，機(jī)械手開始向上運(yùn)動。 ⑩ 到達(dá)最上端后，機(jī)械手開始左轉(zhuǎn)， 真到左轉(zhuǎn)限位開關(guān)檢測到信號，此時(shí)機(jī)械手已加到初始位置。 該系統(tǒng)進(jìn)行自動連續(xù)循環(huán)工作。正常停車時(shí)，要求機(jī)械手回到初始位置時(shí)才能停車。急停時(shí)，切斷所有電源，系統(tǒng)停止運(yùn)行。重新啟動后，由于急停時(shí)機(jī)械手位置的不確定性，要進(jìn)行復(fù)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(shè)計(jì) 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(shè)計(jì)心得 緊張而又辛苦的兩周課程設(shè)計(jì)結(jié)束了。當(dāng)我快要完成老師下達(dá)給我的任務(wù)的時(shí)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(shè)計(jì)是我們專業(yè)課程知識綜合應(yīng)用的實(shí)踐訓(xùn)練，這是我們邁向社會，從事職業(yè)工作前一個(gè)必不可少的過程?！扒Ю镏惺加谧阆隆?，通過這次課程設(shè)計(jì)，學(xué) 會腳踏實(shí)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(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 作為一名 機(jī)械電子工程專業(yè) 的學(xué)生，我覺得能做類似的課程設(shè)計(jì)是十分有意義，而且是十分必要的。在已度過的 三年 的時(shí)間里我們大多數(shù)接觸的是專業(yè)基礎(chǔ)課。我們在課堂上掌握的僅僅是專業(yè)基礎(chǔ)課的理論面，如何去鍛煉我們的實(shí)踐面？如何把我們所學(xué)到的專業(yè)基礎(chǔ)理論知識用到實(shí)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(shí)踐平臺。在做本次課程設(shè)計(jì)的過程中，我感觸最深的當(dāng)數(shù)查閱大量的設(shè)計(jì)手冊了。為了讓自己的設(shè)計(jì)更加完善，更加符合工程標(biāo)準(zhǔn)，一次次翻閱 參考文獻(xiàn) 是十分 必要的，同時(shí)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(shí)際的構(gòu)想永遠(yuǎn)只能是構(gòu)想，永遠(yuǎn)無法升級為設(shè)計(jì)。 說實(shí)話，課程設(shè)計(jì)真的有點(diǎn)累 。 然而，當(dāng)我一著手清理自己的設(shè)計(jì)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(xué)會走完的第一步，也是人生的一點(diǎn)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(shè)計(jì)，使我深深體會到，干任何事都必須耐心，細(xì)致 。 課程設(shè)計(jì)過程中，許多計(jì)算有時(shí)不免令我感到有些心煩意亂：有2 次因?yàn)椴恍⌒奈矣?jì)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(shí)對我們耐心的教導(dǎo)，想到今后自己應(yīng)當(dāng)承擔(dān)的社會責(zé)任，想到世界上因?yàn)槟承┘?xì)小失誤而出現(xiàn)的令世人無比震驚的事故，我不禁時(shí)刻提示自己，一定呀養(yǎng)成一種高 度負(fù)責(zé)，認(rèn)真對待的良好習(xí)慣 。 這次課程設(shè)計(jì)使我在工作作風(fēng)上得到了一次難得的磨練 。 36 附錄 1 結(jié)構(gòu)圖紙（ A4 時(shí)放在此附錄中，其他均單獨(dú)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(xiàn) [1] 機(jī)床設(shè)計(jì)手冊編寫組 .機(jī)床設(shè)計(jì)手冊（第三冊） .北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 1986 [2] 王愛玲主編 .現(xiàn)代數(shù)控機(jī)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(jī)床 .北京：化學(xué)工業(yè)出版社， 2021 [4] 沙杰編 .加工中心結(jié)構(gòu)、調(diào)試與維護(hù) .北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2021 [5] 廉元國，張永洪編 .加工中心設(shè)計(jì)與應(yīng)用 .北京：機(jī)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(shè)計(jì) .裝備制造技術(shù)， 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(jī)械設(shè)計(jì)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(shè)計(jì) .機(jī)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(shè)計(jì) .機(jī)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(shè)計(jì) .成都紡織高等?？茖W(xué)校學(xué)報(bào)， 2021 [11] 謝紅 .數(shù)控機(jī)床機(jī)器人機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)指導(dǎo) .上海：同濟(jì)大學(xué)出版社， 2021 [12] 加工中心應(yīng)用與維修編委會 .加工中心應(yīng)用與維修 .北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 1997 [13] 李佳 .數(shù)控機(jī)床及應(yīng)用 .北京：清華大學(xué)出版社， 2021 [14] 朱龍根 .簡明機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊 [M].北京 :機(jī)械工 業(yè)出版社 ,2021 [15] 王可 .實(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊 [M].遼寧 : 遼寧科學(xué)技術(shù)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