加工中心換刀機(jī)構(gòu)課程設(shè)計(jì)說明書

1、<p><b>　　任務(wù)分配</b></p><p><b>　　總體方案設(shè)計(jì)：</b></p><p><b>　　傳動系統(tǒng)設(shè)計(jì)：</b></p><p><b>　　動力電機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)：</b></p><p><b>　　控制電路設(shè)

2、計(jì)：</b></p><p><b>　　軟件編程：</b></p><p><b>　　電力供電系統(tǒng)：</b></p><p>　　附上整體效果圖【圖片】</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　任務(wù)

3、分配0</b></p><p><b>　　第1章 緒論2</b></p><p>　　1.1 設(shè)計(jì)背景2</p><p>　　1.2 立式數(shù)控銑床2</p><p>　　第2章 方案設(shè)計(jì)4</p><p>　　2.1 課題內(nèi)容4</p><p>　

4、　2.2確定其自動換刀裝置的形式4</p><p>　　2.3加工中心自動換刀裝置（ATC）形式、特點(diǎn)及各自應(yīng)用范圍5</p><p>　　2.4刀庫及刀具交換裝置7</p><p>　　2.4.1刀庫的形式7</p><p>　　2.4.2刀具的選擇方式8</p><p>　　2.4.3刀具(刀座)識別裝置

5、10</p><p>　　2.4.4刀具交換裝置15</p><p>　　第3章 換刀機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)17</p><p>　　3.1確定換刀機(jī)械手形式17</p><p>　　3.2換刀機(jī)械手的工作原理18</p><p>　　3.3機(jī)械手的自動換刀過程的動作順序18</p><p>

6、;　　3.4兩手相互垂直的回轉(zhuǎn)式單臂雙手機(jī)械手19</p><p>　　3.5機(jī)械手回轉(zhuǎn)軸4上的齒輪齒條設(shè)計(jì)20</p><p>　　3.6自動換刀裝置的相關(guān)技術(shù)要求20</p><p>　　3.6.1主軸準(zhǔn)停裝置20</p><p>　　3.6.2換刀機(jī)械手的安裝與調(diào)試21</p><p>　　3.7確定刀

7、庫容量21</p><p>　　3.7.1確定刀庫形式21</p><p>　　3.7.2初步估計(jì)刀庫驅(qū)動轉(zhuǎn)矩及選定電機(jī)21</p><p>　　3.7.3刀庫轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)的普通蝸輪蝸桿的相關(guān)設(shè)計(jì)23</p><p>　　3.7.4確定刀具的選擇方式24</p><p>　　3.7.5刀庫結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)24</

8、p><p>　　第4章 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)26</p><p>　　4.1機(jī)械手控制系統(tǒng)PLC的選擇26</p><p>　　4.2機(jī)械手的PLC控制系統(tǒng)限位開關(guān)的布局示意圖27</p><p>　　4.3機(jī)械手自動換刀系統(tǒng)的工作流程27</p><p>　　4.4機(jī)械手自動換刀系統(tǒng)的原理29</p>

9、<p>　　4.5 PLC的硬件I/O接口原理圖30</p><p>　　4.6自動換刀系統(tǒng)PLC程序的設(shè)計(jì)30</p><p>　　4.6.1編程軟件30</p><p>　　4.6.2 PLC的控制流程圖32</p><p>　　4.6.3梯形圖33</p><p>　　4.6.4 指令表

10、34</p><p><b>　　課程設(shè)計(jì)心得35</b></p><p><b>　　附錄136</b></p><p><b>　　附錄237</b></p><p><b>　　附錄338</b></p><p>&l

11、t;b>　　參考文獻(xiàn)39</b></p><p>　　千萬不要刪除行尾的分節(jié)符，此行不會被打印。在目錄上點(diǎn)右鍵“更新域”，然后“更新整個目錄”。打印前，不要忘記把上面“Abstract”這一行后加一空行</p><p><b>　　緒論</b></p><p><b>　　設(shè)計(jì)背景</b></p&

12、gt;<p>　　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。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

13、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。</p><p>　　1958年，美國卡尼，特雷克（Kearney&Trecker）公司首次把銑、鉆、鏜等多種工序集中于一臺數(shù)控機(jī)床上，通過換刀方式實(shí)現(xiàn)連續(xù)加工，成為世界上第一臺加工中心。該產(chǎn)品出現(xiàn)后，銷路驚人，引起了日、德、美、英、法、意等先進(jìn)工業(yè)國家的高度重視，競相開發(fā)生產(chǎn)，不斷擴(kuò)大和完善機(jī)床的功能，成為數(shù)控機(jī)床中發(fā)展最快、需求量最大的

14、商品之一。如今，世界上出現(xiàn)了立式、臥式、龍門式、落地式等各種加工中心，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，大約有1000多個品種規(guī)格。</p><p>　　未來加工中心的發(fā)展動向是高速化、進(jìn)一步提高精度和愈發(fā)完善的機(jī)能。加工中心是數(shù)控機(jī)床的代表，是高新技術(shù)集成度高的典型機(jī)電一體化機(jī)械加工設(shè)備，我國的加工中心從70年代開始，已有很大發(fā)展，但技術(shù)、品種和數(shù)量上都還遠(yuǎn)不能適應(yīng)我國經(jīng)濟(jì)、技術(shù)發(fā)展的需要。隨著我國工業(yè)的不斷發(fā)展，推動了模具制造業(yè)

15、、機(jī)械加工業(yè)的巨大發(fā)展，使得數(shù)控機(jī)床的使用越來越普遍，而加工中心更是以其高自動化程度得到廣泛應(yīng)用。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。為加速我國加工中心的發(fā)展，需進(jìn)一步加強(qiáng)對加工中心的研究、設(shè)計(jì)、制造和應(yīng)用。</p><p><b>　　立式數(shù)控銑床</b><

16、/p><p>　　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。立式數(shù)控銑床一般為三坐標(biāo) （ X 、 Y 、 Z ）聯(lián)動 , 其各坐標(biāo)的控制方式主要有以下兩種：1 ）工作臺縱、橫向移動并升降，主軸只完成主運(yùn)動。目前小型數(shù)控銑床一般采用這種方式 。2 ） 工作臺縱、橫向移動，主軸升降。這種方式一般運(yùn)用在中型數(shù)控銑床中 。</p><p>　　立式數(shù)控銑床的功能分為一般功

