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1、 2011 届届毕业设计说毕业设计说明明书书小型加工中心自动控制换刀机械手的设计小型加工中心自动控制换刀机械手的设计系 、 部： 机械工程系 学生姓名： 指导教师： 职称 专 业：机械设计制造及其自动化班 级： 完成时间： 20 年 月 日 0摘 要本论文介绍的是小型加工中心换刀机械手的设计。机械手在当今机械行业的应用的广泛程度世人都有目共睹，随着现代数控技术的发展，在某些工作条件复杂和危险的情况下，机械手可以代替人类进行各种工作。对于机械手的优点很多，它可以代替人类高效而且精确的工作，这是最重要的一点。所以，为适应时代发展要求，在机械手的设计方面国家投入了大量的人力物力。机械手的种类很多，在
2、本次设计中机械手选用回转式双臂机械手。它的主要动作是将机床主轴上的刀具与刀库或刀具传送装置上的刀具进行交换，其动作循环为：拔刀新旧刀具交换装刀。回转式双臂机械手刀具交换装置具有换刀时间短、动作灵活可靠等.应用最为广泛。回顾数控技术的发展已经经历了两个阶段，六代的发展历程。第一个阶段叫做 NC 阶段，经历了电子管、晶体管、和小规模集成电路三代。数控系统是加工中心的控制中心，它主要由（CNC） 、可编程控制系统(PLC)、伺服系统构成。本次设计是运用可编程控制系统来对换刀机械手进行控制的。关键词: 加工中心；换刀机械手；PLC 1AbstractThis paper introduces the
3、design of the tool changing-manipulator of the small machines centertool changing-manipulator is one of the main components of the automatically-trading-knife installment. Robotic applications in todays machinery industry are obvious to the extent of the world, with modern CNC technology, working co
4、nditions in some of the complex and dangerous situation, the robot can replace humans in a variety of work. The robot has many advantages, it can replace the human efficient and precise work, this is the most important point. Therefore, in order to meet the requirements of the times, in the design o
5、f the manipulator state has invested a great deal of manpower and resources.There are a lot of types of tool changing-manipulators. The tool changing-manipulator of this design adopts the two arms manipulator of turn-over type in this design。It is main movement is carries on the machine tool of main
6、 axle on cutting tool and the tool storage or exchanging the cutting tool in the transport installment. Its operating cycle is: to draw the tool - exchanging the new and the old cutting tool - to fix the tool. The two arms manipulator of turn-over type exchange installment has trade the knifetime sh
7、ort, the movement is nimbly and reliably and so on . The two arms manipulator of turn-over type is widely used in the machining centre. The numerical control system is the centeral of control in the processing center, which is conclude computer numerical control installment, the programmable control
8、 system, the servosystem. That capital is designed time is to control apply the programmable control to come to command the tool changing-manipulator. Keywords: machining center；tool changing-manipulator；programmable control (PLC) 1 绪 论1.1 数控技术的基本概念1.1.1 我国数控技术的发展概况回顾数控技术的发展已经经历了两个阶段，六代的发展历程。第一个阶段叫做
