畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）自動(dòng)換刀系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、v沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文學(xué) 院：繼續(xù)教育學(xué)院專 業(yè) ：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化考 號(hào)：學(xué) 生 姓 名： 張振華指 導(dǎo) 教 師： （教授） 2011 年 10 月畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯成績(jī)?cè)u(píng)定機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第 答辯委員會(huì)于 年 月 日審定了 班級(jí) 張振華 學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）。 設(shè)計(jì)（論文）題目： 自動(dòng)換刀系統(tǒng) 設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū)共 27 頁(yè)，設(shè)計(jì)圖紙 4 張。畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯委員會(huì)意見(jiàn)： 成 績(jī)： 機(jī)自 專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯委員會(huì)主任委員 （簽字）摘要本設(shè)計(jì)是斗笠式bt 4016刀庫(kù)。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能可靠。介紹了自動(dòng)換刀系統(tǒng)的意義、技術(shù)問(wèn)題、前景。分析了機(jī)械部

2、分、氣壓回路部分、電器部分的結(jié)構(gòu)及功能。并且綜合刀庫(kù)換刀的基本工作步驟，編制成自動(dòng)選刀的程序。采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)刀庫(kù)轉(zhuǎn)位，重復(fù)定位精度高，通過(guò)驅(qū)動(dòng)器控制步進(jìn)電機(jī)。氣壓控制刀庫(kù)移動(dòng)，動(dòng)作迅速、反應(yīng)快；通過(guò)plc控制，適時(shí)地發(fā)出控制信號(hào)，使相對(duì)應(yīng)的換向閥的電磁線圈得電或者失電，控制氣壓換相閥的位置，使氣缸按照設(shè)定方案移動(dòng)。通過(guò)輸入的預(yù)選刀號(hào)和讀取的當(dāng)前刀號(hào)自動(dòng)判斷換刀路徑，控制電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向，節(jié)省換刀時(shí)間。關(guān)鍵字：刀庫(kù) ,氣壓回路 目錄1緒論.11.1自動(dòng)換刀系統(tǒng)產(chǎn)品化的意義.11.2自動(dòng)換刀系統(tǒng)產(chǎn)品化的技術(shù)問(wèn)題.21.3 自動(dòng)換刀系統(tǒng)產(chǎn)品化的前景.32刀庫(kù)各部件的結(jié)構(gòu)及功能. 52.1機(jī)械部分.52

3、.1.1刀庫(kù)容量.52.1.2 刀座夾刀機(jī)構(gòu).62.1.3刀盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)、定位裝置.62.1.4刀庫(kù)滑動(dòng)導(dǎo)軌.72.2 氣壓回路.82.2.1 氣壓傳動(dòng)的特點(diǎn).82.2.2氣缸的選擇.92.2.3流量的計(jì)算與通徑的選擇.102.2.4空氣壓縮機(jī)的選擇及參數(shù).112.2.5氣壓回路圖.112.3刀座編號(hào).122.4步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器.132.4.1步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的作用.132.4.2步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的連接.142.5步進(jìn)電機(jī).152.6 plc.162.6.1 plc的概述.162.6.2 plc的主要功能及特點(diǎn).163程序編制.183.1 斗笠式刀庫(kù)控制流程圖.183.2 plc接線圖.193.3 梯形圖

4、.203.4 工作過(guò)程.25總結(jié).29致謝.30參考文獻(xiàn).31第27頁(yè)1 緒論1.1自動(dòng)換刀系統(tǒng)產(chǎn)品化的意義自動(dòng)換刀系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床的重要組成部分。刀具夾持元件的結(jié)構(gòu)特性及它與機(jī)床主軸的聯(lián)結(jié)方式，將直接影響機(jī)床的加工性能。刀庫(kù)結(jié)構(gòu)形式及刀具交換裝置的工作方式，則會(huì)影響機(jī)床的換刀效率。自動(dòng)換刀系統(tǒng)本身及相關(guān)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度，又會(huì)對(duì)整機(jī)的成本造價(jià)產(chǎn)生直接影響。從換刀系統(tǒng)發(fā)展的歷史來(lái)看，1956年日本富士通研究成功數(shù)控轉(zhuǎn)塔式?jīng)_床，美國(guó)ibm公司同期也研制成功了“apt”(刀具程序控制裝置)。1958年美國(guó)k&t公司研制出帶atc(自動(dòng)刀具交換裝置)的加工中心。1967年出現(xiàn)了fms(柔性制造系統(tǒng))。19

