加工中心刀具庫(kù)機(jī)構(gòu)及控制電路設(shè)計(jì)

1、圖書(shū)分類(lèi)號(hào)：密 級(jí)：畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)加工中心刀具庫(kù)機(jī)構(gòu)及控制電路設(shè)計(jì)Machining center tool library institutions and control circuit design學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明： 所呈交的學(xué)位論文，是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行研究工作所取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用或參考的內(nèi)容外，本論文不含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)過(guò)的作品或成果。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)注。本人完全意識(shí)到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。論文作者簽名：學(xué)位論文版權(quán)協(xié)議書(shū)本人完全了解關(guān)于收集、保存、使用學(xué)位論文的規(guī)定，即：本校學(xué)生

2、在學(xué)習(xí)期間所完成的學(xué)位論文的知識(shí)產(chǎn)權(quán)歸所擁有。有權(quán)保留并向國(guó)家有關(guān)部門(mén)或機(jī)構(gòu)送交學(xué)位論文的紙本復(fù)印件和電子文檔拷貝，允許論文被查閱和借閱。可以公布學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容，可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容提交至各類(lèi)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行發(fā)布和檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。論文作者簽名：摘要電氣時(shí)代以來(lái)，人們的生產(chǎn)水平有了明顯的改善，對(duì)于物質(zhì)的需求越來(lái)越高。老式的數(shù)控機(jī)床已經(jīng)與時(shí)代脫節(jié)了。我們迫切的需要替代品來(lái)滿(mǎn)足生產(chǎn)的需要。此時(shí)，新的數(shù)控加工中心（Machining Center，簡(jiǎn)稱(chēng)MC）應(yīng)運(yùn)而生。它有一個(gè)存放刀具的地方，同時(shí)可以對(duì)多把刀具進(jìn)行轉(zhuǎn)換，對(duì)零件采取多方面加工的

3、機(jī)床。工件在機(jī)床上完成一次性的裝夾后，我們可以通過(guò)不同的需求來(lái)使用PLC控制系統(tǒng)指引機(jī)床進(jìn)行不同的工序加工。刀具庫(kù)通過(guò)變速箱的變速來(lái)實(shí)現(xiàn)刀庫(kù)靈活的旋轉(zhuǎn)。這時(shí)候主軸進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，與刀庫(kù)的刀具進(jìn)去相互切換。計(jì)算機(jī)的參與不僅能夠增加操作的準(zhǔn)確度，避免不必要的麻煩，而且最重要的就是縮短時(shí)間，降低了成本。所以說(shuō)，在未來(lái)的制造業(yè)市場(chǎng)中，加工中心的地位將得到顯著的提升，各行各業(yè)都會(huì)對(duì)加工中心的存在有一個(gè)全新的認(rèn)識(shí)。關(guān)鍵詞 刀具庫(kù) 自動(dòng)換刀 一次性 PLC控制AbstractThe electrical era, people have a significant improvement in the livin

4、g standard, the material demand more and more high. The old NC machine has to keep pace with the times. We urgently need alternatives to meet the needs of production. At this time, the new CNC machining center (Machining Center, referred to as MC) emerge as the times require. It is a tool has its ow

5、n library, and can realize the automatic tool change, various aspects of the machine tool on the work piece processing. The work piece on the machine to complete the one-time clamping, we can use different needs to use the PLC control system of machine tool for processing different guidelines. The t

6、ool base through the variable-speed gearbox to achieve flexible rotary knife. When the spindle motion, and tool in switch. In the computer can not only increase the accuracy of operation, to avoid unnecessary trouble, but the most important is to shorten the time, reduce the cost. So, in the future

7、of manufacturing industry, machining center's position will be significantly improved, all walks of life will be on the machining center has a new understanding.KeywordsTool library Automatic tool changer A one-time PLC control 目 錄摘要IAbstractII1 緒論11.1 加工中心刀具庫(kù)研究的背景、目的和意義11.1.1 研究的目的和意義11.2 國(guó)內(nèi)外加工

