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1、 东华理工大学长江学院（论文）东华理工大学长江学院毕 业 设 计 题 目 加工中心智能换刀系统设计 学生姓名： 翁 志 义 学 号： 09312124 专 业： 自动化 系 别： 机械与电子工程系 指导教师： 职称： 讲师 二零一三年六月 东华理工大学长江学院（论文） 东华理工大学长江学院（论文）摘 要 机床的发展与应用,大大降低了零件加工的辅助时间,极大的提高了生产率。随着数控机床的普及应用,机械加工的自动化程度大大提高,数控机床发展成了当今普遍应用的一种更新、更先进的制造设备即加工中心。加工中心带有刀库和自动换刀装置,能对工件按预定程序进行多工序加工的高度自动化的多功能的数字控制机床。自动
2、换刀装置应当满足换刀时间短、刀具存储量足够、刀具的安置空间小以及安全可靠等基本要求。加工中心的关键在于CNC 对刀库的自动选刀和刀库、机械手与主轴间的自动换刀,加工中心出现故障80%都在上述方面本课题就是针对现有的自动换刀装置进一步减少换刀时间,利用PLC 对刀库的选刀控制和刀库、机械手与主轴间的自动换刀控制以及刀库精确定位。利用PLC 控制液压传动机构,使液压传动更加稳定和精确。本设计的题目是基于PLC加工中心刀库换刀控制系统的设计。通过分析刀库的自动换刀的过程，使刀库在加工中心上能配合换刀机械手的需要能在数控程序的控制下灵活的实现换刀过程每次换新刀只需输入相应换刀号信号即可。在分析控制要求
3、的基础上，设计出相应控制程序。控制程序包含： 建立当前刀具库映像、记录请求刀具号、转盘转动方向判断并确定转盘正反转、发出脉冲控制刀盘转动、到位灯及换刀指示灯显示等部分， 程序结构性好、可读性强、运行效率高，能很好地满足实用要求。 关键词： 加工中心 ATC刀库PLC自动选刀液压传动Abstract With the development of NC, the automatic tool changer system is More and more important in the modern advanced manufacture, because the ATC can short
4、en the cycle time of product manufacturing, improve the precision of product machining. The latest requirements of machine tool user comprise of diversification of control object,complexity of process, flexible of application and high reliability. The function of tool magazine is that stores the too
5、l and moves the tool which will be used in the next manufacturing process to the right changeover position and robot will finish the change over tool When the tool magazines capacity is so big and the distance of tool position is more far away the principal axis, there need the tool exchanging unitt
6、o implement the changeover work between the principal axis and tool magazine. The framework of this function include the robot, tools rotation station and changeover robot.PLC control the use of hydraulic transmission, made hydraulic transmission to more stable and accurate. this design topic is bas
7、ed on the PLC machining center tool change control system design. Through the analysis of the knife of the automatic tool changing process, so that the cutter in machining center can be matched with the tool changing manipulator needs - in NC program under the control of flexible implementation tool
8、 changing process every time new knife only needs to input the corresponding tool change signal can be. The analysis and control on the basis of the requirements, designs the corresponding control procedure. The control program includes: establish the library image, recording request tool number, th