5、78年以后，加工中心迅速發(fā)展，帶有atc裝置，可實(shí)現(xiàn)多種工序加工的機(jī)床，步入了機(jī)床發(fā)展的黃金時(shí)代。1983年國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織制定了數(shù)控刀具錐柄的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，自動(dòng)換刀系統(tǒng)便形成了統(tǒng)一的結(jié)構(gòu)模式。目前國(guó)內(nèi)外數(shù)控機(jī)床自動(dòng)換刀系統(tǒng)中，刀具、輔具多采用錐柄結(jié)構(gòu)，刀柄與機(jī)床主軸的聯(lián)結(jié)、刀具的夾緊放松機(jī)構(gòu)及驅(qū)動(dòng)方式幾乎都采用同一種結(jié)構(gòu)模式。在這種模式中，機(jī)床主軸常采用空心的帶有長(zhǎng)拉桿、碟形彈簧組的結(jié)構(gòu)形式，由液壓或氣動(dòng)裝置提供動(dòng)力，實(shí)現(xiàn)夾緊放松刀柄的動(dòng)作。利用這種機(jī)構(gòu)夾持刀具進(jìn)行數(shù)控加工的最大問(wèn)題是，它不能同時(shí)獲得高的夾持剛度和刀具振擺精度，而且主軸結(jié)構(gòu)復(fù)雜，主軸軸向尺寸過(guò)大，加上它的液壓驅(qū)動(dòng)裝置及刀具輔具錐柄

6、的制造成本，使得自動(dòng)換刀系統(tǒng)的造價(jià)在機(jī)床整機(jī)中占有較大的比重。據(jù)有關(guān)資料介紹，在刀具采用錐柄夾頭、側(cè)壓夾頭以及彈簧夾頭夾緊性能的對(duì)比實(shí)驗(yàn)中，采用彈簧夾頭夾持刀具是唯一可同時(shí)獲得高的夾持剛度和振擺精度的理想元件。采用這種夾持元件，刀具或刀具輔具可作成圓柱柄，其制造成本低，精度易保證，這對(duì)大容量刀庫(kù)降低刀具輔具的制造成本，意義更為顯著。在現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床上亦有采用彈簧夾頭作為刀具的夾持元件，但機(jī)床的主軸結(jié)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)方式仍然采用與上述錐柄刀具完全相同的結(jié)構(gòu)形式。采用這種結(jié)構(gòu)模式，在實(shí)際數(shù)控加工中，尤其是在需要超高速主軸、主軸的徑向、軸向尺寸都很小、沒(méi)有足夠的換刀空間的微細(xì)加工場(chǎng)合中實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換刀將會(huì)是很困難

7、的，如果實(shí)施自動(dòng)換刀那將使機(jī)床成本大幅度提高。如在cnc控制磨削球面銑刀的數(shù)控磨削機(jī)床上，直接由高速電機(jī)驅(qū)動(dòng)主軸，使用小直徑盤(pán)形砂輪和指形砂輪加工球面銑刀，換刀空間很小，在這種條件下，將難以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換刀。國(guó)外最新研制的內(nèi)圓磨床上采用的彈簧夾頭自動(dòng)換刀裝置售價(jià)昂貴。1.2 自動(dòng)換刀系統(tǒng)產(chǎn)品化的技術(shù)問(wèn)題為了更好地簡(jiǎn)化數(shù)控機(jī)床主軸結(jié)構(gòu)，盡可能地減小換刀機(jī)構(gòu)對(duì)機(jī)床主軸結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)帶來(lái)的影響，采用彈簧夾頭這一理想的刀具夾持元件，在機(jī)床主軸的設(shè)計(jì)上除了軸端制作出與彈簧夾頭聯(lián)結(jié)的專用結(jié)構(gòu)外，機(jī)床主軸結(jié)構(gòu)完全可以根據(jù)其優(yōu)化要求來(lái)確定，從而可最大限度地提高機(jī)床主軸的工作性能。本研究以它巧妙的構(gòu)思，對(duì)換刀機(jī)械手、

8、刀具交換裝置、刀庫(kù)結(jié)構(gòu)形式以及驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行了新的設(shè)計(jì)，改變了傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模式。在本項(xiàng)研究中要解決的主要問(wèn)題有：1. 研究適用于機(jī)床主軸結(jié)構(gòu)并能滿足自動(dòng)換刀要求的高性能彈簧夾頭結(jié)構(gòu)模式彈簧夾頭的結(jié)構(gòu)及其制造工藝的優(yōu)化程度直接影響著它的使用性能。用于自動(dòng)換刀的彈簧夾頭必須具備夾緊力大，能夠自鎖和工作可靠的特點(diǎn)，而且還必須具有足夠的夾持剛度，同時(shí)便于刀具的軸向精確定位。2. 研究確定彈簧夾頭與機(jī)床主軸頭部可靠聯(lián)結(jié)的結(jié)構(gòu)方案彈簧夾頭與主軸采用軸頭聯(lián)結(jié)，這種聯(lián)結(jié)方式完全不影響機(jī)床主軸自身的優(yōu)化設(shè)計(jì)。彈簧夾頭對(duì)定尺寸柄刀具或定尺寸柄輔具的夾緊放松動(dòng)作采用主軸軸端外驅(qū)動(dòng)工作方式。因此要研究滿足以上要求的主軸軸