8、中心的研究現(xiàn)狀11.2.1 國(guó)外加工中心的發(fā)展歷程11.2.2 國(guó)內(nèi)加工中心的發(fā)展歷程21.2.3 現(xiàn)代加工中心的發(fā)展趨勢(shì)21.3 課題研究的主要任務(wù)、內(nèi)容與方法21.3.1 課題的主要任務(wù)、內(nèi)容21.3.2 課題的主要解決方法31.4 研究課題的技術(shù)路線(xiàn)32 加工中心刀具庫(kù)機(jī)構(gòu)的總體設(shè)計(jì)42.1 刀具庫(kù)42.1.1刀庫(kù)的定義42.1.2自動(dòng)換刀系統(tǒng)42.1.3自動(dòng)換刀種類(lèi)42.2 刀具庫(kù)的常用類(lèi)型52.2.1 盤(pán)式刀庫(kù)52.2.2 鏈?zhǔn)降稁?kù)62.2.3 固定型格子盒式刀庫(kù)72.2.3 斗笠式刀庫(kù)72.3 刀具庫(kù)機(jī)構(gòu)的確定82.3.1 刀具數(shù)量82.3.2 刀庫(kù)形式確立82.3.3 盤(pán)式刀庫(kù)的

9、優(yōu)點(diǎn)82.4 換刀方式的選擇82.4.1 無(wú)機(jī)械手換刀82.4.2 換刀過(guò)程92.5 刀具庫(kù)驅(qū)動(dòng)電機(jī)參數(shù)的確立92.5.1 刀庫(kù)加速扭矩TJ確立92.5.2 驅(qū)動(dòng)電機(jī)扭矩TD 確定93刀庫(kù)減速箱的設(shè)計(jì)113.1 刀庫(kù)與減速機(jī)構(gòu)總的傳動(dòng)比113.1.1 三級(jí)減速裝置各級(jí)傳動(dòng)比113.1.2 對(duì)應(yīng)軸的轉(zhuǎn)速113.1.3 四個(gè)軸對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)矩123.1.4 各軸對(duì)應(yīng)的功率123.2 各級(jí)傳動(dòng)齒輪的設(shè)計(jì)123.2.1 一級(jí)齒輪參數(shù)123.2.2 二級(jí)齒輪參數(shù)143.2.3 三級(jí)齒輪參數(shù)153.3 軸的選擇163.3.1 軸一的設(shè)計(jì)163.3.2 軸二的設(shè)計(jì)173.3.3軸三的計(jì)算設(shè)計(jì)203.3.4軸的計(jì)算

10、設(shè)計(jì)233.4 軸承的選用244PLC控制電路的設(shè)計(jì)254.1PLC的發(fā)展與運(yùn)用254.2PLC的控制要求254.2.1 刀具編號(hào)254.2.2 刀庫(kù)旋轉(zhuǎn)方式254.3 PLC在實(shí)現(xiàn)刀庫(kù)換刀時(shí)的輸入，輸出信號(hào)254.4 所需元器件264.5 PLC控制梯形圖274.5.1 梯形圖274.5.2 程序講解274.6 PLC指令表284.7 PLC控制接線(xiàn)圖28結(jié)論29致謝30參考文獻(xiàn)31附錄32附錄1 換刀過(guò)程示意圖32附錄2減速箱齒輪軸一33附錄3減速箱齒輪軸二34附錄4減速箱齒輪軸三35附錄5減速箱齒輪軸四36附錄6接線(xiàn)圖37附錄7 梯形圖381 緒論電氣時(shí)代變革以來(lái)，傳統(tǒng)加工制造行業(yè)受到了

11、質(zhì)疑。人們?cè)诩庸し矫骈_(kāi)始尋找新的發(fā)展。一些歐美發(fā)達(dá)國(guó)家開(kāi)始投入大量資金，開(kāi)始對(duì)于高科技制造技術(shù)進(jìn)行研究開(kāi)發(fā)，并且提出了新一輪的制造工藝規(guī)則。為了適應(yīng)新的市場(chǎng)變化，數(shù)控加工適時(shí)的出現(xiàn)了，它的誕生解決了傳統(tǒng)加工難以完成的復(fù)雜表面，同時(shí)大大縮短了同一工件的加工時(shí)間。數(shù)控加工中心在管理和使用以及維護(hù)方面有著許多自身的特點(diǎn)。在以后發(fā)展階段，數(shù)控加工中心將逐漸取代傳統(tǒng)制造方法，向著更高的方面去邁進(jìn)。1.1 加工中心刀具庫(kù)研究的背景、目的和意義目前的加工中心（簡(jiǎn)稱(chēng)MC）都在向著智能化方向邁進(jìn)。它們擁有自己的刀具庫(kù)；能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)換刀；它是為了滿(mǎn)足時(shí)代變化的需要發(fā)展起來(lái)的高精度機(jī)床。它能夠根據(jù)人們的需要，在工件