17、能和特殊功能。一般功能是指各類數(shù)控銑床普遍所具有的功能。如點(diǎn)位控制功能、刀具半徑自動補(bǔ)償功能、鏡象加工功能、 固定循環(huán)功能等。特殊功能是指數(shù)控銑床在增加了某些特殊裝置或附件后，分別具有或兼?zhèn)涞囊恍┨厥夤δ?。如刀具長度補(bǔ)償功能、靠模加工功能、自動變換工作臺功能、自適應(yīng)功能、數(shù)控采集功能等。</p><p>　　數(shù)控銑床的主軸開啟與停止，主軸正反轉(zhuǎn)與主軸變速等都可以按輸入介質(zhì)上編入的程序自動執(zhí)行。不同的機(jī)床其變速功能

18、與范圍也不同。有的采用變頻機(jī)組，固定幾種轉(zhuǎn)速，可自選一種編入程序，但不能在運(yùn)轉(zhuǎn)時改變。有的采用變頻器調(diào)整，將轉(zhuǎn)速分為幾檔，編程時可任選一檔，在運(yùn)轉(zhuǎn)中可通過控制面板上的旋鈕，在本檔范圍內(nèi)自由調(diào)節(jié)；有的則不分檔,編程時可在整個范圍內(nèi)無級調(diào)速。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。此外，多坐標(biāo)數(shù)控銑床的主軸可以繞X、Y或Z

19、軸作數(shù)控?cái)[動，擴(kuò)大了主軸自身的運(yùn)動范圍，但是主軸結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜。</p><p><b>　　方案設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　2.1 課題內(nèi)容</b></p><p>　　依據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書，我們的任務(wù)是給數(shù)控立式銑床設(shè)計(jì)安裝合適的自動換刀裝置，以力濤-CNC1000數(shù)控立式升降臺銑床為例。</p>

20、<p><b>　　主要技術(shù)參數(shù)為： </b></p><p>　　工作范圍 X軸行程 1050mm </p><p>　　Y軸行程 650mm </p><p>　　Z軸行程 500mm </p><p>　　立柱最前端至主軸中心 650mm </p><p>　　工作臺加工面積（長&

21、#215;寬） 1400×320mm </p><p>　　工作臺承載重量 800kg </p><p>　　主軸最高轉(zhuǎn)速 8000rpm </p><p>　　快速進(jìn)給速度X軸 5m/min </p><p>　　快速進(jìn)給速度Y軸 5m/min </p><p>　　快速進(jìn)給速度Z軸 5m/min <

22、/p><p>　　刀庫刀具數(shù) 20把 </p><p>　　定位精度 ±0.005/300mm </p><p>　　重復(fù)定位精度 ±0.003mm </p><p>　　加工精度 0.008mm </p><p>　　主軸錐孔 BT40 </p><p>　　刀具最大直徑 ∮8

23、0mm </p><p>　　換刀時間（刀對刀） 4秒 </p><p>　　最大進(jìn)給速度 5000m/min </p><p>　　2.2確定其自動換刀裝置的形式</p><p>　　由于LT-CNC1000數(shù)控立式升降臺銑床是一種使用范圍較廣的機(jī)床，且其可加工零件的精度要求也較高，比較上章介紹的幾種換刀形式，決定選用帶刀庫的自動換刀形式。

24、</p><p>　　LT-CNC1000數(shù)控立式升降臺銑床主軸箱上方?jīng)]有好的安裝位置，安裝在機(jī)床外又要增加刀具運(yùn)輸時間，降低效率，所以安裝在機(jī)床側(cè)面最合適，有些部件交錯的地方，作適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。設(shè)計(jì)成由由盤式刀庫和回轉(zhuǎn)式雙臂機(jī)械手組成。設(shè)計(jì)增加自動換刀裝置后的LT-CNC1000數(shù)控立式升降臺銑床的外觀圖如圖2-1所示。</p><p>　　圖2-1數(shù)控立式升降臺銑床的外觀圖</p&g

25、t;<p>　　2.3加工中心自動換刀裝置（ATC）形式、特點(diǎn)及各自應(yīng)用范圍</p><p>　　由刀庫和機(jī)械手組成的自動換刀裝置(Automatic Tool Changer,ATC)是加工中心的重要組成部分。加工中心上所需更換的刀具較多，從十幾把到幾十把．甚至上百把，故通常采用刀庫形式，其結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，自動換刀裝置種類繁多。由于加工中心上自動換刀次數(shù)比較頻繁，故對自動換刀裝置的技術(shù)要求十分嚴(yán)格．

26、如要求定位精度高．動作平穩(wěn)，工作可靠以及精度保持性等。這些要求都與加工中心的性能息息相關(guān)。</p><p>　　在使用立式數(shù)控銑床加工工件時，只要充分利用數(shù)控銑床的各種功能，就可以加工許多普通銑床難加工的工件。數(shù)控銑床的主要加工對象有：平面類零件；變斜角類零件；曲面類（立體類）零件。</p><p>　　表2-1 加工中心上的換刀裝置</p><p>　　2.4刀庫

27、及刀具交換裝置</p><p>　　刀庫的功能是儲存加工工序所需的各種刀具，并按程序指令，把即將要用的刀具迅速、準(zhǔn)確地送到換刀位置，并接受從主軸送回的已用刀具。所以說它是自動換刀裝置中主要部件之一。</p><p>　　2.4.1刀庫的形式</p><p>　　根據(jù)刀庫的容量和存取刀具的方式，刀庫可設(shè)計(jì)成多種形式。目前常見的刀庫類型如下：</p>&l

28、t;p>　　盤式刀庫 此刀庫結(jié)構(gòu)簡單，應(yīng)用較多。此換刀裝置的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，成本較低，換刀可靠性較好，缺點(diǎn)是換刀時間長，適用于刀庫容量較小的加工中心上采用。如圖2-2所示。</p><p>　　鏈?zhǔn)降稁?此刀庫結(jié)構(gòu)緊湊，刀庫容量較大，鏈環(huán)的形狀可根據(jù)機(jī)床的布局制成各種形狀，也可將換刀位突出以便于換刀，能充分利用機(jī)床的占地空間，通常為軸向取刀，位置精度較低，造價也較高。如圖2-3所示。</p>

29、<p>　　格子箱式刀庫 結(jié)構(gòu)緊湊，刀庫空間利用率高，換刀時間較長。布局不靈活，通常刀庫安裝在工作臺上，應(yīng)用者較少。如圖2-4所示。</p><p>　　直線式刀庫 刀庫容量少，一般在十幾把左右，多用于自動換刀數(shù)控車床，鉆床上也有采用。如圖2-5所示。</p><p>　　圖2-2 盤式刀庫 圖2-3 鏈?zhǔn)降稁?lt;/p>

