自动化机床换刀.doc

毕 业 设 计（论 文）题 目： KH63G柔性加工单元ATC控制设计系 别：电气工程系专 业：自动化班 级： T1023-7学生姓名： 李灿学 号： 20100230728指导教师：罗敏(校内) 何晓波(校外)摘要 KH63G是韩国起亚生产的柔性加工单元，该加工单元使用的是链式刀库，最多能容纳40把刀，采用的是液压机械手进行刀具交换本课题依据KH63G柔性加工单元改造中自动换刀功能的设计要求，应用FANUC-18i数控系统，设计采用固定刀套换刀方式的自动刀具交换（ATC）功能该柔性加工单元的换刀过程分为：刀库找刀、机械手取刀、机械手换刀、机械手还刀四个子过程这次改造的主要任务是：设计和完成相应的电气原理图、宏程序及PMC程序的编写设计的自动换刀功能具有手动和自动两种运行方式，换刀过程每一个动作均设计了M功能，以方便日常的调整和维护工作关键词：链式刀库，机械手，换刀 AbstractKH63G is Korea-KIA production flexible machining cell, where is using the chain type tool magazine .The center is able to accommodate up to 40 tools at most and use hydraulic tool Exchange manipulators . According to the design requirements of automatic tool change feature of transformation of KH63G flexible machining cell ,this subject applies the design of FANUC-18i NC system using the fixed tool automatic tool Exchange (ATC) feature.The tool change procedure is divided into: magazine search tool , taking tool , exchanging tool, returning tool. Design of automatic tool change feature with manual and automatic operating mode. The M-functions of the tool changing process have been designed to facilitate routine adjustments and maintenance work. Keywords: Magazine, ATC arm, ATC目录第一章 绪论 11.1前言 11.2自动换刀装置现状及发展趋势 21.2.1自动换刀装置国内外发展现状 21.2.2换刀机构核心技术及发展趋势 31.3课题介绍 41.4课题任务 4第二章 FANUC 18i-MB系统介绍 52.1 FANUC 18i-MB系统 52.1.1基本构成及连接 52.1.2进给与主轴控制 52.1.3 FANUC 18i主要规格 62.1.4 FANUC 18i 硬件连接 62.2 PMC编程介绍 72.3 FANUC LADDER-Ⅲ编程软件 92.3.1 LADDER-Ⅲ基本操作 92.3.2创建一个新程序 112.3.3 编辑标题 112.3.4编辑符号和注释 12第三章 ATC自动换刀装置 143.1 ATC概述 143.1.1刀库的类型 143.1.2机械手的类型 173.2机械手换刀方式 18第四章 KH63G加工单元换刀控制设计 204.1换刀设计方案论证 204.2 KH63G电气原理图 204.2.1 KH63G柔性加工单元ATC输入电气原理图 234.2.2 KH63G柔性加工单元ATC输出电气原理图 274.2.3 KH63G柔性加工单元I/O模块设计及地址分配 284.3 换刀机械手动作分析 294.3.1换刀流程分析 304.3.2 机械手运动轨迹示意图 324.4 柔性加工单元换刀宏程序设计与编写 354.5 M辅助功能设计 374.6 PMC程序编写 384.6.1 D区及C区参数说明 384.6.2 换刀动作PMC程序 39第五章 总结 53结束语 54致谢 55参考文献 56附录 572014届湖北汽车工业学院毕业设计（论文）第一章 绪论1.1前言刀库及机械手（AUTOMATIC TOOL CHANGER:ATC）主要用于大中型数控柔性加工单元和柔性加工单元，具有连续换刀且换刀时间短的优点。

目前，ATC已成为数控柔性加工单元的重要组成部分和关键功能装置通过刀库及机械手，可以大大减少加工过程中的非切削时间，提高生产率、降低生产成本，提高机床乃至整个生产线的生产力随着数控柔性加工单元向高精度、高性能、高速度和高稳定性方向发展，对刀库机械手的精度、性能和可靠性提出了更高的要求自动换刀系统一般有刀库、机械手和驱动装置组成刀库的容量有大有小，其装刀数在20～160之间刀库的功能是储存刀具及辅助工具柔性加工单元自动换刀大多采用刀库式自动换刀装置带刀库的自动换刀系统由刀库和换刀装置构成，整个换刀过程较为复杂，首先要指令中即将要使用的刀具送到刀库制定位置，再由机械手抓取刀具并送到主轴位置卸载主轴上的刀具，并完成预备刀装刀动作刀库将加工过程中所有要使用到的刀具分别安装在标准的刀柄上，在机外进行尺寸的预调整，按照一定的形式放到刀库中，而且每把刀具都有自己的编号，刀库中的刀座亦有相应的编号存放刀具的刀库具有较大的容量时，它即可安装在主轴的上方或是侧面，也可以作为单独的部件装置安装到机床的外部当刀库安装的机床的外部是，由于远离机床，这就需要在刀库和主轴之间装配换刀机械手来完成刀库和主轴间的换刀动作。