12、只采取一次固定的狀態(tài)下，實(shí)現(xiàn)多方面復(fù)雜的操作。它專(zhuān)門(mén)增設(shè)了換刀系統(tǒng)。這樣的話(huà)，計(jì)算機(jī)就可以通過(guò)工作者對(duì)于加工的不同的需求來(lái)改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而起到控制刀具對(duì)于工件表面進(jìn)行加工。由于眾多技術(shù)的結(jié)合，加工中心能夠輕松加工中一般機(jī)床加工不了的復(fù)雜平面、倒角、環(huán)形槽、孔隙、攻螺紋，縮短了工件的加工時(shí)間，因此來(lái)說(shuō)，加工中心逐漸成為加工制造業(yè)的主流產(chǎn)品。零件的加工精準(zhǔn)度從此有了很大的提升，而且其自動(dòng)化程度的提高解放了一線(xiàn)操作人員。1.1.1 研究的目的和意義為了適應(yīng)時(shí)代的變化，為了解決當(dāng)代加工工藝與人們對(duì)于加工需求之間的矛盾。我們必須在刀具庫(kù)；換刀系統(tǒng)之間做一些調(diào)整，對(duì)以往的加工中心進(jìn)行一些改進(jìn)。要做到什

13、么樣的加工場(chǎng)合對(duì)應(yīng)什么樣的刀具庫(kù)和換刀系統(tǒng)。結(jié)合計(jì)算機(jī)控制原理使用PLC技術(shù)對(duì)刀具庫(kù)控制系統(tǒng)進(jìn)行改造。能夠?qū)崿F(xiàn)刀具的快速切換，降低用時(shí)，減少一定的成本，同時(shí)提高加工精度，而且相對(duì)于手動(dòng)換刀來(lái)講，其安全性能也有了較高的改善1。1.2 國(guó)內(nèi)外加工中心的研究現(xiàn)狀1.2.1 國(guó)外加工中心的發(fā)展歷程 1952年，帕森斯公司（Parsons Co.）與麻省理工學(xué)院實(shí)驗(yàn)室開(kāi)展合作，實(shí)驗(yàn)并制造出了當(dāng)時(shí)上第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床。1958年，美國(guó)(K&T Co.）成功研發(fā)了能夠自動(dòng)換刀的數(shù)控機(jī)床。數(shù)控機(jī)床從涉足航空航天工業(yè)特殊零件的加工開(kāi)始，已經(jīng)走過(guò)了50多個(gè)年頭。由于數(shù)控機(jī)床比普通機(jī)床大大提高了加工精度和速度，

14、所以成為柔性制造技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)，并以它為基本設(shè)備組成了柔性制造單元和柔性制造系統(tǒng)。由于其所具有的柔性、高速、高精度的特性，并且加工出的零件產(chǎn)品具有較好的一致性和互換性。因此大批量的制造行業(yè)，列如汽車(chē)行業(yè)、摩托車(chē)行業(yè)等得以很快普及；更由于其能夠加工出高精度的復(fù)雜三維曲線(xiàn)及曲面零件的特點(diǎn)，成為了航空企業(yè)的必備設(shè)備，也成為了模具行業(yè)基本的看家設(shè)備。每個(gè)國(guó)家加工環(huán)境不一樣，所以制造的數(shù)控機(jī)床有一定的差別。20世紀(jì)90年代，德國(guó)一家公司制造出了世界第一臺(tái)立式數(shù)控車(chē)床。該機(jī)床能同時(shí)完成多種工序。如車(chē)、鉸、銑等，同時(shí)可以根據(jù)需要對(duì)工件進(jìn)行特殊的加工。亞洲日本三菱公司生產(chǎn)的數(shù)控機(jī)床在世界發(fā)展舞臺(tái)上也有較大的影

15、響。1.2.2 國(guó)內(nèi)加工中心的發(fā)展歷程近些年，我國(guó)的數(shù)控加工中心發(fā)展較快，國(guó)產(chǎn)的數(shù)控加工中心的種類(lèi)基本齊全。各類(lèi)型的加工中心都有成功的的案例，數(shù)控機(jī)床的加工方式也逐漸成熟。特別是北京機(jī)床廠生產(chǎn)的加工中心。還有一個(gè)就是北一大隈機(jī)床廠生產(chǎn)的臥式加工中心。它們兩個(gè)廠生產(chǎn)的加工中心就是最好的例子。數(shù)控加工中心一般分為2類(lèi)：一類(lèi)是立式加工中心，一類(lèi)是臥式加工中心2。臥式加工中心加工樣式多樣，上個(gè)世紀(jì)80年代開(kāi)始發(fā)展起來(lái)的3。T型結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)使得零件在加工過(guò)程中工作臺(tái)能夠承受不同的變力，保證加工的穩(wěn)定性。加工制造業(yè)是現(xiàn)代化建設(shè)中的核心，它的重要性決定國(guó)家在世界這個(gè)大舞臺(tái)里的威望。更重要的一點(diǎn)就是，加工產(chǎn)業(yè)是