30、;<p>　　圖2-4 格子箱式刀庫 圖2-5 直線式刀庫</p><p>　　2.4.2刀具的選擇方式</p><p>　　在自動換刀裝置換刀時，按數(shù)控裝置的刀具選擇指令，從刀庫中將所需要的刀具準(zhǔn)確地自動地選出，并轉(zhuǎn)換到取刀位置．稱為自動選刀。從刀庫中選擇刀具通常采用下述方式：</p><p>　?。?）順序選擇方

31、式 順序選擇方式是按零件加工的預(yù)定工序要求依次將所用刀具存入刀庫的刀座中，使用時按順序?qū)⑵滢D(zhuǎn)到取刀位置。用過的刀具放回原來的刀座中，亦可以按加工順序故入下一個刀座中。這種方法不需要刀具識別裝置，驅(qū)動控制也較簡單，工作可靠，但刀具不能重復(fù)使用。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。一般用于刀具較少的中小型加工中心、加工批量較大但工件品種較少的加工中心、刀庫與主抽之間直接換刀的加工中心、有自動換刀庫的數(shù)控機(jī)床

32、(當(dāng)加工小批量零件時)。另外，在裝刀時必要認(rèn)真謹(jǐn)慎對號入座，否則將會產(chǎn)生嚴(yán)重后果。</p><p>　　（2）任意選擇刀具方式 這種方法根據(jù)程序指令的要求任意選擇所需要的刀具，刀具在刀庫中不必按照工件的加工順序排列，可任意存放。每把刀具(或刀座)都編上代碼．自動換刀時，刀庫旋轉(zhuǎn)，每把刀具(或刀座)都經(jīng)過“刀具識別裝置”接受識別。當(dāng)某把刀具的代碼與數(shù)控指令的代碼相符合時，該把刀具被選中，刀庫將選中的刀具送至換刀位

33、置，等待機(jī)械手來抓取。任意選擇刀具法的優(yōu)點(diǎn)是刀庫中刀具的排列順序與工件加工順序無關(guān)。相同的刀具可重復(fù)使用，故刀具數(shù)量比順序選擇法的刀具可少一些，刀庫也相應(yīng)小一些。</p><p>　?、俚蹲幋a式 這種編碼方式是對刀庫中的每個刀座都預(yù)先進(jìn)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。換刀時刀庫旋轉(zhuǎn)，使各個刀座依次經(jīng)過刀具識別器，直至找到規(guī)定的刀座，刀庫即刻停止旋轉(zhuǎn)。刀座編碼

34、又分永久性編碼和臨時性編碼，前者刀座號是固定不變的；后者又稱編碼鑰匙，即采用一種專用的編碼鑰匙”這種入法是按加工順序要求事先給各刀具都縛上一“把表示法刀具號的編碼鑰匙，當(dāng)把各刀具存放到刀庫的刀座中時，將編碼鑰匙插進(jìn)刀座旁邊的鑰匙孔中。這樣就把鑰匙的號碼轉(zhuǎn)記到刀座中，給刀座編上了號碼。識別器可通過識別鑰匙上的號碼來選取該鑰匙旁邊刀座中的刀具；編碼鑰匙中除導(dǎo)向</p><p>　　凸起外，共右16個凸起和凹下的位置，

35、故有65535凹凸組合，可區(qū)別65535把刀具。鑰匙沿著水平方向的鑰匙縫插人鑰匙孔座，然后順時針方向旋轉(zhuǎn)90°，處于鑰匙代碼凸起的第一彈簧接觸片被撐起，表承代碼“1”，處于</p><p>　　代碼凹處的第二彈簧接觸片保持原狀，表示代碼“0”。由于鑰匙上每個凸凹部分旁邊均有相應(yīng)的碳刷，故可將鑰匙各個凸凹部分均識別出來，即識別出相應(yīng)的刀具。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

36、具編碼，使用具有更大的靈活性。</p><p>　?、诘毒呔幋a式 這種萬式是直接對每把刀具進(jìn)行編碼，由換刀裝置識別刀具上的編碼進(jìn)行選刀，出于每把刀只都有自己的代碼，故可存放于刀庫的任一刀座中。這樣刀庫中的刀具在不同的工序中也就可重復(fù)使用，用過的刀具也不一定放回原刀座中。避免了因刀具存放在刀庫中的順序差錯而造成的事故；同時也縮短了刀庫的運(yùn)轉(zhuǎn)時間，簡化了自動換刀控制線路。它還可直接在刀庫與刀具主軸之間進(jìn)行換刀而不致

37、增加換刀時間。其缺點(diǎn)是使刀具長度增加，制造田難，剛度降低，同時使機(jī)械手和刀庫的結(jié)構(gòu)也復(fù)雜化。</p><p>　?、劬幋a附件法 這種選刀方式介于刀具編碼與刀座編碼之間。刀庫的刀座與刀具均無需編碼。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。當(dāng)帶編碼附件的刀具插人刀庫中某一刀座時，該刀座便具有編碼附件指定的編碼。</p><p>

38、;　　以上選刀方式都結(jié)換刀系統(tǒng)帶來很多不便，所以近年來在加工中心應(yīng)用得很少。</p><p>　?、苡?jì)算機(jī)記憶式 高檔的數(shù)控加工中心，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)。不論刀具放入哪個地址，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。這樣刀具可以任意取、存，無需編碼元件，這種刀具任選方式使換刀控制大為簡化。故目前的加上中心絕大多數(shù)都采用這種方式。</p&g

39、t;<p>　　2.4.3刀具(刀座)識別裝置</p><p>　　刀具(刀座)識別裝置是自動換刀系統(tǒng)中的重要組成部分，常用的有下列幾種。</p><p>　　(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。在刀柄1上裝有兩種直徑不同的編碼環(huán)，規(guī)定大直徑的環(huán)表示二進(jìn)制的“1”，小直徑的環(huán)為“0”，圖中有5個編碼環(huán)

40、4，在刀庫附近固定一刀具識別裝置2，從中伸出幾個觸針3，觸針數(shù)量與刀柄上的編碼環(huán)個數(shù)相等。每個觸針連一個繼電器，當(dāng)大直徑的編碼環(huán)與觸針接觸，繼電器通電，其數(shù)碼為“1”。當(dāng)各繼電器讀出的</p><p>　　數(shù)碼與所需刀具的編碼一致時，由控制裝置發(fā)出信號，使刀庫停轉(zhuǎn)，等待換刀。接觸式刀具識別裝置結(jié)構(gòu)簡單，但由于使用中觸針有磨損，故壽命較短，可靠性較差，且難于快速換刀。</p><p>　　(