9、端結(jié)構(gòu)形式。2 換刀機(jī)械手與驅(qū)動(dòng)裝置的研究換刀機(jī)械手的主要任務(wù)是，完全模擬人手的換刀動(dòng)作，給機(jī)床主軸與彈簧夾頭提供相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)夾緊、放松刀具的動(dòng)作。機(jī)械手應(yīng)具備足夠的轉(zhuǎn)矩，該轉(zhuǎn)矩還必須恒定(可調(diào))。同時(shí)還應(yīng)使機(jī)械手具備結(jié)構(gòu)緊湊、占據(jù)空間小的特點(diǎn)，以適應(yīng)不同類型機(jī)床的換刀空間。換刀機(jī)械手完全采用電磁機(jī)械傳動(dòng)，以求最大限度地降低自動(dòng)換刀系統(tǒng)的成本造價(jià)。4. 刀庫(kù)結(jié)構(gòu)及刀庫(kù)驅(qū)動(dòng)方式的研究要在總結(jié)現(xiàn)有數(shù)控機(jī)床刀庫(kù)類型、刀架結(jié)構(gòu)、刀庫(kù)驅(qū)動(dòng)方式的基礎(chǔ)上，研制出夾持圓柱形定尺寸柄刀具或輔具的刀庫(kù)形式、刀架結(jié)構(gòu)和刀具交換裝置。同時(shí)包括刀庫(kù)的驅(qū)動(dòng)、定位機(jī)構(gòu)、刀具編碼方式的研究。5. 智能型控制系統(tǒng)的研究自動(dòng)換刀

10、系統(tǒng)采用單片機(jī)或plc控制，它通過(guò)幾條與主控機(jī)的聯(lián)絡(luò)信號(hào)線以及系統(tǒng)內(nèi)設(shè)置的自診斷、自適應(yīng)功能實(shí)現(xiàn)對(duì)換刀系統(tǒng)的全自動(dòng)控制管理。本研究已取得了階段性成果，并獲得了國(guó)家專利。該項(xiàng)研究包括：采用高性能彈簧夾頭夾持刀具，使用外驅(qū)動(dòng)機(jī)械手完成刀具的夾緊、放松，系統(tǒng)配置擴(kuò)展型鏈?zhǔn)降稁?kù)和刀具交換裝置，整機(jī)采用電磁機(jī)械傳動(dòng)、plc控制，換刀系統(tǒng)具有夾緊力大、夾緊力恒定(可調(diào))、自動(dòng)復(fù)位以及各種自檢保護(hù)功能，同時(shí)具有占據(jù)空間小的特點(diǎn)。研究的最終目標(biāo)是，期望能夠形成一種結(jié)構(gòu)緊湊、工作穩(wěn)定可靠、造價(jià)低廉、可供不同類型數(shù)控機(jī)床選型配套的智能型高性能自動(dòng)換刀系統(tǒng)系列產(chǎn)品。1.3自動(dòng)換刀系統(tǒng)產(chǎn)品化的前景隨著機(jī)械加工業(yè)的發(fā)展

11、，制造行業(yè)對(duì)于帶有自動(dòng)換刀系統(tǒng)的高效高性能加工中心的需求量越來(lái)越大。在現(xiàn)有的各種類型的加工中心中，傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的自動(dòng)換刀系統(tǒng)的造價(jià)在機(jī)床整機(jī)造價(jià)中總是占著很大比重，這是加工中心價(jià)格居高不下、應(yīng)用不普遍的重要原因。如果把自動(dòng)換刀系統(tǒng)的設(shè)計(jì)制造從現(xiàn)有加工中心的制造模式中分離出來(lái)，把它作為加工中心的標(biāo)準(zhǔn)件或附件組織專門化的生產(chǎn)，同時(shí)由于該項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用簡(jiǎn)化了機(jī)床主軸結(jié)構(gòu)、采用彈簧夾頭和外驅(qū)動(dòng)機(jī)械手等關(guān)鍵技術(shù)、采用圓柱柄刀具和輔具，這不僅使數(shù)控機(jī)床工作性能有所提高，而且使得由它配套構(gòu)成的加工中心的總體造價(jià)大幅度下降。低造價(jià)高性能的加工中心將會(huì)被中小廠廣泛接收，這樣必將給自動(dòng)換刀系統(tǒng)生產(chǎn)廠商和加工中心制造廠商

12、帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益。2 刀庫(kù)各部分的結(jié)構(gòu)及功能本刀庫(kù)屬于鼓輪式刀庫(kù)中的斗笠式。刀具軸線，刀盤(pán)軸線與主軸軸線平行；采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，刀座編碼式選刀，刀盤(pán)旋轉(zhuǎn)采用槽輪式，氣壓推動(dòng)刀盤(pán)移動(dòng)；plc控制，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換刀。2.1、機(jī)械部分2.1.1、刀庫(kù)的容量 決定刀庫(kù)容量時(shí)，首先要考慮用戶加工工藝的需要，同時(shí)還需要調(diào)查分析同類型、相近規(guī)格的自動(dòng)換刀機(jī)床的刀庫(kù)容量極其發(fā)展趨勢(shì)。由于帶自動(dòng)換刀扎的數(shù)控機(jī)床主要是在多品種、單件小批生產(chǎn)時(shí)使用，因而應(yīng)根據(jù)廣泛的工藝統(tǒng)計(jì)。依大多數(shù)工件加工時(shí)需要的刀具數(shù)量來(lái)確定刀庫(kù)容量，當(dāng)有數(shù)量較少的加工件需要較多的刀具時(shí)，可考慮使刀庫(kù)設(shè)計(jì)成在機(jī)床加工過(guò)程中能方便地更換個(gè)別或少量刀