16、和國(guó)家的軍工是相掛鉤的。當(dāng)國(guó)家的加工制造業(yè)達(dá)到一定的高度后，本國(guó)的軍事產(chǎn)業(yè)也將會(huì)進(jìn)行大的邁進(jìn)。所以我們必須重視本國(guó)的加工制造行業(yè)。但是由于歷史原因，我們國(guó)家的工業(yè)發(fā)展時(shí)間較短。我國(guó)加工制造業(yè)與國(guó)外先進(jìn)國(guó)家還是存在一定的差距，特別是在特種加工方面仍是我們的薄弱環(huán)節(jié)。我們只有大力發(fā)展和學(xué)習(xí)新的加工方法，才能讓我們的國(guó)家在國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)中占有一席之地。1.2.3 現(xiàn)代加工中心的發(fā)展趨勢(shì) 今后的加工中心將向著高精度、智能化、操作簡(jiǎn)便、安全可靠等方向邁進(jìn)。電動(dòng)機(jī)技術(shù)的提高帶動(dòng)了加工中心在主軸轉(zhuǎn)速方向上面的快速躍進(jìn)。因?yàn)檩^高的轉(zhuǎn)速可以適當(dāng)?shù)奶岣邷?zhǔn)確度。自從計(jì)算機(jī)技術(shù)融入到加工中心以后，人們逐漸擺脫了體力勞動(dòng)。優(yōu)

17、化的人機(jī)界面使得操作變得簡(jiǎn)單。系統(tǒng)趨于穩(wěn)定，操作性明顯增強(qiáng)。在以后的生活中，加工中心將得到廣泛普及。以目前加工環(huán)境來(lái)看，加工中心主要還是以生產(chǎn)零件為主。逐漸開(kāi)始向著航天，醫(yī)療方向涉足。飛機(jī)零件多為復(fù)雜單一產(chǎn)品，所以這時(shí)候綜合加工中心將有很大的發(fā)展?jié)摿Α?.3課題研究的主要任務(wù)、內(nèi)容與方法1.3.1 課題的主要任務(wù)、內(nèi)容對(duì)于數(shù)控加工中心的發(fā)展歷史與現(xiàn)狀有一個(gè)全新的認(rèn)識(shí)。確定數(shù)控加工中心刀具庫(kù)的幾何機(jī)構(gòu)、換刀方式、減速裝置內(nèi)部結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)。以及自動(dòng)換刀系統(tǒng)以及換刀控制電路的主要程序，同時(shí)提供適當(dāng)?shù)牡毒邘?kù)的結(jié)構(gòu)零件圖，換刀方式圖，自動(dòng)換系統(tǒng)PLC編程圖以及梯形圖。1.3.2 課題的主要解決方法查閱相關(guān)

18、資料理解加工中心刀具庫(kù)機(jī)構(gòu)及控制電路的工作原理，初步構(gòu)建系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。確定系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案并完成刀具庫(kù)以及刀具數(shù)量的選型并繪制相關(guān)零件圖紙。設(shè)計(jì)刀庫(kù)的減速機(jī)構(gòu)，內(nèi)部傳送齒輪的確立，軸的受力分析。熟悉換刀系統(tǒng)工藝流程，編寫(xiě)PLC程序連接圖與梯形圖設(shè)計(jì)。初步設(shè)計(jì)之后，調(diào)試運(yùn)行，優(yōu)化設(shè)計(jì)，完善設(shè)計(jì)使得系統(tǒng)能夠安全、可靠、經(jīng)濟(jì)地投入日常生活使用。1.4 研究課題的技術(shù)路線(xiàn)分析課題所給的內(nèi)容要求，請(qǐng)教老師、同學(xué)，上網(wǎng)查找資料信息。通過(guò)學(xué)校圖書(shū)館借閱相關(guān)的書(shū)籍。掌握好當(dāng)前刀庫(kù)的幾種形式。自動(dòng)換刀的方式，刀庫(kù)減速裝置的設(shè)計(jì)問(wèn)題。掌握PLC換刀編程的要點(diǎn)，編寫(xiě)PLC梯形圖，轉(zhuǎn)換指令表。并做一些文字說(shuō)明。適當(dāng)?shù)牧?/p>

