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1、数控加工中心自动换刀系统设计,1,1,要 本文主要对数控加工中心自动换刀系统及控制系统进行设计。本文主要对数 控加工中心自动换刀系统及控制系统进行设计。第一，了解数控加工中心的分类， 其按换刀形式的分类以及加工中心刀库的形式；然后根据给定的参数进行刀库类 型的选择以及电动机的确定；接着对刀库的转位定位机构进行了设计；最后是对 于控制系统进行了简单设计。 关键字：加工中心，换刀系统，刀库，PLC。,2,数控加工中心自动换刀系统设计,2,目录 1 绪论. 3 2.刀库的总体设计方案. 5 2.1 课程设计的任务及要求. 5 2.2 刀库的类型选择. 5 3.电机的选择. 6 3.1 电机的选型及相
2、关参数. 6 3.2 各部分转动惯量的计算. 6 3.3 预选电机 . 6 3.4 电机的校核 . 7 4.机械系统的设计 . 7 4.1 刀库转动定位机构的设计. 7 4.2 滚动轴承的选择计算. 9 4.2 轴的校核计算. 10 4.3 键的设计计算. 10 5.控制系统的设计 . 11 5.1 刀库的换刀动作如下： . 11 5.2 利用 PLC 实现随机换刀. 12 参考文献. 16,3,数控加工中心自动换刀系统设计,3,数控加工中心自动换刀系统设计,4,同类产品相比存在不少差距。因此研究加工中心及其控制 系统具有现实和长远的意义，掌握其中的关键技术是充分 发挥加工中心功能和性能的先决
3、条件，必将对我国装备制 造业的整体水平的提高起到积极的作用。,图 1-1 立式数控铣床,4,数控加工中心自动换刀系统设计,5,2.刀库的总体设计方案 课程设计的任务及要求 设计题目：数控加工中心自动换刀系统设计 设计要求：设计一个立式数控加工中心自动换刀系统的刀 库装置及其控制系统，主要性能指标参数如下： 刀库载刀量：8把； 刀具形式：BT40； 刀具直径：63mm； 刀盘最低转速：60r/min； 刀架水平运动行程240mm； 采用PLC控制。 2.2刀库的类型选择 目前一般刀库按结构形式可以分为以下几种： 刀具储存在圆型鼓轮上，这种刀库结构简单，但刀 具环形排列，空间利用率低，为了不致于刀
4、库外径过大导 致转动惯量过大，一般刀库容量在32把以下。使刀库中处 于换刀位置的刀具轴线平行于主轴轴线，以简单的回转式 机械手对刀库和主轴进行交换。要求刀库容量较大的场合， 可以采用空间利用率较高的多重型鼓轮式刀库，这种刀库 的传动装置和控制装置较为复杂。 链式刀库。 刀具储存在链条环节上，再以链轮驱 动，结构紧凑，刀库容量较大，链环的现状可以根据机床 的布局配置成各种形状，也可以将换刀位置突出以利换刀。 当链式刀库需要增加刀库容量时，只需增加链条的长度， 在一定的范围内，无需变更线速度及惯量，这种条件对系 列刀库的设计与制造带来了很大的方便，可以满足不同的 使用条件。 盒式刀库。 刀具储存在
5、纵横排列的格子上，此种 刀库空间利用率最高，刀库容量大。 转塔式刀库。 刀具储存在同一转塔上，其主要特 征是刀库环绕是主轴，储刀位置即为主轴位置，因储存刀 具数量有限，主要用于小型加工中心。 斗笠式刀库。斗笠式刀库由于其形状像个大斗笠而 得名，一般存储刀具数量不能太多，1024把刀具为宜，具 有体积小、安装方便等特点，在立式加工中心中应用较多。 加工中心的一个很大优势在于它有ATC装置，使加工变得更,5,数控加工中心自动换刀系统设计,6,预选电机 200W,6,数控加工中心自动换刀系统设计,7,7,数控加工中心自动换刀系统设计,8,8,数控加工中心自动换刀系统设计,9,9,数控加工中心自动换刀