9、NC 阶段，经历了电子管、晶体管、和小规模集成电路三代。自 1970 年开始小型计算机开始用于数控系统就进入了第二个阶段，叫做 CNC 阶段，成为第四代数控系统：从 1974 年微处理器开始用于数控系统即发展到第五代。经过十多年的发展，数控系统从性能到可靠性都得到了根本性的提高。实际上从 20 世纪末期直到今天，在生产中使用的数控系统大部分都是第五代数控系统。但第五代数控系统以及以前各代都是一种专用封闭的系统，而第六代开放式数控系统将代表着数控系统的未来发展方向，将在现代制造业中发挥越来越重要的作用。1.1.2 数控机床的组成及特点数控机床的组成以一台三坐标数控铣床为例，它是由 X、Y、Z 三
10、个坐标来实现刀具和工件间的相对运动的立式数控铣床。它包括信息输入,运算控制(数控装置),伺服驱动及检测反馈,机床本体,机电接口等部分。数控机床的特点数控机床上一种新型的自动化机床,它具有广泛的通用性和很高的自动化程度.数控机床是实现柔性自动化的关键设备,是柔性自动生产线的基本单元.数控机床在如下一些零件的加工中,更能显示出它的优越性,它们是:小批量而又轮番生产的零件;几何形状复杂的零件；在加工过程中必须进行多种工序加工零件；切削余量大的零件；必须严格控制公差(即公差带范围很小)的零件；工艺设计会经常变化的零件；加工过程中的错误会造成严重浪费的贵重零件；需全部检测的零件,等等。数控机床的分类（一
11、） 按运动控制的特点分类1、点位控制数控机床对于一些加工孔用的数控机床，如数控钻床，数控铣床，数控镗床，数控冲床，三坐标测量机，印刷电路板钻床等。2、直线控制数控机床直线控制的数控机床是指控制机床工作台或刀具以要求的进给速度，沿着平行于坐标轴的方向精心直线移动和切削加工。如数控车床、某些数控镗铣床和加工中心等。3、轮廓控制的数控机床可以加工斜线、曲线、曲面的数控机床,如数控车床、数控铣床、加工中心等。（二） 按伺服系统的类型分类1、 开环控制的数控机床该类机床没有位置检测反馈装置，数控装置发出的指令信号流向是单向的，精度主要决定于驱动元件和电机的性能。2、闭环控制的数控机床该类机床数控装置中插
12、补器发出的位置指令信号与工作台上检测到的实际位置反馈信号进行比较，根据其差值不断控制运动，进行误差修正，直到差值为零停止运动。1.2 数控技术的产生与发展随着计算机技术的发展，小型计算机应用于数控机床中，由此组成的数控系统称为计算机数控(CNC)。80 年代末，我国还在一定范围内探索实施 CIM，且取得了一些有益的经验和教益。90 年代我国加强了自主知识产权数控系统的研制工作，而且取得了一定成效,如在五轴联动数控系统、高精度车床数控系统、数字仿形系统、中低档数控系统等方面都取得了较好的成果。实际上从 20 世纪末期直到今天，在生产中使用的数控系统大部分都是第五代数控系统。但第五代数控系统以及以
13、前各代都是一种专用封闭的系统，而第六代开放式数控系统将代表着数控系统的未来发展方向，将在现代制造业中发挥越来越重要的作用。1.3 数控技术的发展趋势为了在越来越激烈的全球巿场竞争中立于不败之地，各工业发达国家均投入巨资，对现代制造技术进行研究开发，并相继提出了多种全新的制造模式。如集成制造、柔性制造、智能制造、数字制造、网络制造等，其目标不外乎提高制造的效率和精度，以及增加加工的适应性和降低生产成本。数控机床(系统)作为现代制造系统的关键基础单元，其功能的强弱和性能的好坏决定着上述制造模式的成败。为适应日益复杂的制造过程，数控技术正在发生根本性变革。在体系结构方面，数控系统已基本上实现由专用型
14、封闭式结构模式向通用型开放式结构模式的转型，并向基于 PC 的全数字化体系结构发展；在网络化基础上，数控系统可方便地与 CAD/CAM 集成为一体，数控机床的联网运行，使得车间网络化监控、维护与管理变成了现实；在数控系统的高速、高精、高效控制方面，也采取了很多措施，如高速下的平滑控制算法、提高系统的快速响应能力、提高反馈和控制环节的数据分辨率等，获得了不错的效果；在智能化控制方面，通过采样加工过程中影响产品加工质量的外部变量，实现了加工参数的自动修正、调节与补偿，有效提高了 CNC 的工作效率。 数控系统体系结构向基于 PC 的全数字化开放体系结构方向发展高速、高精度已成为高档数控机床的主要特
15、点，速度和精度是数控机床的两个重要指标，它直接关系到加工效率和产品质量。高速、高精度数控机床是多品种、变批量加工环境下保持高效与柔性统一的必要工具。智能化控制是提高数控加工效率的有效手段。高档数控系统是实现制造技术和装备现代化的基石，是保证国防工业和高技术产业发展的战略物资，工业发达国家至今仍限制向中国出口。目前，国产高档数控系统的发展及产业化速度已经严重制约了自主高端数字化装备的研制，在航空航天、船舶、发电设备、轨道交通等所需的大型专用数控机床及工艺装备基本依赖进口，已严重威胁到国民经济建设和国防安全，加快高档数控系统的研究与产业化迫在眉睫。1.4 加工中心的概况1.4.1 加工中心的定义加
16、工中心(Machining Center)是由机械设备和数控组成的使用于加工复杂形状工件的高效率自动化机床。1.4.2 加工中心的组成从主体上看，加工中心主要由以下几部分组成：（1）基础部件基础部件是加工中心的基础结构，它主要由床身，工作台，立柱三部分组成。这三部分不仅要承受加工中心的静载荷，还要承受切削加工时产生的动载荷。所以要求加工中心的三大部件必须要有足够的刚度，因此它们是铸造而成的。（2）主轴部件主轴部件是由主轴电机，主轴箱，主轴。主轴轴承等部件组成，主轴是加工中心切削加工的功率输出部件。它的启动，停止，变速，变向等动作均是由数控系统控制的。主轴的旋转精度和定位的准确性，是影响加工中心加工精度的重要因素。（3）数控系统加工中心的数控系统由 CNC 装置、可编程序控制器和伺服系统以及面板操作系统组成，它是执行顺序控制动作和加工过程的控制中心。CNC 装置是一种位置控制系统，