19、件圖紙以及說(shuō)明書(shū)的撰寫(xiě)。2 加工中心刀具庫(kù)機(jī)構(gòu)的總體設(shè)計(jì)2.1 刀具庫(kù)2.1.1刀庫(kù)的定義刀具庫(kù)在是為了方便數(shù)控加工過(guò)程中對(duì)不同種類(lèi)刀具來(lái)回切換而誕生的一種裝置。它存儲(chǔ)的多把刀具為機(jī)床的生產(chǎn)加工帶來(lái)了許多的便捷。刀具庫(kù)的出現(xiàn)改變了老式的加工工藝，使得生產(chǎn)能力得到進(jìn)一步加強(qiáng)。同時(shí)種類(lèi)繁多的刀具可以滿(mǎn)足不同工序的需要。刀具庫(kù)能夠根據(jù)不同的需求，經(jīng)由PLC控制系統(tǒng)，自由切換刀具。2.1.2自動(dòng)換刀系統(tǒng)如果刀具庫(kù)沒(méi)有換刀系統(tǒng)的存在，那么加工中心就沒(méi)法正常工作，沒(méi)有任何實(shí)際的價(jià)值和意義。自動(dòng)換刀系統(tǒng)對(duì)于加工中心中來(lái)講就是一個(gè)階梯，它是在加工生產(chǎn)中將機(jī)床所需要的刀具從刀庫(kù)中取出并運(yùn)輸?shù)降毒邐A緊機(jī)構(gòu)中，從而

20、適應(yīng)不同制造工序的需求。以目前的情況來(lái)說(shuō)，一般加工中心的刀庫(kù)裝置多數(shù)采用凸輪結(jié)構(gòu)。凸輪在制造產(chǎn)業(yè)方面的應(yīng)用已經(jīng)獲得了一個(gè)新的高度。通過(guò)凸輪的設(shè)計(jì)，那么此自動(dòng)換刀系統(tǒng)只需要一個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)就可以滿(mǎn)足需求。去掉繁瑣的操作就能快速響應(yīng)實(shí)，增加生產(chǎn)效率，這是目前最普及的方法。換刀系統(tǒng)應(yīng)該滿(mǎn)足以下五點(diǎn)。第一，工藝方面，工件種類(lèi)繁多，表面復(fù)雜程度不一。此時(shí)我們需要多種不同的刀具來(lái)滿(mǎn)足加工需求。第二，要確保工件的定位精度。刀具在固定的時(shí)候，要精確位置，不能造成誤差。這樣工件和刀具才能正確的配合加工。第三，由于工件和刀具存在一定的剛度。這時(shí)候?qū)τ谧詣?dòng)換刀系統(tǒng)也是一個(gè)大的考驗(yàn)。它必須保證一定的剛度才能維持平衡。第四

21、，換刀系統(tǒng)操作頻繁，必要要確保其運(yùn)行穩(wěn)定。第五，就目前的狀況來(lái)說(shuō)，時(shí)間就是金錢(qián)。我們要盡量降低刀具轉(zhuǎn)換操作的耗時(shí)。2.1.3自動(dòng)換刀種類(lèi)(1) 轉(zhuǎn)塔式換刀轉(zhuǎn)塔式換刀裝置它是將電機(jī)，變速箱還有轉(zhuǎn)塔頭放在一起，節(jié)省了空間。不同的刀具采用單獨(dú)的控制源是控制?？梢钥闯觯绻總€(gè)刀具都需要不同的控制電機(jī)去操控的話(huà)，增加了成本不說(shuō)，還造成了刀具轉(zhuǎn)換的遲鈍。這種轉(zhuǎn)塔式換刀裝置一般只適合加工精度低的場(chǎng)合。圖21 轉(zhuǎn)塔式換刀(2)無(wú)機(jī)械手換刀無(wú)機(jī)械手換刀需要獨(dú)立的刀庫(kù)與之配合，這樣衍生出來(lái)的刀庫(kù)使機(jī)床的存刀量大大增加。機(jī)床刀具庫(kù)刀具數(shù)量的多少是衡量機(jī)床加工復(fù)雜表面的水平一個(gè)重要指標(biāo)。采取無(wú)機(jī)械手操作減輕了生產(chǎn)壓