41、2)非接觸式刀具識別裝置 非接觸式刀具識別裝置無機(jī)械接觸、無磨損、無噪聲、壽命長、反應(yīng)速度快，適應(yīng)于高速且換刀頻繁的工作場合。常用的有磁性識別法和光電識別法。</p><p>　　①非接觸式磁性識別法 磁性識別法是利用磁性材料和非磁性材料磁感應(yīng)強(qiáng)弱不同，通過感應(yīng)線圈讀取代碼。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”。圖2-7所示為一種

42、用于刀具編碼的磁性識別裝置。圖中刀柄1上裝有非導(dǎo)磁材料編碼環(huán)4和導(dǎo)磁材料編碼環(huán)2、與編碼環(huán)對應(yīng)的有一組檢測線圈6組成非接觸式識別裝置3。在檢測線圈6的一次線圈5中輸入交流電壓時，如編碼環(huán)為導(dǎo)磁材料，則磁感應(yīng)較強(qiáng)，在二次線圈7中產(chǎn)生較大的感應(yīng)電壓。如編碼環(huán)為非導(dǎo)磁材料，則磁感應(yīng)較弱，在二次線圈中感應(yīng)的電壓較弱。利用感應(yīng)電壓的強(qiáng)弱，就能識別刀具的號碼。當(dāng)編碼環(huán)的號碼與指令刀號相等時，控制電路便發(fā)出信號，使刀庫停止運(yùn)轉(zhuǎn)，等待換刀。</p

43、><p>　　刀具編碼的識別裝置原理如圖2-8所示。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。若與給定的T代碼不一樣，則刀庫仍繼續(xù)轉(zhuǎn)動，直到識刀器讀出的刀具或刀座編碼與T代碼一致時，發(fā)出選刀符合信號，說

44、明已選中刀具；此時刀庫減速、定位、停止，所選刀具停在等待換刀位置。圖中延時清零電路用來等待識刀器讀完一個編碼號后再進(jìn)行比較識別，以免因讀出信號時間上的不一致造成失誤。每讀完一次編碼，延時清零電路經(jīng)一定延時發(fā)出一次消零信號，使刀號寄存器清零復(fù)位，以便寄存下一個刀號。</p><p>　　圖2-6 接觸式刀具識別裝置 圖2-7 磁性識別裝置</p><p>　　圖2-8 識刀

45、裝置原理框圖</p><p>　?、诠鈱W(xué)纖維刀具識別裝置 這種裝置利用光導(dǎo)纖維很好的光傳導(dǎo)特性，采用多束光導(dǎo)纖維構(gòu)成閱讀頭。用靠近的兩束光導(dǎo)纖維來閱讀二進(jìn)制碼的一位時，其中一束將光源投射到能反光或不能反光(被涂黑)的金屬表面，另一束光導(dǎo)纖維將反射光送至光電轉(zhuǎn)換元件轉(zhuǎn)換成電信號，以判斷正對這兩束光導(dǎo)纖維的金屬表面有無反射光，有反射時(表面光亮)為“1”，無反射時(表面涂黑)為“0”．如圖2-8 (b)所示。在刀具

46、的某個磨光部位按二進(jìn)制規(guī)律涂黑或不涂黑，就可以給刀具編上號碼。正當(dāng)中的一小塊反光部分用來發(fā)出同步信號。閱讀頭的端面如圖2-9(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。</p><p>　　在光導(dǎo)纖維中傳播的光信號比在導(dǎo)體中傳播的電信號具有更高的抗干擾能力。光導(dǎo)纖維

47、可任意彎曲，這給機(jī)械設(shè)計(jì)、光源及光電轉(zhuǎn)換元件的安裝都帶來很大的方便。因此，這種識別方法很有發(fā)展前途。</p><p>　　近年來，“圖像識別”技術(shù)也開始用于刀具識別，刀具不必編碼，而在刀具識別位置上利用光學(xué)系統(tǒng)將刀具的形狀投影到許多光電元件組成的屏板上，從而將刀具的形狀變?yōu)楣怆娦盘枺?jīng)信息處理后存人記憶裝置中。選刀時，數(shù)控指令T所指的刀具在刀具識別位置出現(xiàn)圖形時，便與記憶裝置中的圖形進(jìn)行比較，選中時發(fā)出選刀符合信

48、號，刀具便停在換刀位置上。這種識別方法雖有很多優(yōu)點(diǎn)，但由于該系統(tǒng)價格昂貴而限制了它的使用。</p><p>　　圖2-9 光學(xué)纖維刀具識別裝置</p><p>　　(3)利用Pc實(shí)現(xiàn)隨機(jī)換刀 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，利用軟件選刀以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的編碼環(huán)和識刀器。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。主軸上換來的新刀號及還回刀庫的刀具號，均在Pc內(nèi)部相應(yīng)

49、地存儲單元記憶。隨機(jī)換刀控制方式需要在Pc內(nèi)部設(shè)量一個模擬刀庫的數(shù)據(jù)表，其長度和表內(nèi)設(shè)置的數(shù)據(jù)與刀庫的位置數(shù)和刀具號相對應(yīng)。這種方法主要由軟件完成選刀，從而消除了內(nèi)于識刀裝置的穩(wěn)定性、可靠性所帶來的選刀失誤。</p><p>　?、貯TC(自動換刀)控制和刀號數(shù)據(jù)表 如圖2—9所示，刀庫有8個刀座，可存放8把刀具。刀座固定位置編號為方框內(nèi)1號—8號，0為主軸刀位置號，由于刀具本身不附帶編碼環(huán)，故刀具編號可任意沒

50、定，如圖2—10中(10)—(18)的刀號。一旦給某刀編號后．該編號不應(yīng)隨意改變。為了使用方使．刀號也采用BCD碼編寫。</p><p>　　在PC內(nèi)部建立一個模擬刀庫的刀號數(shù)據(jù)表，如圖2-11所示。數(shù)據(jù)表的表序號與刀庫刀座編號相對應(yīng)，每個表序號中的內(nèi)容就是對應(yīng)刀座中所插入的刀具號。圖中刀號表首地址TAB單元固定存放主軸上的刀具號數(shù)，TAB+1—TAR+8存放刀庫上的刀具號。由于刀號數(shù)據(jù)表實(shí)際上是刀庫中存放刀具位