13、具的辦法老加以解決，而不再增大到刀庫(kù)容量。用成組技術(shù)法對(duì)1500種工件進(jìn)行分組，并統(tǒng)計(jì)了各種切削加工所必需加工的刀具數(shù)之后，根據(jù)統(tǒng)計(jì)的結(jié)果，制成了圖2.1。從圖2.1可以看出，經(jīng)常使用的刀具種數(shù)并不多。如銑削加工，約占整個(gè)工作量的90%是僅用四種銑刀加工的。在即需銑又需要鉆的工件中，有7080%只需要14把刀具也就夠了（3把銑刀，11把孔加工刀具）。有根據(jù)另一種工藝統(tǒng)計(jì)，加工中等尺寸，一般復(fù)雜程度的工件，完成全部加工任務(wù)所需要的刀具種數(shù)，有80%是在1040種之間，只有極少數(shù)復(fù)雜零件所需要的刀具數(shù)在200把以上。從圖2.1可以看出，目前實(shí)際生產(chǎn)的刀庫(kù)，其容量也是在1540這個(gè)范圍內(nèi)居多。本設(shè)計(jì)

14、采用bt-4016t刀庫(kù)，可以滿足80%以上的加工需要。2.1.2、刀座夾刀機(jī)構(gòu)刀座夾刀機(jī)構(gòu)的作用：（1） 防止刀具在刀座中松脫。（如圖2.2）（2） 按一定方位存放刀具。如刀具在主軸上用單鍵傳遞扭矩，或精鏜孔時(shí)鏜刀刀尖需要按特定方位進(jìn)出工件加工孔，或?yàn)榱吮苊庋b在刀庫(kù)刀座中的鏜刀刀尖與相鄰刀座中大直徑銑刀刀盤(pán)相撞，刀具需要按一定方位存放在刀座中。1、刀盤(pán) 2、刀座 3、彈簧夾圖2.2 彈簧夾式夾刀機(jī)構(gòu)2.1.3、刀盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)、定位裝置本刀庫(kù)刀盤(pán)驅(qū)動(dòng)采用步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)槽輪機(jī)構(gòu)（如圖2.3）。圖2.3 槽輪機(jī)構(gòu)步進(jìn)電機(jī)與主動(dòng)撥盤(pán)3剛性連接，當(dāng)撥盤(pán)上的圓銷2未進(jìn)入槽輪2的徑向槽時(shí)，由于槽輪的內(nèi)凹鎖止弧被撥

15、盤(pán)1的外凸鎖止弧4卡住，所以槽輪不動(dòng)。圖示為圓銷2剛進(jìn)入槽輪徑向槽時(shí)的位置，此時(shí)鎖止弧也剛被松開(kāi)。此后，槽輪受圓銷2的驅(qū)使而轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)圓銷2在另一邊離開(kāi)徑向槽時(shí)，鎖止弧又被卡住，槽輪又靜止不動(dòng)。直至圓銷2再次進(jìn)入槽輪1的另一個(gè)徑向槽時(shí)，又重復(fù)上述運(yùn)動(dòng)。所以槽輪作時(shí)動(dòng)時(shí)停的間歇運(yùn)動(dòng)。槽輪傳動(dòng)準(zhǔn)確并且能有效的定位，驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一周，槽輪轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)刀位。2.1.4、刀庫(kù)滑動(dòng)導(dǎo)軌采用雙平行導(dǎo)軌，承受力平均，刀庫(kù)移動(dòng)順暢，平穩(wěn)。1、氣缸 2、導(dǎo)軌 3、滑塊 4、軸套圖2.4 雙平行導(dǎo)軌在換刀工作開(kāi)始，氣缸推動(dòng)滑塊在導(dǎo)軌上滑動(dòng)，導(dǎo)軌與滑塊之間的軸套采用錫青銅，導(dǎo)軌材料q235，所以滑動(dòng)順暢。2.2、氣壓回路2