22、力，控制了的成本。通常換刀裝置是設(shè)計(jì)在主軸的附近，當(dāng)主軸運(yùn)動(dòng)在刀庫(kù)附近時(shí)，就可以迅速的實(shí)現(xiàn)換刀。(3)機(jī)械手換刀機(jī)械手換刀裝置一般配有兩個(gè)機(jī)械手參與運(yùn)行，并且得有一個(gè)專(zhuān)用刀具庫(kù)。通過(guò)PLC的控制，其中一只機(jī)械手負(fù)責(zé)將主軸或者刀架上的刀具送回刀庫(kù)4。另一只機(jī)械手從刀具庫(kù)中選取要使用的刀具送往主軸固定刀具的地方或者刀架上。此結(jié)構(gòu)對(duì)于換刀的請(qǐng)求比較高。還有就是匹配的的刀庫(kù)受外在環(huán)境影響較小。圖22 雙臂機(jī)械手常用結(jié)構(gòu)2.2刀具庫(kù)的常用類(lèi)型2.2.1 盤(pán)式刀庫(kù)盤(pán)式刀庫(kù)按名稱(chēng)來(lái)將是因?yàn)榈毒咴趫A盤(pán)上成環(huán)形排列，盤(pán)式刀庫(kù)大體上可分為2種取刀方式。第一種就是軸向取刀。而第二種是徑向取刀。可以通過(guò)判斷來(lái)選擇不同

23、的方法。不過(guò)由于直徑方面的限制，盤(pán)式刀庫(kù)的容量不是很大。為此我們采用雙排或者多排的形式來(lái)彌補(bǔ)這個(gè)差距。刀具數(shù)量的限制給以了盤(pán)式刀庫(kù)一個(gè)很大的優(yōu)勢(shì)，那就是在取刀用時(shí)方面更勝一籌。圖23 盤(pán)式刀庫(kù)2.2.2 鏈?zhǔn)降稁?kù)鏈?zhǔn)降稁?kù)擁有更多的加工用刀。刀具在排序方面來(lái)說(shuō)相對(duì)比較緊密，我們一般對(duì)于鏈?zhǔn)降稁?kù)來(lái)說(shuō)常采用軸向取刀。鏈?zhǔn)降稁?kù)通常會(huì)根據(jù)加工中心的需求來(lái)安排自己的刀庫(kù)框架。鏈?zhǔn)降稁?kù)會(huì)根據(jù)刀具數(shù)量的多少來(lái)決定是否可以適合當(dāng)下的數(shù)控機(jī)床。當(dāng)數(shù)控機(jī)床在零件生產(chǎn)中所需要的刀具數(shù)量在30把以上時(shí)，這時(shí)該機(jī)床就可以選取鏈?zhǔn)降稁?kù)。圖2-4 鏈?zhǔn)降稁?kù)2.2.3 固定型格子盒式刀庫(kù)傳統(tǒng)的固定型格子盒式刀庫(kù)上面的刀具一般成

24、直線(xiàn)形狀排列，通過(guò)機(jī)械手的往復(fù)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)選刀和換刀。如圖所示的空間排列較為緊湊，這樣就可以降低不必要的空間浪費(fèi)，縮減成本。但是由于刀具眾多，在刀具切換途中需要消耗許多時(shí)間，使生產(chǎn)效率降低，存在一定的局限性。圖2-5 固定型格子盒式刀庫(kù)2.2.3 斗笠式刀庫(kù)一般可以?xún)?chǔ)存25把刀具，機(jī)床靠著主軸的運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)刀具的轉(zhuǎn)換。當(dāng)加工途中機(jī)器需要更換刀具時(shí)，主軸會(huì)運(yùn)動(dòng)到存儲(chǔ)刀具的卡槽處。主軸上的刀具與卡槽接觸，主軸向外運(yùn)動(dòng)，刀具從而擺脫主軸5。然后刀具庫(kù)動(dòng)作，主軸對(duì)應(yīng)到要取的刀具槽，向內(nèi)運(yùn)動(dòng)取走刀具。刀庫(kù)在完成刀具進(jìn)入主軸的轉(zhuǎn)換時(shí)，刀庫(kù)歸位，等待下一次工序的換刀。圖2-6 斗笠式刀庫(kù)2.3 刀具庫(kù)機(jī)構(gòu)的確定2

25、.3.1 刀具數(shù)量鑒于第一次設(shè)計(jì)，刀具數(shù)目確定為62.3.2 刀庫(kù)形式確立因?yàn)榈毒邤?shù)量有限，考慮到成本、換刀時(shí)間、生產(chǎn)效率等一系列問(wèn)題，并結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，我決定使用盤(pán)式刀庫(kù)。目前盤(pán)式刀庫(kù)發(fā)展比較成熟，對(duì)于一些刀具需求少的機(jī)床來(lái)說(shuō)一個(gè)比較好的選擇。2.3.3 盤(pán)式刀庫(kù)的優(yōu)點(diǎn)從這幾年的發(fā)展來(lái)看，盤(pán)式刀庫(kù)變得日漸成熟，在加工中心中取得較大的成效。盤(pán)式刀庫(kù)在自動(dòng)換刀方面有著其它刀庫(kù)不能比擬的速度。通過(guò)自身刀庫(kù)的運(yùn)動(dòng)加上主軸的運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)刀具的切換。各個(gè)刀具都有自己特定的編號(hào)，這樣在加工過(guò)程中準(zhǔn)備換刀的時(shí)候，計(jì)算機(jī)就能快速切換刀庫(kù)送往主軸，節(jié)約時(shí)間。2.4 換刀方式的選擇2.4.1 無(wú)機(jī)械手換刀無(wú)機(jī)械手換刀