51、置的一種映像，所以刀號表與刀庫中刀具的位置應(yīng)始終保持一致。</p><p>　　圖2-10刀庫中刀具位置編號 圖2-11刀庫的刀號數(shù)據(jù)表</p><p>　?、诘毒叩淖R別 雖然刀具不附帶任何編碼裝置，且采用任意換刀方式，但是，由于在PC內(nèi)部設(shè)置的刀號數(shù)據(jù)表始終與刀具在刀庫中的實(shí)際位置相對應(yīng)，所以對刀具的識別實(shí)質(zhì)上轉(zhuǎn)變?yōu)閷Φ稁煳恢玫淖R別。當(dāng)?shù)稁煨D(zhuǎn)，每個刀座通過換刀位置(基準(zhǔn)位置

52、)時，產(chǎn)生一個脈沖信號送至PC，作為計(jì)數(shù)脈沖。同時．在PC內(nèi)部設(shè)置一個刀庫位置計(jì)數(shù)器，當(dāng)?shù)稁煺D(zhuǎn)(cw)時，每發(fā)一個計(jì)數(shù)脈沖，使該計(jì)數(shù)器遞增計(jì)數(shù)；當(dāng)?shù)稁旆崔D(zhuǎn)(ccw)時．每發(fā)一個計(jì)數(shù)脈沖，則計(jì)數(shù)器遞減計(jì)數(shù)。于是計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值始終在1—8之間循環(huán)，而通過換刀位置時的計(jì)數(shù)值(當(dāng)前值)總是指示刀庫的現(xiàn)在位置。</p><p>　　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。立式數(shù)控銑床一般為

53、三坐標(biāo) （ X 、 Y 、 Z ）聯(lián)動 , 其各坐標(biāo)的控制方式主要有以下兩種：1 ）工作臺縱、橫向移動并升降，主軸只完成主運(yùn)動。目前小型數(shù)控銑床一般采用這種方式 。2 ） 工作臺縱、橫向移動，主軸升降。這種方式一般運(yùn)用在中型數(shù)控銑床中 </p><p>　　當(dāng)PC接到新刀具的指令(TXX)后，在模擬刀庫的刀號數(shù)據(jù)表中進(jìn)行數(shù)據(jù)檢索，檢索到T代碼給定的刀號，將該刀具號所在數(shù)據(jù)表中的表號數(shù)存放在一個緩沖存儲單元中，這個

54、表序號數(shù)就是新刀具在刀庫中的目標(biāo)位置。刀庫旋轉(zhuǎn)后，測得刀庫的實(shí)際位置與要求的刀庫目標(biāo)位置一致時，即識別了所要尋找的新刀具。刀庫停轉(zhuǎn)并定位，等待換刀。識別刀具的PC程序流程團(tuán)如圖2-12所示。</p><p>　?、鄣毒叩慕粨Q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。機(jī)械手執(zhí)行換刀動作，將主軸上用過的舊刀和刀庫上選好的新刀進(jìn)行交換。與此同時，應(yīng)通過

55、軟件修改PC內(nèi)部的刀號數(shù)據(jù)表，使相應(yīng)的刀號表單元中的刀號與交換后的刀號相對應(yīng)。</p><p>　　圖2-12 識別刀具的PC程序流程框圖</p><p>　　2.4.4刀具交換裝置</p><p>　　實(shí)現(xiàn)刀庫與機(jī)床主軸之間裝卸和傳遞刀具的裝置稱為刀具交換裝置。交換裝置的形式和具體結(jié)構(gòu)對數(shù)控機(jī)床的整體布局、生產(chǎn)率和工作可靠性都有直接影響。</p>&

56、lt;p>　　交換裝置的形式很多，一般可分為兩大類。</p><p>　　由刀庫和主軸的相對運(yùn)動實(shí)現(xiàn)刀具交換 用這種形式交換刀具時，必須將主軸上用過的刀具送回刀庫，再從刀庫取出新刀，但兩個動作不能同時進(jìn)行。它適用采用40號以下刀柄的小型加工中心或換刀次數(shù)少的用重型刀具的重型機(jī)床。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

57、度的影響。在這種換刀方式中，刀庫可以是圓盤型、直線排列式、也可以是格子箱式等。圓盤式刀庫可設(shè)在立柱頂上、立柱主軸箱的側(cè)面，也可以設(shè)在橫梁一端。直線排列式刀庫可設(shè)在工作臺上方，也可設(shè)在工作臺的一端或兩端。格子箱式刀庫可設(shè)在雙工作臺的中間。</p><p>　　由機(jī)械手進(jìn)行刀具交換 由于刀庫及刀具交換方式不同，換刀機(jī)械手種類繁多。機(jī)械手的類型如表2-2所示。</p><p>　　表2-2 換刀

58、機(jī)械手的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)</p><p>　　第3章 換刀機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　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。刀具的交換方式通常分為兩種: 一種是采用機(jī)械手交換刀具, 另一種是由刀庫與機(jī)床主軸的相對運(yùn)動來實(shí)現(xiàn)刀具交換即無機(jī)械手交換刀具。無機(jī)械手交換刀具方式：結(jié)構(gòu)簡單，成本低，換刀的可靠性較高；刀庫因結(jié)構(gòu)所限容量不多。這種換刀系

59、統(tǒng)多為中、小型加工中心采用。刀具的交換方式及它們的具體結(jié)構(gòu)對機(jī)床的工作效率和工作可靠性有直接的影響。由LT-CNC1000數(shù)控立式升降臺銑床的結(jié)構(gòu)特性決定難以實(shí)現(xiàn)由刀庫與機(jī)床主軸的相對運(yùn)動來實(shí)現(xiàn)刀具交換，故采用機(jī)械手交換刀具的方式。</p><p>　　機(jī)械手是當(dāng)主軸上的刀具完成一個工步后，把這一工步的刀具送回刀庫，并把下一道工步的所需要的刀具從刀庫中取出并裝入主軸繼續(xù)進(jìn)行加工的功能部件。對機(jī)械手的具體要求是迅速

60、可靠，準(zhǔn)確協(xié)調(diào)。</p><p>　　3.1確定換刀機(jī)械手形式</p><p>　　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。</p><p>　　1)兩手呈180°的回轉(zhuǎn)式單臂雙手機(jī)械手；</p><p>　　圖3-1 機(jī)械手臂和手爪</p><p>　　1.手爪 2.錐銷

61、3.手臂 4.5.彈簧 6.活動銷 7.長銷 8.鎖緊銷</p><p>　　2)兩手互相垂直的回轉(zhuǎn)式單臂雙手機(jī)械手</p><p>　　3)兩手平行的回轉(zhuǎn)式單臂雙手機(jī)械手；</p><p>　　4)雙手交叉式機(jī)械手；</p><p>　　由于不同的數(shù)控機(jī)床（加工中心）的刀庫與主軸的相對位置不同。所以各種數(shù)控機(jī)床所使用的換刀機(jī)械手也不盡