16、.2.1、氣壓傳動(dòng)的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：1） 以空氣為工作介質(zhì)，工作介質(zhì)獲得比較容易，用后的空氣排到大氣中，處理方便，與液壓傳動(dòng)相比不必設(shè)置回收的油箱和管道。2） 因空氣的粘度很?。s為液壓油動(dòng)力粘度的萬(wàn)分之一），其損失也很小，所以便于集中供氣、遠(yuǎn)距離輸送。外泄漏不會(huì)像液壓傳動(dòng)那樣嚴(yán)重污染環(huán)境。3） 與液壓傳動(dòng)相比，氣壓傳動(dòng)動(dòng)作迅速、反應(yīng)快、維護(hù)簡(jiǎn)單、工作介質(zhì)清潔，不存在介質(zhì)變質(zhì)等問(wèn)題。4） 工作環(huán)境適應(yīng)性好，特別在易燃、易爆、多塵埃、強(qiáng)磁、輻射、振動(dòng)等惡劣工作環(huán)境中，比液壓、電子、電氣控制優(yōu)越。5） 成本低，過(guò)載能自動(dòng)保護(hù)。缺點(diǎn)：1） 由于空氣具有可壓縮性，因此工作速度穩(wěn)定性稍差。但采用氣液聯(lián)動(dòng)裝置會(huì)

17、得到較滿意的效果。2） 因工作壓力低（一般為0.31.0mpa），又因結(jié)構(gòu)尺寸不宜過(guò)大，總輸出力不宜大于1040kn。3） 噪聲較大，在高速排氣時(shí)要加消聲器。4） 氣動(dòng)裝置中的氣信號(hào)傳遞速度在聲速以內(nèi)比電子及光速慢，因此，氣動(dòng)控制系統(tǒng)不宜用于元件級(jí)數(shù)過(guò)多的復(fù)雜回路。5） 氣壓傳動(dòng)工作介質(zhì)本身沒(méi)有潤(rùn)滑性，如不采用無(wú)給油氣壓傳動(dòng)元件，需另加油霧器裝置潤(rùn)滑，而液壓系統(tǒng)無(wú)此問(wèn)題。2.2.2、氣缸的選擇刀庫(kù)最大重量 120kg滑塊、防塵罩、電機(jī)重量10kg刀庫(kù)移動(dòng)速度0.5m/s （2-1）其中工作p工作壓力 效率查表2.1取=63mm根據(jù) d/d=0.2 d=12.6mm取活塞桿 d=12mm表2.1

18、圖2.5 氣缸2.2.3、流量的計(jì)算與通經(jīng)的選擇氣缸內(nèi)徑 d=63mm額定速度 v=0.5m/s流量v= （2-2）v=v=1557.8根據(jù)表2.2查得，選通經(jīng)10mm。表2.2 標(biāo)準(zhǔn)控制閥各種通徑對(duì)應(yīng)的額定流量公稱通徑mm6810152025324050立方厘米/秒69613921944278355668350139201944427830立方米/小時(shí)2.5571020305070100升/分41.6783.34116.7166.7213.4500883.411671666.82.2.4、空氣壓縮機(jī)的選擇及參數(shù)選用v型空氣壓縮機(jī)2v0.4/10型。額定排氣量 0.4額定排氣壓力1mp電動(dòng)機(jī)功

19、率4.0kw額定轉(zhuǎn)速840r/min氣缸數(shù)氣缸直徑 290mm壓氣機(jī)儲(chǔ)氣罐容積0.26總重：158kg外形尺寸：lwh=1250510928生產(chǎn)廠：北京小型壓縮機(jī)廠2.2.5、氣壓回路圖圖2.6 氣壓回路圖圖中1為空氣壓縮機(jī)，其中包括馬達(dá)、氣泵、單向閥、儲(chǔ)氣罐。2為帶觸點(diǎn)的壓力表，當(dāng)儲(chǔ)氣罐中的壓力大于一定值時(shí)使馬達(dá)短電停止工作，在儲(chǔ)氣罐壓力小于一定值時(shí)馬達(dá)工作。3空氣過(guò)濾器。4是減壓閥是從儲(chǔ)氣罐出來(lái)的氣體達(dá)到氣缸的額定工作壓力。5壓力表，6空氣油霧氣，7安全閥過(guò)載保護(hù)裝置，8三位五通電磁閥，9氣缸。在當(dāng)8電磁閥ya1通電時(shí)，電磁閥處于左位，氣缸左側(cè)進(jìn)氣，活塞右移ya1失天點(diǎn)以后電磁閥處于中位，

20、氣缸不動(dòng)。ya2通電時(shí)氣缸左移退回。2.3、刀座編碼刀座編碼式是對(duì)刀庫(kù)中各刀座預(yù)先進(jìn)行固定的編碼，而插入刀座的刀具則沒(méi)有任何標(biāo)記，但當(dāng)?shù)毒卟迦氲蹲?，它就具有該刀座的編碼。采用這種選刀方式，則變成人員為工件編制加工程序時(shí)，不但要指出每一工序所需使用的刀具，而且還需要列出該刀具將要插入的刀庫(kù)刀座編碼，這樣，加工時(shí)才能靠刀座編碼識(shí)別裝置選出所需要的刀具，因此編制程序教復(fù)雜。此外，機(jī)床財(cái)政儀人員也必須按程遍文件的規(guī)定把各個(gè)刀具插入刀庫(kù)的刀座，否則就會(huì)發(fā)生事故。采用刀座編碼式選刀時(shí)，根據(jù)選刀指令所指定的刀庫(kù)刀座編碼，從刀庫(kù)中選取刀具；刀具還回刀庫(kù)時(shí)，必須還入其原來(lái)所占的刀座。因此，與順序選刀相比，選