6、系统设计,10,10,数控加工中心自动换刀系统设计,11,11,数控加工中心自动换刀系统设计,12,图 5-2 5.2 利用PLC 实现随机换刀 随着计算机技术的发展，利用软件选刀以代替传统的 编码环和识刀器。在这种选刀和换刀的方式中，刀库上的 刀具能与主轴上的刀具任意地直接交换，即随机换刀。主 轴上换来的新刀号及还回刀库的刀具号，均在 Pc 内部相应 地存储单元记忆。随机换刀控制方式需要在 Pc 内部设量一 个模拟刀库的数据表，其长度和表内设置的数据与刀库的 位置数和刀具号相对应。这种方法主要由软件完成选刀， 从而消除了内于识刀装置的稳定性、可靠性所带来的选刀 失误。 ATC(自动换刀)控制
7、和刀号数据表 如图 29 所示， 刀库有 8 个刀座，可存放 8 把刀具。刀座固定位置编号为 方框内 1 号8 号，0 为主轴刀位置号，由于刀具本身不附 带编码环，故刀具编号可任意没定，如图 294 中(10) (18)的刀号。一旦给某刀编号后该编号不应随意改变。 为了使用方使刀号也采用 BCD 码编写。 在 PC 内部建立一个模拟刀库的刀号数据表，如图 2-10 所示。数据表的表序号与刀库刀座编号相对应，每个表序 号中的内容就是对应刀座中所插入的刀具号。图中刀号表 首地址 TAB 单元固定存放主轴上的刀具号数，TAB+1TAR+8 存放刀库上的刀具号。由于刀号数据表实际上是刀库中存 放刀具位
8、置的一种映像，所以刀号表与刀库中刀具的位置 应始终保持一致。,12,数控加工中心自动换刀系统设计,13,图 5-3 刀库中刀具位置编号,图 5-4 刀库的刀号数据表 刀具的识别 虽然刀具不附带任何编码装置，且采 用任意换刀方式，但是，由于在 PC 内部设置的刀号数据表 始终与刀具在刀库中的实际位置相对应，所以对刀具的识 别实质上转变为对刀库位置的识别。当刀库旋转，每个刀 座通过换刀位置(基准位置)时，产生一个脉冲信号送至 PC， 作为计数脉冲。同时在 PC 内部设置一个刀库位置计数器， 当刀库正转(cw)时，每发一个计数脉冲，使该计数器递增 计数；当刀库反转(ccw)时每发一个计数脉冲，则计数
9、器 递减计数。于是计数器的计数值始终在 18 之间循环，而 通过换刀位置时的计数值(当前值)总是指示刀库的现在位 置。 当PC 接到新刀具的指令(TXX)后，在模拟刀库的刀号 数据表中进行数据检索，检索到 T 代码给定的刀号，将该 刀具号所在数据表中的表号数存放在一个缓冲存储单元 中，这个表序号数就是新刀具在刀库中的目标位置。刀库 旋转后，测得刀库的实际位置与要求的刀库目标位置一致 时，即识别了所要寻找的新刀具。刀库停转并定位，等待 换刀。识别刀具的PC 程序流程团如图 2-11 所示。 刀具的交换及刀号数据表的修改 当前一工序加工 结束后需要更换新刀加工时，NC 系统发出自动换刀指令 M06
10、 控制机床主轴准停。机械手执行换刀动作，将主轴上用 过的旧刀和刀库上选好的新刀进行交换。与此同时，应通,13,数控加工中心自动换刀系统设计,14,14,过软件修改PC 内部的刀号数据表，使相应的刀号表单元中 的刀号与交换后的刀号相对应。,数控加工中心自动换刀系统设计,15,参考文献,尹志强. 机电一体化系统设计课程设计指导书. 北京： 机械工业出版社，2007. 李宏胜. 数控原理与系统. 北京： 机械工业出版社， 2003. 雷才洪，陈志雄. 数控机床. 北京：科学出版社，2005 龚仲华，孙毅，史建成. 数控机床维修技术与典型实例. 北京：人民邮电出版社，2006. 高德文. 数控加工中心
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