自動(dòng)換刀加工中心.doc

PLC編程課題研修設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)設(shè)計(jì)課題：自動(dòng)換刀加工中心專業(yè)班級(jí)：學(xué)生姓名：學(xué)號(hào)：指導(dǎo)老師：寧波技師學(xué)院電氣技術(shù)系二零一一年三月加工中心盤(pán)式刀庫(kù)自動(dòng)換刀設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)1摘要90年代以來(lái)，數(shù)控加工技術(shù)得到迅速的普及和發(fā)展。加工中心作為新時(shí)代數(shù)控機(jī)床的代表，已在機(jī)床領(lǐng)域廣泛使用。自動(dòng)換刀裝置作為加工中心最重要的部分之一，它的發(fā)展也直接決定了加工中心的發(fā)展。本論文完成的是加工中心盤(pán)式刀庫(kù)的傳動(dòng)設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及傳動(dòng)部分的動(dòng)力設(shè)計(jì)。這種刀庫(kù)在數(shù)控加工中心上應(yīng)用非常廣泛，其換刀過(guò)程簡(jiǎn)單，換刀時(shí)間短，定位精度高；總體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，動(dòng)作準(zhǔn)確可靠；維護(hù)方便，成本低。本刀庫(kù)滿載裝刀20把，采用單環(huán)排列方式放置，按就近選刀原則選刀。本次設(shè)計(jì)中的機(jī)械手采用單臂雙手式機(jī)械手，這種機(jī)械手的優(yōu)點(diǎn)是可以同時(shí)完成插刀和拔刀動(dòng)作，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，換刀時(shí)間短。關(guān)鍵詞：加工中心；盤(pán)式刀庫(kù)；機(jī)械手；自動(dòng)換刀裝置加工中心盤(pán)式刀庫(kù)自動(dòng)換刀設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)2目錄摘要1目錄21加工中心41.1加工中心的分類42刀庫(kù)52.1刀庫(kù)的主要構(gòu)件52.2刀庫(kù)的特點(diǎn)53刀庫(kù)的設(shè)計(jì)及計(jì)算73.1確定刀庫(kù)容量73.2確定刀庫(kù)形式73.3初步估計(jì)刀庫(kù)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩及選定電機(jī)74加工中心刀具庫(kù)換刀方式105加工中心刀庫(kù)定位控制應(yīng)用115.1控制要求115.2刀庫(kù)輸入/輸出及內(nèi)部繼電器地址分配116刀庫(kù)控制的程序設(shè)計(jì)126.1PLC接線圖126.2自動(dòng)換刀程序流程圖136.3自動(dòng)換刀程序梯形圖156.4PLC程序工作原理197元器件的選擇228元器件清單24總結(jié)25參考文獻(xiàn)26加工中心盤(pán)式刀庫(kù)自動(dòng)換刀設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)31加工中心加工中心（MachiningCenter,MC）是適應(yīng)省力、省時(shí)和節(jié)能的時(shí)代要求而迅速發(fā)展起來(lái)的自動(dòng)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(dòng)技術(shù)、現(xiàn)代控制理論、測(cè)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(cè)量和調(diào)整時(shí)間，減少工件周轉(zhuǎn)、搬運(yùn)存放時(shí)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(shuō)，加工中心不僅提高了工件的加工精度，而且是數(shù)控機(jī)床中生產(chǎn)率和自動(dòng)化程度最高的綜合性機(jī)床。1.1加工中心的分類按主軸加工時(shí)的空間位置分類有：臥式和立式加工中心。臥式加工中心是指主軸軸線水平設(shè)置的加工中心。臥式加工中心有多種形式，如固定立柱式或固定工作臺(tái)式。