21、，還刀時(shí)間較長(zhǎng)，運(yùn)動(dòng)也較復(fù)雜。與刀具編碼選刀方式相比，刀座編碼的識(shí)別裝置比較簡(jiǎn)單，其位置安排也較靈活。刀座編碼式選刀多用于中間傳遞換刀位置的、刀庫(kù)容量不太大的自動(dòng)換刀裝置。由于這種方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制系統(tǒng)也不復(fù)雜，因此應(yīng)用較廣泛。但不宜在刀庫(kù)與主軸之間直接進(jìn)行換刀的裝置中采用。刀座編碼的方法一般是根據(jù)二進(jìn)制編碼原理編碼的。如圖2.7所示，這是一組有32個(gè)編碼號(hào)的編碼元件。刀座編碼元件的數(shù)量與安置，根據(jù)刀庫(kù)形式的不同可以有所不同。對(duì)于刀座在刀庫(kù)中呈單環(huán)排列的，可在適當(dāng)?shù)奈恢孟鄬?duì)于沒(méi)一刀座設(shè)置一個(gè)編碼元件。在多環(huán)鏈?zhǔn)?、行星式，彈簧夾式等一類的刀庫(kù)中，由于刀座在刀庫(kù)中是分組排列的，故也可以采用分組式編

22、碼。例如刀庫(kù)容量60把刀具，采用5排同步運(yùn)動(dòng)的刀座鏈條的刀庫(kù)，可以只在一排刀座鏈條中安置12個(gè)刀具編碼，而其他四排刀座鏈條均不在設(shè)刀座編碼。但是每一排刀座鏈條均設(shè)有一分組編碼，這樣就可以識(shí)別60個(gè)刀座，既減少了編碼元件有簡(jiǎn)化了識(shí)別控制裝置。2.4、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器2.4.1、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的作用步進(jìn)電機(jī)是一種作為控制用的特種電機(jī), 它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度(稱為“步距角”)一步一步運(yùn)行的, 其特點(diǎn)是沒(méi)有積累誤差, 所以廣泛應(yīng)用于各種開(kāi)環(huán)控制。步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行要有一電子裝置進(jìn)行驅(qū)動(dòng), 這種裝置就是步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器, 它是把控制系統(tǒng)發(fā)出的脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)化為步進(jìn)電機(jī)的角位移, 或者說(shuō): 控制系統(tǒng)每發(fā)一個(gè)脈沖信號(hào)

23、, 通過(guò)驅(qū)動(dòng)器就使步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)一步距角。所以步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速與脈沖信號(hào)的頻率成正比。所以，控制步進(jìn)脈沖信號(hào)的頻率，可以對(duì)電機(jī)精確調(diào)速；控制步進(jìn)脈沖的個(gè)數(shù)，可以對(duì)電機(jī)精確定位目的。優(yōu)點(diǎn)：1） 完全消除了電機(jī)的低頻振蕩。低頻振蕩是步進(jìn)電機(jī)（尤其是反應(yīng)式電機(jī)）的固有特性，而細(xì)分是消除它的唯一途徑，如果您的步進(jìn)電機(jī)有時(shí)要在共振區(qū)工作（如走圓弧），選擇細(xì)分驅(qū)動(dòng)器是唯一的選擇。2） 提高了電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩。細(xì)分比不細(xì)分，輸出轉(zhuǎn)矩對(duì)各種電機(jī)都有不同程度的提升提高了電機(jī)的分辨率。3） 減小了步距角，提高了步距的均勻度。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器分為：混合式、反應(yīng)式?；旌鲜脚c反應(yīng)式之間的區(qū)別：1） 在結(jié)構(gòu)和材料上不同，反應(yīng)式電

24、機(jī)不象混合式電機(jī)那樣內(nèi)部具有永久磁性材料，混合式電機(jī)具有一定的自鎖轉(zhuǎn)矩。2） 在運(yùn)行性能上有差別，混合式電機(jī)運(yùn)行時(shí)相對(duì)較平穩(wěn)，輸出力矩相對(duì)較大，運(yùn)行聲音小。3） 兩種電機(jī)在價(jià)格上有差別，反應(yīng)式電機(jī)比混合式電機(jī)相對(duì)便宜，但并不明顯。端子標(biāo)記功能說(shuō)明cp步進(jìn)脈沖信號(hào)輸入端光耦開(kāi)通沿有效，最小脈沖10cw/ccw方向控制信號(hào)輸入端光耦關(guān)斷時(shí)為正轉(zhuǎn)，接通時(shí)為反轉(zhuǎn)com信號(hào)公共端cp，cw/ccw，內(nèi)部光耦的公共地aa相頭輸出aa相尾輸出bb相頭輸出bb相尾輸出cc相頭輸出cc相尾輸出ac220v電源輸入額定電壓ac220v，10a2.4.2、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的連接表圖2.8 步進(jìn)電機(jī)的硬件連接2.5、步