62、相同。</p><p>　　這次設(shè)計(jì)我選用兩手互相垂直的回轉(zhuǎn)式單臂雙手機(jī)械手。</p><p>　　這種機(jī)械手的優(yōu)點(diǎn)是換刀動作可靠，換好時間短，缺點(diǎn)是刀柄精度要求高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，聯(lián)機(jī)調(diào)整的相關(guān)精度要求高，機(jī)械手離加工區(qū)較近。</p><p>　　一般來說，這種機(jī)械手用于刀庫刀座軸線與機(jī)床主軸軸線垂直，刀庫為徑向存取刀具形式的自動換刀裝置，因此，在LT-CNC1000數(shù)

63、控立式升降銑床的自動換刀裝置中可采用這種機(jī)械手形式。</p><p>　　3.2換刀機(jī)械手的工作原理</p><p>　　下面是以在LT-CNC1000數(shù)控立式升降臺銑床的自動換刀裝置中采用這種上機(jī)械手換刀的工作原理。</p><p>　　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。機(jī)械手由機(jī)械手臂與45°的斜殼體組成。機(jī)械手臂形狀對稱。固定在回轉(zhuǎn)軸上

64、，回轉(zhuǎn)軸與主軸成45°角，安裝在殼體上，有手臂托，可由液壓缸帶動（圖中未標(biāo)出），機(jī)械手有伸縮、回轉(zhuǎn)、抓刀、松刀等動作。</p><p>　　伸縮動作：液壓缸（圖中未標(biāo)出）帶動手臂托架沿主軸軸向移動。</p><p>　　回轉(zhuǎn)動作：液壓缸中的齒條輪通過齒輪帶動回轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動。從而實(shí)現(xiàn)手臂正向和反向180°的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。</p><p>　　抓刀、松刀動作

65、：機(jī)械手對刀具的夾緊和松開是通過液壓缸。碟形彈簧及拉桿、杠桿、活動爪來實(shí)現(xiàn)。碟形彈簧實(shí)現(xiàn)夾緊，液壓缸實(shí)現(xiàn)松開。在活動爪中有兩個銷子，當(dāng)夾緊刀具時，插入刀柄凸緣的孔內(nèi)，確保安全、可靠。</p><p>　　3.3機(jī)械手的自動換刀過程的動作順序</p><p>　?。╝） （b） （c） （d）</p><

66、;p>　　圖3-2 換刀機(jī)械手的換刀過程</p><p>　　自動換刀裝置的換刀過程由選刀和換刀兩部分組成。</p><p>　　選刀即刀庫按照選刀命令（或信息）自動將要用的刀具移動到換刀位置，完成選刀過程，為下面換刀做好準(zhǔn)備，換刀即是機(jī)械手把主軸上用過的刀具取下，將選好的刀具安裝在主軸之上。</p><p>　　換刀動作的大致過程為：</p>

67、<p>　　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)?！?。即主軸停止回轉(zhuǎn)并準(zhǔn)確停止在一個固定不變的角度方位上，保證主軸端面的鍵也在一個固定的方位，使刀柄上的鍵槽能恰好對正端面鍵。</p><p>　　2)機(jī)械手抓住主軸和刀庫上的刀具。如3-2（a）所示。</p><p>　　3)把卡緊在主軸和發(fā)庫上的刀具松開</p><p>　　4)活塞桿

68、推動機(jī)械手下行，從主軸和刀庫上取出刀具</p><p>　　5)機(jī)械手回轉(zhuǎn)180°，交換刀具位置，</p><p>　　6)將更換后的刀具裝入主軸和刀庫</p><p>　　7)分別夾緊主軸和刀庫上的刀具</p><p>　　8)機(jī)械手松開主軸和刀庫上的刀具</p><p>　　9)當(dāng)機(jī)械手松開具后，限位開關(guān)

69、發(fā)出“換刀完畢”的信號，主軸自由，可以開始加工或其他程序動作。</p><p>　　在自動換刀的整個過程中，各項(xiàng)運(yùn)動均由限位開關(guān)控制，只有前一個動作完成后，才能進(jìn)行下一個動作，從而保證了運(yùn)動的可靠性。</p><p>　　3.4兩手相互垂直的回轉(zhuǎn)式單臂雙手機(jī)械手</p><p>　　3.5機(jī)械手回轉(zhuǎn)軸4上的齒輪齒條設(shè)計(jì)</p><p>　　1

70、)回轉(zhuǎn)軸上齒輪采用漸開線標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪形式</p><p>　　2)取模數(shù)M=1.5。初取齒數(shù)z=30</p><p>　　3)下表為齒輪幾何尺寸設(shè)計(jì)的基本參數(shù)：</p><p>　　齒條的基本尺寸，按外齒輪幾何尺寸的計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算</p><p>　　3.6自動換刀裝置的相關(guān)技術(shù)要求</p><p>　　3.6.

71、1主軸準(zhǔn)停裝置</p><p>　　為了傳遞扭矩，在主軸的前端裝有端鍵，當(dāng)?shù)毒叩侗b入錐孔時，刀柄上的鍵槽位置必須與該鍵對準(zhǔn)才能裝入。當(dāng)機(jī)械手從刀庫取刀時，為了確保刀具其后能順利地裝入主軸錐孔中，必須使主軸準(zhǔn)確地停在刀具交換位置上。同時，由于工藝上的需要，也必須使主軸準(zhǔn)停在固定位置上。這種使主軸端在定位鍵停在固定位置的技術(shù)要求稱為主軸準(zhǔn)停。</p><p>　　LT-CNC1000數(shù)控立式

72、升降臺銑床的自動換刀裝置，在每次自動裝卸刀具時，都必須要求主軸準(zhǔn)確地停止在固定的周向位置上。因此，可在主軸上安裝電氣控制的主軸準(zhǔn)停裝置以實(shí)現(xiàn)主軸準(zhǔn)停功能。</p><p>　　3.6.2換刀機(jī)械手的安裝與調(diào)試</p><p>　　1)換刀機(jī)械手安裝在主軸箱的左側(cè)面，加工零件時，換刀機(jī)械手隨主軸箱一起上下運(yùn)動。</p><p>　　2)當(dāng)初裝上換刀機(jī)械手后，必須進(jìn)&l

73、t;/p><p>　　行調(diào)試：用手動操縱主式調(diào)整換刀機(jī)械手相對于主軸的位置，使用調(diào)整心棒，有誤差時可調(diào)整機(jī)械手行程、刀庫位置、機(jī)械手支座、修正主軸坐標(biāo)原點(diǎn)等。安裝最大重量刀具時，要進(jìn)行多次刀庫到主軸位置的自動交換，使機(jī)械手換刀時做到準(zhǔn)確無誤，無撞擊。</p><p><b>　　3.7確定刀庫容量</b></p><p>　　刀庫容量設(shè)為20把。&