固定立柱式的臥式加工中心的立柱不動(dòng)，其主軸箱在立柱上做上下移動(dòng)，而工作臺(tái)可在兩個(gè)水平方向移動(dòng)；固定工作臺(tái)式的臥式加工中心的三個(gè)坐標(biāo)方向的運(yùn)動(dòng)由立柱和主軸箱的移動(dòng)來(lái)定位，安裝工件的工作臺(tái)是固定不動(dòng)的(指直線運(yùn)動(dòng))。臥式加工中心一般具有3個(gè)5個(gè)運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)軸，常見(jiàn)的是三個(gè)直線運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)軸和一個(gè)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)軸(回轉(zhuǎn)工作臺(tái))它能在工件一次裝夾后完成除安裝面和頂面以外的其余四個(gè)面的加工，最適合加工箱體類工件。它與立式加工中心相比，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、占地面積大、質(zhì)量大、價(jià)格亦高。立式加工中心立式加工中心主軸的軸線為垂直設(shè)置，其結(jié)構(gòu)多為固定立柱式，工作臺(tái)為十字滑臺(tái)，適合加工盤(pán)類零件，一般具有三個(gè)直線運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)軸，并可在工作臺(tái)上安置一個(gè)水平軸的數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)(第四軸)來(lái)加工螺旋線類零件。立式加工中心結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，占地面積小，價(jià)格低，配備各種附件后，可進(jìn)行大部分工件的加工。大型龍門(mén)式加工中心主軸多為垂直設(shè)置，尤其適用于大型或形狀復(fù)雜的工件，像航空、航天工業(yè)及大型汽輪機(jī)上的某些零件的加工都需要用這類多坐標(biāo)龍門(mén)式加工中心。五面加工中心這種加工中心具有立式和臥式加工中心的功能，在工件一次裝夾后，能完成除安裝面外的所有五個(gè)面的加工，這種加工方式可以使工件的形狀誤差降到最低；省去二次裝夾工件，從而提高生產(chǎn)效率，降低加工成本。加工中心盤(pán)式刀庫(kù)自動(dòng)換刀設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)42刀庫(kù)刀庫(kù)是提供自動(dòng)化加工過(guò)程中所需之儲(chǔ)刀及需求的一種裝置；其自動(dòng)換刀機(jī)構(gòu)及可以儲(chǔ)放多把刀具的刀庫(kù)；改變了傳統(tǒng)以人為主的生產(chǎn)方式。藉由電腦程式的控制，可以完成各種不同的加工需求，如銑削、鉆孔、鏜孔、攻牙等。大幅縮短加工時(shí)程，降低生產(chǎn)成本；這是刀庫(kù)系統(tǒng)的最大特點(diǎn)。近年來(lái)刀庫(kù)的發(fā)展已超越其為工具機(jī)配件的角色，在其特有的技術(shù)領(lǐng)域中發(fā)展出符合工具機(jī)高精度、搞效能、高可靠度及多工復(fù)合等概念之產(chǎn)品。其產(chǎn)品的優(yōu)劣，關(guān)系到工具機(jī)的整體效能表現(xiàn)。2.1刀庫(kù)的主要構(gòu)件刀庫(kù)主要是提供儲(chǔ)刀位置，并能依程式的控制，正確選擇刀具加以定位，以進(jìn)行刀具交換；換刀機(jī)構(gòu)則是執(zhí)行刀具交換的動(dòng)作。刀庫(kù)必須與換刀機(jī)構(gòu)同時(shí)存在，若無(wú)刀庫(kù)則加工所需刀具無(wú)法事先儲(chǔ)備；若無(wú)換刀機(jī)構(gòu)，則加工所需刀具無(wú)法自刀庫(kù)依序更換，而失去降低非切削時(shí)間的目的。此二者在功能及運(yùn)用上相輔相成缺一不可。2.2刀庫(kù)的特點(diǎn)圓盤(pán)式刀庫(kù)特點(diǎn)圓盤(pán)式刀庫(kù)應(yīng)該稱之為固定地址換刀刀庫(kù)，即每個(gè)刀位上都有編號(hào)，一般從1遍到12、18、20、24等，即為刀號(hào)地址，操作者把一把刀具安裝進(jìn)某一刀位后，不管該刀具更換多少次，總是在該刀位內(nèi)。1、制造成本低。