25、進(jìn)電機(jī)步進(jìn)電機(jī)有步距角（涉及到相數(shù)）、靜轉(zhuǎn)矩、及電流三大要素組成。一旦三大要素確定，步進(jìn)電機(jī)的型號(hào)便確定下來(lái)了。1、 步距角的選擇電機(jī)的步距角取決于負(fù)載精度的要求，將負(fù)載的最小分辨率（當(dāng)量）換算到電機(jī)軸上，每個(gè)當(dāng)量電機(jī)應(yīng)走多少角度（包括減速）。電機(jī)的步距角應(yīng)等于或小于此角度。目前市場(chǎng)上步進(jìn)電機(jī)的步距角一般有0.36度/0.72度（五相電機(jī)）、0.9度/1.8度（二、四相電機(jī)）、1.5度/3度 （三相電機(jī)）等。2、 靜力矩的選擇步進(jìn)電機(jī)的動(dòng)態(tài)力矩一下子很難確定，我們往往先確定電機(jī)的靜力矩。靜力矩選擇的依據(jù)是電機(jī)工作的負(fù)載，而負(fù)載可分為慣性負(fù)載和摩擦負(fù)載二種。單一的慣性負(fù)載和單一的摩擦負(fù)載是不存在

26、的。直接起動(dòng)時(shí)（一般由低速）時(shí)二種負(fù)載均要考慮，加速起動(dòng)時(shí)主要考慮慣性負(fù)載，恒速運(yùn)行進(jìn)只要考慮摩擦負(fù)載。一般情況下，靜力矩應(yīng)為摩擦負(fù)載的2-3倍內(nèi)好，靜力矩一旦選定，電機(jī)的機(jī)座及長(zhǎng)度便能確定下來(lái)（幾何尺寸）3、 電流的選擇靜力矩一樣的電機(jī)，由于電流參數(shù)不同，其運(yùn)行特性差別很大，可依據(jù)矩頻特性曲線圖，判斷電機(jī)的電流（參考驅(qū)動(dòng)電源、及驅(qū)動(dòng)電壓）2.6、plc2.6.1、plc的概述可編程序控制器plc在現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化中是最值得重視的先進(jìn)控制技術(shù)。plc現(xiàn)已成為現(xiàn)代工業(yè)控制三大支柱（plc、cad/cam、robat）之一，以其可靠性高、邏輯功能強(qiáng)、體積小、可在線修改控制程序、具有遠(yuǎn)程通信聯(lián)網(wǎng)功能、

27、易于與計(jì)算機(jī)接口、能對(duì)模擬量進(jìn)行控制、具備高速記數(shù)等功能，日益取代由大量中間繼電器、時(shí)間繼電器、記數(shù)繼電器等組成的斷電接觸控制系統(tǒng)，在機(jī)械、化工、石油、冶金、電力、輕工、電子、紡織、食品、交通等行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。plc的應(yīng)用深度和廣度已經(jīng)成為一個(gè)國(guó)家工業(yè)先進(jìn)水平的重要標(biāo)志之一。2.6.2、plc的主要功能及特點(diǎn)功能：1） 條件控制plc具有邏輯運(yùn)算功能，可以替代繼電器進(jìn)行開(kāi)關(guān)量控制；2） 限時(shí)控制plc具有計(jì)時(shí)功能，為用戶提供指令設(shè)置的若干個(gè)電子計(jì)時(shí)器進(jìn)行限時(shí)控制和延時(shí)控制；3） 記數(shù)控制plc具有記數(shù)控制功能，它為用戶提供了可用指令設(shè)置記數(shù)值得若干個(gè)計(jì)數(shù)器。記數(shù)值可在運(yùn)行中讀出和修改；4）

28、步進(jìn)控制plc具有步進(jìn)控制功能，只是在前到工序完成后才能轉(zhuǎn)入下道工序，實(shí)現(xiàn)步進(jìn)控制；5） 模數(shù)（a/d）、數(shù)模（d/a）轉(zhuǎn)換完成對(duì)模擬量的控制和 pid回路調(diào)節(jié)；6） 數(shù)據(jù)處理plc具有數(shù)據(jù)處理功能。如并行運(yùn)算、并行數(shù)據(jù)傳送、bcd碼的算術(shù)運(yùn)算等；7） 通信和聯(lián)網(wǎng)plc采用通信技術(shù)、進(jìn)行遠(yuǎn)程i/o控制和plc之間的同位連接，以及與上位計(jì)算機(jī)進(jìn)行上位連接，構(gòu)成一臺(tái)計(jì)算機(jī)與多臺(tái)plc的“集中控制、分散控制”的分布控制網(wǎng)絡(luò)，以完成大規(guī)模的復(fù)雜控制；8） 對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控操作人員可以監(jiān)控有關(guān)部分的運(yùn)行狀態(tài)，調(diào)速定時(shí)、記數(shù)等設(shè)定值；9） 自診斷功能plc可以在線診斷本系統(tǒng)的軟硬件狀況，診斷機(jī)器和生產(chǎn)過(guò)