74、lt;/p><p>　　3.7.1確定刀庫形式</p><p>　　刀庫容量為20,容量不大，并且用于小型立式加工中心，因此決定采用盤式刀庫。盤式刀庫結(jié)構(gòu)簡單，應(yīng)用較多。此換刀裝置的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，成本較低，換刀可靠性較好。整個換刀過程時間大約為4秒。</p><p>　　3.7.2初步估計(jì)刀庫驅(qū)動轉(zhuǎn)矩及選定電機(jī)</p><p>　　刀庫驅(qū)動電動

75、機(jī)的選擇應(yīng)同時滿足刀庫運(yùn)轉(zhuǎn)時的負(fù)載扭矩和啟動時的加速扭矩的要求。</p><p><b>　　刀庫負(fù)載扭矩的計(jì)算</b></p><p>　　圓盤式刀庫負(fù)載扭矩估算方法：這種刀庫的負(fù)載扭矩主要用來克服刀具質(zhì)量的不平衡，估算按如下兩種情況進(jìn)行：第一，用平均重量的刀具插滿圓盤的半個圓，如圖4-1（a）所示，根據(jù)工藝要求所需的各種刀具，確定每個刀具的（包括刀柄）平均重量，而

76、其重心則設(shè)定為離刀庫回轉(zhuǎn)中心2/3半徑處。第二，把三把最重的刀具放在一起，如圖3-3（b）所示。按加工中心規(guī)格規(guī)定的最大刀具質(zhì)量算，而其重心則設(shè)定為離刀庫回轉(zhuǎn)中心半徑處。</p><p><b>　　刀庫加速扭矩的計(jì)算</b></p><p>　　式中 -刀庫選刀時的電動機(jī)轉(zhuǎn)速（r/min）；</p><p>　　-加速時間，通常取150~20

77、0ms；</p><p>　　-電動機(jī)轉(zhuǎn)子慣量（），可查樣本；</p><p>　　-負(fù)載慣量折算到電動機(jī)軸上的慣量（）</p><p>　　（a）刀具插滿圓盤的半個圓 （b）三把最重的刀具插在一起</p><p>　　圖3-3 刀庫負(fù)載轉(zhuǎn)矩計(jì)算方法</p><p>　　驅(qū)動電動機(jī)輸出扭矩計(jì)算</p>

78、<p>　　驅(qū)動電動機(jī)的輸出扭矩應(yīng)同時滿足刀庫負(fù)載扭矩和加速扭矩之和，將以上計(jì)算的刀庫負(fù)載扭矩和加速扭矩轉(zhuǎn)換為驅(qū)動電動機(jī)軸上的輸出扭矩的公式為</p><p>　　式中i-電動機(jī)軸至刀庫軸的速比；</p><p><b>　　-傳動效率。</b></p><p>　　考慮到實(shí)際情況比計(jì)算時所設(shè)定的條件復(fù)雜，電動機(jī)額定轉(zhuǎn)矩應(yīng)為負(fù)載扭

79、矩的1.2~1.5倍。</p><p>　　設(shè)定當(dāng)兩個最大刀具相鄰放置時，其間距為5毫米，則相鄰刀套中心距為85毫米，夾角為20度?？芍短追胖冒霃綖閙m，圓整為245mm。</p><p><b>　　刀庫負(fù)載扭矩的計(jì)算</b></p><p>　　按方法二進(jìn)行估算，即將三把最重的刀放在一起，則負(fù)載扭矩==389.8245=57.624<

80、;/p><p><b>　　加速扭矩的計(jì)算</b></p><p>　　設(shè)刀具最大運(yùn)動線速度為24m/min，則可確定刀庫選刀轉(zhuǎn)速為=15.6r/min，加速時間暫定為=200ms，電動機(jī)的轉(zhuǎn)子慣量可查相關(guān)樣本=2.14，</p><p>　　負(fù)載慣量折算到電動機(jī)軸上的慣量=30.01</p><p><b>　　

81、則可求得=0.26</b></p><p>　　驅(qū)動電動機(jī)的輸出扭矩應(yīng)同時滿足刀庫負(fù)載扭矩和加速扭矩之和</p><p>　　電動機(jī)軸到刀庫軸的速比為i=48,蝸輪蝸桿的傳動效率=0.7,</p><p>　　則可求得==1.72</p><p>　　電動機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩>(1.2~1.5) =(2.06~2.58) </

82、p><p>　　而所選電機(jī)轉(zhuǎn)矩為10</p><p>　　確定伺服電機(jī)型號為SM130-10N1500，其主要技術(shù)參數(shù)為：</p><p>　　額定功率 1.5Kw</p><p>　　額定轉(zhuǎn)速 1500r/min</p><p><b>　　額定電流 6A</b></p><

83、;p>　　轉(zhuǎn)子慣量 0.00214</p><p>　　機(jī)械時間常數(shù) 2.11ms</p><p>　　工作電壓 220V</p><p>　　3.7.3刀庫轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)的普通蝸輪蝸桿的相關(guān)設(shè)計(jì)</p><p>　　蝸桿頭數(shù)=1，初定傳動比為i=48，則蝸輪齒數(shù)=i=48，模數(shù)m=3.15，蝸桿分度圓直徑=48mm，蝸輪分度圓直徑=m

84、=151.2mm</p><p>　　中心距a=(+)/2=99.6mm,圓整中心距取=100mm，蝸輪變位系數(shù)=（a-）/m=-0.127，屬于1>=x>=-1的要求</p><p>　　蝸輪齒頂高=(1-0.127) 3.15=2.75mm</p><p>　　蝸輪齒根高=(1+0.2+0.127) 3.15=4.18mm</p>&l

85、t;p>　　蝸輪齒根圓直徑=151.2-24.18=142.84mm</p><p>　　蝸輪齒頂圓直徑=151.2+22.75=156.7mm</p><p>　　蝸桿齒頂圓直徑=48+213.15=54.3mm</p><p>　　蝸桿齒根圓直徑=48-23.15(1+0.2)=40.44mm</p><p>　　考慮到傳遞的功率不

86、大，轉(zhuǎn)速較低，選用ZA蝸桿傳動，精度為5fGB10089-1988。蝸桿材料選用35CrMo，表面淬火硬度45~55HRC,表面粗糙度Ra≤1.6μm。蝸輪材料選用ZCuAl10Fe3，表面淬火硬度45~55HRC,表面粗糙度Ra≤1.6μm。</p><p>　　蝸輪蝸桿其他計(jì)算參數(shù)：</p><p>　　蝸桿導(dǎo)程角r=arctan</p><p><b&g