主要部件是刀庫(kù)體及分度盤(pán)，只要這兩件零件加工精度得到保證即可，運(yùn)動(dòng)部件中刀庫(kù)的分度使用的是非常經(jīng)典的“馬氏機(jī)構(gòu)”，前后、上下運(yùn)動(dòng)主要選用氣缸。裝配調(diào)整比較方便，維護(hù)簡(jiǎn)單。一般機(jī)床制造廠家都能自制。2、刀號(hào)的計(jì)數(shù)原理。一般在換刀位置安裝一個(gè)無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)，1號(hào)刀位上安裝擋板。每次機(jī)床開(kāi)機(jī)后刀庫(kù)必須“回零”，刀庫(kù)在旋轉(zhuǎn)時(shí)，只要擋板靠近（區(qū)里為0.3mm左右）無(wú)出帶你開(kāi)關(guān)，數(shù)控系統(tǒng)就默認(rèn)為1號(hào)刀。并以此為計(jì)數(shù)基準(zhǔn)，“馬加工中心盤(pán)式刀庫(kù)自動(dòng)換刀設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)5氏機(jī)構(gòu)”轉(zhuǎn)過(guò)幾次。當(dāng)前就是幾號(hào)刀。只要機(jī)床不關(guān)機(jī)，當(dāng)前刀號(hào)就被記憶。刀具更換時(shí)，一般按最近區(qū)里旋轉(zhuǎn)原則，刀號(hào)編號(hào)按逆時(shí)針?lè)较?。如果刀?kù)數(shù)量是18，當(dāng)前刀號(hào)位8，要換6號(hào)刀，按最近距離換刀原則，刀庫(kù)是逆時(shí)針轉(zhuǎn)。如果換10號(hào)刀，刀庫(kù)是順時(shí)針轉(zhuǎn)。機(jī)床關(guān)機(jī)后刀具記憶清零。3、固定地址換刀刀庫(kù)換刀時(shí)間比較長(zhǎng)國(guó)內(nèi)的機(jī)床一般要8秒以上（從一次切削刀另一次切削）。4、圓盤(pán)式刀庫(kù)是總刀數(shù)量受限制，不宜過(guò)多，一般40#刀柄的不超過(guò)24把，50#的不超過(guò)20把，大型龍門(mén)機(jī)床也有把圓盤(pán)轉(zhuǎn)變?yōu)殒準(zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)，刀具數(shù)量多達(dá)60把。加工中心盤(pán)式刀庫(kù)自動(dòng)換刀設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)63刀庫(kù)的設(shè)計(jì)及計(jì)算3.1確定刀庫(kù)容量刀庫(kù)容量設(shè)為20把。3.2確定刀庫(kù)形式刀庫(kù)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(pán)式刀庫(kù)。盤(pán)式刀庫(kù)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，應(yīng)用較多。此換刀裝置的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本較低，換刀可靠性較好。整個(gè)換刀過(guò)程時(shí)間大約為4秒。3.3初步估計(jì)刀庫(kù)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩及選定電機(jī)刀庫(kù)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的選擇應(yīng)同時(shí)滿足刀庫(kù)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的負(fù)載扭矩FT和啟動(dòng)時(shí)的加速扭矩JT的要求。（1）刀庫(kù)負(fù)載扭矩FT的計(jì)算圓盤(pán)式刀庫(kù)負(fù)載扭矩FT估算方法：這種刀庫(kù)的負(fù)載扭矩主要用來(lái)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(pán)的半個(gè)圓，如圖2-1（a）所示，根據(jù)工藝要求所需的各種刀具，確定每個(gè)刀具的（包括刀柄）平均重量CPW，而其重心則設(shè)定為離刀庫(kù)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2-1（b）所示。按加工中心規(guī)格規(guī)定