29、程的狀況。特點(diǎn)：1） 工作可靠工作可靠是plc最突出的特點(diǎn)之一。一般plc都采用單片機(jī)為核心，少數(shù)采用單片plc的故障率（據(jù)統(tǒng)計(jì)，plc控制裝置的故障70%為連接故障）。此外，plc還具有斷電保護(hù)和自診斷功能，以應(yīng)付故障的發(fā)生。2） 可與工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)直接輸入輸出連接plc最大的特點(diǎn)之一是針對(duì)不同的現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)（如直流和交流，開(kāi)關(guān)量與模擬量，電壓與電流，脈沖或電平，電或弱電等），有相應(yīng)的輸入輸出模件可與工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的器件（如按鈕、行程開(kāi)關(guān)、傳感器及變換器、電磁閥、馬達(dá)啟動(dòng)或控制閥等）直接連接，并通過(guò)數(shù)據(jù)總路線與處理器模件連接。3） 組合靈活plc通常采用積木式結(jié)構(gòu)，便于將plc與數(shù)據(jù)總線連接，組合成靈活

30、的控制系統(tǒng)。4） 編程容易plc的編程多采用梯形圖編程方式及命令語(yǔ)句的方式。由于簡(jiǎn)單、形象、易于現(xiàn)場(chǎng)人員理解與掌握，而無(wú)需具備計(jì)算機(jī)專門知識(shí)。5） 安裝簡(jiǎn)單、維修方便plc對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境要求不高，使用時(shí)只需將檢測(cè)器及直性設(shè)備與plc的i/o子連接無(wú)誤，系統(tǒng)便可工作。各模塊均有狀態(tài)指示，故障指示。用戶可通過(guò)更換模塊迅速恢復(fù)生產(chǎn)，壓縮故障停機(jī)時(shí)間。6） 運(yùn)行迅速plc的特點(diǎn)是工作快節(jié)奏、高速度，為繼電器邏輯控制所望塵莫及。3 程序編制3.1斗笠式刀庫(kù)控制流程圖開(kāi)始讀入當(dāng)前刀具號(hào)存放在c11中，輸入預(yù)選刀號(hào)存放在c112中c11-c12是否有為零 是 電磁鐵ya1通電，氣缸推動(dòng)刀庫(kù)向主軸方向移動(dòng) 否 觸

31、動(dòng) 行程開(kāi)關(guān) st1電磁鐵ya1斷電氣缸停止運(yùn)動(dòng)。 延時(shí)5秒c11c12 否 是 c11-c12-80c12-c11-80 是 否 否 是步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)c11-c12 不為零 為零 延時(shí)5秒電磁鐵ya2通電氣缸返回 觸動(dòng) 行程 開(kāi)關(guān) st2電磁鐵ya2斷電氣缸停止結(jié)束圖3.1 控制流程圖3.2plc接線圖圖3.2 plc接線圖3.3梯形圖表3.1 寄存器作用序 號(hào)功 能c11存放當(dāng)前刀具代碼c12存放有串行口輸入的預(yù)選刀具代碼c13存放c11-c12的數(shù)值c14存放c11與c12的差值t0計(jì)時(shí)器，延時(shí)5秒用來(lái)取刀t1計(jì)時(shí)器，延時(shí)5秒用來(lái)裝刀t2計(jì)時(shí)器，延時(shí)0.03秒，每次

32、發(fā)出脈沖時(shí)間的間隔r0輔助電磁線圈r1輔助電磁線圈r31專門存放運(yùn)算溢出或錯(cuò)誤標(biāo)志。在減法時(shí)判斷2個(gè)數(shù)的大小3.4 工作過(guò)程1、自動(dòng)刀庫(kù)在起始位置時(shí)行程開(kāi)關(guān)x5接通，由串行口輸入一個(gè)預(yù)選刀號(hào)，將其存放在c12中；比較c12與從讀碼器傳來(lái)的當(dāng)前刀座編號(hào)，比較結(jié)果不為0時(shí)，輸出y0，氣缸向主軸方向移動(dòng)；當(dāng)氣缸達(dá)到換刀位置觸動(dòng)行程開(kāi)關(guān)x6，y0斷電，氣缸停止移動(dòng)，并延時(shí)5秒鐘從主軸上取刀。然后判斷當(dāng)前刀座編號(hào)c11與c12的大小：1、c11大于c12時(shí)，c11c12沒(méi)有溢出，繼續(xù)判斷c11c128的結(jié)果是否有溢出（溢出存放在r31中），如果有給步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器一反轉(zhuǎn)信號(hào)。如果有溢出不給信號(hào)，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器默認(rèn)為正轉(zhuǎn)。2、