87、t;　　蝸桿齒形角為20°</b></p><p>　　蝸桿軸向齒距積累誤差=0.0085mm</p><p>　　蝸桿軸向齒距極限偏差=±0.0048mm</p><p>　　蝸輪齒形誤差=0.0071mm</p><p>　　3.7.4確定刀具的選擇方式</p><p>　　刀具的選

88、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。</p><p>　　3.7.5刀庫結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　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15、蝸桿24、蝸輪

89、25，帶動刀盤和盤上的20個刀套旋轉(zhuǎn)，如圖3-4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(yīng)將處于刀庫刀盤最下位置的刀套旋轉(zhuǎn)90°，使刀頭朝下。實(shí)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(jìn)入撥叉59的缺口。撥叉上升

90、使刀套連同刀具逆時針方向旋轉(zhuǎn)90°，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。</p><p>　　刀套的構(gòu)造錐孔尾部有兩個球頭銷釘，后有彈簧用以夾住刀具，故當(dāng)?shù)短仔D(zhuǎn)90°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(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針轉(zhuǎn)動，直到水平位置為止，此時滾子銷重新處于

91、支撐板的凹槽中。</p><p>　　圖3-4 刀套結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　第4章 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　4.1機(jī)械手控制系統(tǒng)PLC的選擇</p><p>　　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

92、了廣泛的應(yīng)用。PLC 控制有以下優(yōu)點(diǎn)：</p><p><b>　　1、可靠性高</b></p><p>　　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(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。</p><p><b>　　2、易

93、操作性</b></p><p>　　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。</p><p><b>　　3、靈活性</b></p><

94、p>　　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。</p><p>　　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)整個機(jī)械手的控制功能。</p><p>　　4.2機(jī)械手的PLC控制系統(tǒng)限位開關(guān)的布局示意圖</p

95、><p>　　圖4-1 限位開關(guān)的布局示意圖</p><p>　　4.3機(jī)械手自動換刀系統(tǒng)的工作流程</p><p>　　機(jī)械手移動刀具的單個工作流程由復(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個過程全自動依次運(yùn)行。如下圖所示單個工作流程示意圖：</p&g

96、t;<p>　　圖4-2 自動控制原理圖</p><p>　　4.4機(jī)械手自動換刀系統(tǒng)的原理</p><p>　　該控制系統(tǒng)的基本控制原理如下：</p><p>　　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。</p><p>　　(2)復(fù)位工作控制原理如下：</p>

97、<p>　?、?機(jī)械手首先上移，直到運(yùn)動到最上端。</p><p>　?、?上移后，機(jī)械手開始右移。</p><p>　?、?右移完成后，機(jī)械手開始左轉(zhuǎn)，至此，復(fù)位工作完成。</p><p>　　(3)正式工作控制原理如下：</p><p>　?、?機(jī)械手開始左移，一直運(yùn)動到最左端。</p><p>　?、?

98、運(yùn)行到最左端后，機(jī)械手開始向下運(yùn)動。</p><p>　?、?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，時間由定時器控制，定時為1.0秒。</p><p>　　④ 機(jī)械手開始向上運(yùn)動，運(yùn)動到最上端。</p><p>　?、萆弦坪螅瑱C(jī)械手開始右移。</p><p>　　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。&

99、lt;/p><p>　?、?右轉(zhuǎn)完成后，機(jī)械手下移。</p><p>　?、?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。</p><p>　?、?工件松開后，機(jī)械手開始向上運(yùn)動。</p><p>　?、?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，此時機(jī)械手已加到初始位置。</p><p&

100、gt;　　該系統(tǒng)進(jìn)行自動連續(xù)循環(huán)工作。正常停車時，要求機(jī)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(yùn)行。重新啟動后，由于急停時機(jī)械手位置的不確定性，要進(jìn)行復(fù)位工作。</p><p>　　4.5 PLC的硬件I/O接口原理圖</p><p>　　圖4-3 三菱FX2N PLC接口電路圖</p><p>　　4.6自動換刀系統(tǒng)PLC程序的設(shè)計(jì)</p

101、><p><b>　　4.6.1編程軟件</b></p><p>　　采用三菱公司編程軟件FXGP/WIN-C,其界面如下所示</p><p>　　圖4-4 編程軟件界面圖</p><p>　　4.6.2 PLC的控制流程圖</p><p>　　圖4-5 自動控制流程框圖</p><

102、;p><b>　　4.6.3梯形圖</b></p><p><b>　　圖4-6 梯形圖</b></p><p><b>　　4.6.4 指令表</b></p><p><b>　　圖4-7 指令表</b></p><p>　　千萬不要刪除行尾的分節(jié)

103、符，此行不會被打印?！敖Y(jié)論”以前的所有正文內(nèi)容都要編寫在此行之前。</p><p><b>　　課程設(shè)計(jì)心得</b></p><p>　　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。</p><p>　　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

104、，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?！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

105、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)。</p><p>　　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

106、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

107、事故，我不禁時刻提示自己，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。</p><p><b>　　附錄1</b></p><p>　　結(jié)構(gòu)圖紙（A4時放在此附錄中，其他均單獨(dú)打?。?lt;/p><p><b>　　附錄2</b></p><p>　　

108、硬件電路圖（或接線圖）</p><p><b>　　附錄3</b></p><p><b>　　軟件控制程序</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[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</p

109、><p>　　[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，2003</p><p>　　[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，2003</p><p>　　[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，2003</p><p>　　[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

110、社，1995</p><p>　　[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)，2006</p><p>　　[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，2007</p><p>　　[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，2007</p><p>　

111、　[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，2005</p><p>　　[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，2000</p><p>　　[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，2004</p><p>　　[12] 加工中心應(yīng)用與維修

112、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</p><p>　　[13] 李佳.數(shù)控機(jī)床及應(yīng)用.北京：清華大學(xué)出版社，2002</p><p>　　[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,2000</p><p>　　[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</p><

113、;p>　　[16] M.B.Ko.Design of automatic tool changer for CNC machines.M.Sc. thesis,Mechanical EngineeringDepartmet, METU, Ankara, Turkey 1995</p><p>　　[17] H.S.Yan. A methodology for creative mechanism desi

114、gn. mechansism and machine,1992</p><p>　　[18] Beom-Sahng Ryuh, Sang Min Park, Gordon R. Pennock.An automatic tool changer and integrated software for a robotic die polishing station. Mechanism and Machine Th