9、e rotation of the turntable direction judgment and to determine the turntable is reversed, to send pulses to control the cutter disc to rotate in place, lights and tool change indicator display parts, good program structure, readability is strong, operation efficiency is high,which can meet the prac
10、tical requirements.Key words: MC , ATC，tool magazine，PLC，tool exchange at randomHydraulic transmission绪 论1.1 国内外数控机床的发展情况随着数控技术的发展，带有自动换刀系统的加工中心在现代制造起着愈来愈重要的作用，他能缩短产品的制造周期，提高产品的加工精度，适合柔性加工。自动换刀系统一般由刀库，机械手和驱动装置组成。刀库容量可大可小，其装刀数在20180把之间。刀库的功能是存储刀具并把下一把即将要用的刀具准确地送到换到位置，供换刀机械手完成新旧刀具的交换。当刀库容量大时，常远离主抽配置且整
11、体移动不易，这就需要在主轴和刀库之间配置换刀机构来执行换刀动作。完成此功能的机构包括送刀臂、摆刀站和换刀臂、总称为机械手。具体来说，它的功能是完成刀具的装卸和在主轴头与刀库之间的传递。驱动装置则是使刀库和机械手实现其功能的装置，一般由步进电机或液压（或气压机构）或凸轮机构组成。机械手完成刀库里的刀（新刀）与主轴上的刀（旧刀）的交换工作。由于数控加工中心的刀库容量、换刀可靠性及换刀速度直接影响到加工中心的效率，而自动换刀就是进一步压缩非切削时间，提高生产效率，改善劳动条件。所以数控机床为了能在工件一次装夹中完成多道加工工序，缩短辅助时间，减少多次安装工件所引起的误差，必须带有自动换刀装置。1.1
12、.1国内外数控机床的现状当今世界，工业发达国家对机床工业高度重视，竞相发展机电一体化，高精、高效、自动化先进机床，以加速工业和国民经济的发展。长期以来，欧、美、亚在国际市场上互相展开激烈竞争，已形成一条无形战线，特别是随着电子、计算机技术的进步，数控机床在20世纪80年代以后加速发展，各方用户提出更多要求，早已成为四大国际机床展上各国机床制造商竞相展示先进技术、争夺用户、扩大市场的焦点。中国加入WTO后，正式参与世界市场激烈竞争，今后如何加强机床工业实力、加速数控机床产业发展，实是紧迫而又艰巨的任务。自从1052年美国麻省理工学院研制出世界上第一台数控机床以来，数控机床在制造工业，特别是在汽车
13、、航空航天、以及军事工业中被广泛地应用，数控技术无论在硬件和软件方面都有飞速发展。1956年，日本富士通研究成功数控转塔式冲床，美国IBM公司同期研制成功了“APT”（刀具程序控制装置）的加工中心。1958年美国K&T公司研制出带ATC（自动刀具交换装置）的加工中心。1967年出现了FMS，1978年以后，加工中心迅速发展，带有ATC装置。可实现多工序加工的机床步入了机床发展的黄金时代。中国1958年研制出第一台数控机床以来，发展过程大致可分为两大阶段。在19581979年间为第一阶段，从1979年至今未第二阶段。第一阶段中对数控机床特点、发展条件缺乏认识，在人员素质差、基础薄弱、配套件不过关
14、的情况下，无法用于生产而停顿。主要存在的问题时盲目性大，缺乏实事求是的科学精神。在第二阶段从日本、德、美、西班牙先后引进数控系统技术，从美、日、德等引进数控机床先进技术和合作，合资生产，解决了可靠性、稳定性问题，数控机床开始正式生产和使用，并逐步向前发展。在20余年间，数控机床的设计和制造技术有较大提高，主要表现在三大方面：培训额一批设计、制造使用和维护的人才；通过合作生产先进数控机床，使设计、制造、使用水平大大提高，缩小了与世界先进技术的差距；通过利用国外先进零部件，数控系统配套，开始能自行设计及制造高速、高性能、五面或五轴联动加工的数控机床，供应国内市场需求，但对关键技术的实验、消化、掌握
15、及创新却较差。至今许多重要功能部件，自动化刀具，数控系统依靠国外技术支撑，不能独立发展，基本上处于从仿制走向自行开发阶段，与日本数控机床水平差距很大。存在的主要问题包括：缺乏各方面专家人才和熟练技术工；缺少深入的科研工作；零部件和数控系统不配套；企业和专业间缺乏合作，基本上孤军奋战，虽然厂多人众但形成不了合力。1.1.2 数控机床发展趋势1. 搞速化、高精度化、高可靠性质量、效率是先进制造技术的主体。高速、高精度加工技术可极大地提高效率，提高产品的质量和档次，缩短生产周期和提高市场竞争力。高速化：提高进给速度，采用直线滚珠式导轨等；提高主轴转速，采用直线电机技术，直接将电机与主轴连接成一体后，装入轴部件，可以在1.8秒从0到15000r/min。高精度化：精密化是为了适应高新技术发展的需要，随着高新技术的发展对机电产品性能与质量要求的提高，机床用户对机床加工精度的要求也越来越高，数控加工机床的加工精度提高了一倍，达到15