26、方式制造容易，價(jià)格低于其它換刀系統(tǒng)。在當(dāng)今的制造環(huán)境下，擁有很大的優(yōu)勢(shì)。無(wú)機(jī)械手換刀裝置操作簡(jiǎn)單，不需要過(guò)硬的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，適應(yīng)絕大數(shù)加工企業(yè)。在人才引進(jìn)方面，可以節(jié)約一些成本。2.4.2 換刀過(guò)程換刀過(guò)程示意圖見(jiàn)圖紙。當(dāng)計(jì)算機(jī)給予主軸停止信號(hào)時(shí)，如圖(a）所示，刀庫(kù)停在空刀位置2上，主軸開(kāi)始向刀庫(kù)方向運(yùn)動(dòng)，如圖（b）6。直到主軸上的刀具1完全被刀庫(kù)上的空刀位2接受。主軸內(nèi)固定刀具的設(shè)備放開(kāi)1號(hào)刀具，此時(shí)2號(hào)空刀位里面的夾緊裝置收回1號(hào)刀具，如圖（c）。刀庫(kù)進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)將3號(hào)刀具送到指定位置,如圖(d)7。根據(jù)計(jì)算機(jī)指令裝刀，刀具庫(kù)夾緊裝置松開(kāi)3號(hào)刀具，主軸裝置接受3號(hào)刀具，如圖(e)。最后，主軸脫離

27、刀庫(kù)，向下移動(dòng)，此時(shí)，刀具庫(kù)停止在3號(hào)刀具的空刀位置上等候主軸下次進(jìn)刀換刀環(huán)節(jié)。這種換刀機(jī)構(gòu)沒(méi)有機(jī)械手的參與，換刀時(shí)間有所縮減，空間分布合理。刀具切換的時(shí)候機(jī)床不工作，這樣就確保了加工精度8。2.5 刀具庫(kù)驅(qū)動(dòng)電機(jī)參數(shù)的確立。4.7 PLC控制接線(xiàn)圖PLC接線(xiàn)圖詳情見(jiàn)圖紙結(jié)論通過(guò)一段時(shí)間的的撰寫(xiě)實(shí)驗(yàn)，畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)始走向完善。加工中心刀具庫(kù)機(jī)構(gòu)及控制電路設(shè)計(jì)使這個(gè)課題使我對(duì)加工中心有了一個(gè)全新的認(rèn)識(shí)。加工中心不僅是科技發(fā)展的產(chǎn)物，更是當(dāng)代人智慧的結(jié)晶。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，先大體講述了加工中心的發(fā)展歷程，同時(shí)比較了國(guó)內(nèi)外加工中心的發(fā)展方向。課題開(kāi)始介紹了目前市場(chǎng)上的加工中心刀庫(kù)形式。從而確定了課題的主體方

28、向。選擇了盤(pán)式刀庫(kù)和無(wú)機(jī)械手換刀。這樣設(shè)計(jì)是為了降低生產(chǎn)成本，適合廣大的小型加工企業(yè)。后面確定了刀庫(kù)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的參數(shù)，來(lái)確保刀庫(kù)換刀的平穩(wěn)。主要設(shè)計(jì)就是變速箱減速裝置和PLC換刀程序的設(shè)計(jì)。因?yàn)殡姍C(jī)轉(zhuǎn)速與刀庫(kù)所需要的轉(zhuǎn)速存在一定的差距，所以需采用減速機(jī)構(gòu)與電機(jī)配合才能精準(zhǔn)的實(shí)現(xiàn)刀庫(kù)的運(yùn)轉(zhuǎn)，這樣主軸才能準(zhǔn)確的與刀庫(kù)配合。減速機(jī)構(gòu)采用三級(jí)直齒齒輪傳動(dòng)，通過(guò)借閱工具書(shū)和查設(shè)計(jì)手冊(cè)。確定了三個(gè)齒輪組的初始參數(shù)，進(jìn)行了一定的校驗(yàn)核算，最終確定了三個(gè)齒輪的尺寸參數(shù)。由于加工生產(chǎn)時(shí)外力的影響，有必要對(duì)齒輪的支撐軸進(jìn)行選型。通過(guò)對(duì)軸受力分析，以及各個(gè)截面彎矩的計(jì)算，確保了軸在工作中能夠擔(dān)負(fù)重任。最后選用了市面上

29、常用的62系列深溝球軸承來(lái)配合軸。PLC程序的設(shè)計(jì)我是通過(guò)三菱FX0N-40MR型號(hào)的編程器來(lái)完成的。本次課題涉及了6把刀具，通過(guò)計(jì)算機(jī)判斷刀位相對(duì)于主軸位置來(lái)實(shí)現(xiàn)刀庫(kù)正反轉(zhuǎn)。這樣就能減少刀庫(kù)旋轉(zhuǎn)時(shí)間，從而使主軸能夠快速換刀，完成加工動(dòng)作。綜上所述，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容分為部分機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)以及PLC控制程序的設(shè)計(jì)。此課題滿(mǎn)足了小型企業(yè)對(duì)于零件加工的需要。減少了不必要的成本，同時(shí)提高了小型企業(yè)的生產(chǎn)效率。致謝參考文獻(xiàn)1毛國(guó)平,黃維亞. 加工中心刀具配套方案設(shè)計(jì)J. 重慶工學(xué)院學(xué)報(bào),2004,03:54-56.2王解法,馮祖仁,李世敬,李渤. 加工中心刀具選配問(wèn)題的研究J. 機(jī)械科學(xué)與技術(shù),2

30、004,05:591-593.3杜紅文. 加工中心刀具選擇與應(yīng)用J. 上海電機(jī)技術(shù)高等專(zhuān)科學(xué)校學(xué)報(bào),2004,01:7-9.4李忠波,霍其峰. 加工中心刀具自動(dòng)進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的仿真設(shè)計(jì)J. 微特電機(jī),2004,07:14-15+19.5林東濱. 刀具庫(kù)中刀具的取放控制J. 電子制作,2011,04:54-57.6李冬生,王德權(quán),聶曉軼. 加工中心刀具集成管理系統(tǒng)的研究與開(kāi)發(fā)J. 機(jī)械設(shè)計(jì)與制造,2007,03:142-144.7劉紅平. PLC在數(shù)控加工中心刀具庫(kù)選擇中的應(yīng)用J. 裝備制造技術(shù),2007,04:45-46.8劉紅平. 在數(shù)控加工中心刀具庫(kù)選擇中應(yīng)用PLCJ. 機(jī)床電器,2007,

31、05:25-26.9陶學(xué)恒,蘆金石,荊菁,劉勇. 加工中心刀具組件的三維虛擬配刀技術(shù)研究與開(kāi)發(fā)J. 機(jī)電產(chǎn)品開(kāi)發(fā)與創(chuàng)新,2007,06:193-194+199.10楊后川,葛文軍,王春凈. 某型數(shù)控加工中心刀具庫(kù)的PLC控制J. 機(jī)電產(chǎn)品開(kāi)發(fā)與創(chuàng)新,2010,02:172-173+165.11姜海峰. 淺談加工中心刀具的選用變速箱殼體加工J. 汽車(chē)齒輪,2008,01:21-26.12楊麗娟,李洪亮,房洪杰. 加工中心刀具的選用J. 中國(guó)高新技術(shù)企業(yè),2009,02:93-94.13姜海峰. 加工中心刀具的選用J. 汽車(chē)工藝與材料,2009,03:50-53.14張少軍,萬(wàn)中,劉光連. 直齒圓

32、柱齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)的全局優(yōu)化方法J. 中南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2013,07:2736-2743. 15張莉. 直齒圓柱齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)J. 成都電子機(jī)械高等專(zhuān)科學(xué)校學(xué)報(bào),2002,03:29-33+17. 16劉明保 ,曹秋霞. 齒輪軸的可靠性設(shè)計(jì)分析J. 機(jī)械傳動(dòng),2002,04:41-42+46-65.17宋雪萍,于濤,李國(guó)平,聞邦椿. 齒輪軸系彎扭耦合振動(dòng)特性J. 東北大學(xué)學(xué)報(bào),2005,10:990-993.18李琴蘭. 機(jī)床設(shè)計(jì)中軸承的選用技巧J. 鑿巖機(jī)械氣動(dòng)工具,2010,04:54-57. 19Hui Chang-A Fang -School of Mechanical Engineering, University of Jinan, Jinan City, The CNC and CAM System Development of the Sawing and Milling Machining Center for Plastic Door and Window P