用来完成此功能的机构包括送到臂、摆刀站和换刀臂，总称为机械手具体的说，它的作用是完成刀具的装再和拆卸，以及主轴和刀库间的刀具传递机械手和刀库完成此项功能一般有驱动装置，驱动装置由步进电机或液压（或气液机构）或凸轮机构组成机械手完成刀库里的预备刀与主轴上的刀的交换工作由于数控柔性加工单元的刀库中刀具的容量、换刀稳定性及换刀速度直接影响到柔性加工单元的工作效率，而自动换刀装置就是进一步的压缩非切削时间，减少人力劳动，提高生产效率，大大改善工人的工作条件因此数控机床为了能够在工件一次夹装中完成多道加工工序，大量的缩短辅助时间，减少频繁安装工件所引起的误差，这就必须要求数控机床带有自动换刀装置1.2自动换刀装置现状及发展趋势自动换刀装置是近几十年发展起来的一种高科技自动化生产装置，它与数控机床结合组成柔性加工单元，带有工作台交换的数控柔性加工单元被称为柔性加工单元自动换刀装置对机床的稳定性，以及提高产品质量，尤其对生产效率的提高有着重要的作用1.2.1自动换刀装置国内外发展现状工业发达的国家对于自动换刀装置的研究，起于上个世纪70年代，并在这个时间段之后获得迅速的发展1983年，国际标准化组织制订了数控刀具锥柄的国际标准，从而自动换刀装置形成了一套结构模式。

1956年日本富士通成功的研制出数控转塔式冲床,同年美国IBM公司也成功的开发出了“APT”(刀具过程控制装置)：两年后美国K&T公司创造性的研制出带有ATC(自动换刀装置)的柔性加工单元；1978年以后,带有ATC装置的柔性加工单元得以迅速发展,至此迎来了机床发展的黄金阶段目前意大利、德国、瑞士、奥地利、日本等国家,在高端柔性加工单元上成功实现了自动换刀装置的运用,并取得了非常可观的实际效果例如德国CHIRON公司生产的型号为Fz08s和Fz08w柔性加工单元(机床),采用机械手换刀,刀库安装在在主轴周围，可随主轴一起移动，且每1把刀具配有1套换刀机械手,用来保证换刀的准确性和无误性，缩短换刀时间至0.5秒，同时达到切屑对切屑换刀时间小于1.5秒；意大利MCM-CLOCK公司生产的600Auto柔性加工单元，采用15040，HSK63刀柄，设计有1个旋转工作台，通过同步工作台的回转与换刀机械手，切屑对切屑换刀缩短至2秒德国BURKARD和WEBERGMBH公司生产的MC325、MC325-TWN柔性加工单元，采用了可换位置的转塔刀库，换刀时间等于互换位置的进给时间，而且带有可减缓的托盘和回转刀具交换系统，其切屑对切屑换刀时间缩短为2秒。

相比工业发达国家，柔性加工单元在我国的研究起步相对比较晚，因此在自动换刀装置方面的研究也相对落后从20世纪80年代起,大连机床集团、北京机床研究所、济南第一机床厂、沈阳机床集团等,都对自动换刀装置进行了探索与开发，并取得了很不错的成绩，如大连机床集团研发自动换到装置，换刀时间已经能够精确缩短在2秒以内1.2.2换刀机构核心技术及发展趋势系统整体设计，是保证大型高速刀库及自动换刀装置产品的质量，气设计的核心在于确保系统各零件、各机构间的协调、有序的的工作，使系统的结构在空间和时间上不发生干涉系统设计技术包含创新设计，并行优化设计，可靠性设计等多种设计方法其中，模块化设计方法将其运用到自动换刀的系统整体的设计和开发中，建立系统化设计理念同时运用结构拓扑优化方法对各模块进行设计与优化，并对各运动件进行动态特性分析，简历快速创新设计支撑平台等系统设计技术涉及设计、分析等多种软件的集成与二次开发凸轮机构是凸轮式自动换刀装置中的核心组成部分，包括平面凸轮和空间弧面分度凸轮其中，互勉分度凸轮机构，是一种高速间歇空间分度机构，与棘轮机构、槽轮机构的间分度机构相比，具有分度高，精度较好，动力学特性好，承载能力大等优点；而弧面分度凸轮的工作轮廓是空间不可展曲面，设计和制造难度大。

凸轮的制造工艺水平和加工精度，直接影响自动换刀装置的换刀速度和换刀的稳定性机械手上刀具夹持元件的结构，直接影响着凸轮的使用性能，研究适应重量刀具安全夹持要求的换刀机械手上刀具夹持元件的结构模式，使之具备较大的加紧力，来达到重量刀具的安全夹持，能够自锁和工作稳定等特点，而且还必须有充足的夹持刚度，同时便于刀具的轴向精确定位随着机械手的发展，人们对机械手的应用提出了更高的要求，一方面是重复高精度，精度是指机械手到达指定位置的精确程度，它与驱动器的分辨率以及反馈装置联系密切重复精度是指在重复工作中，机械手到达同样位置的精确程度，很明显重复精度显然比精度更为重要另一方面是模块化，目前有些公司把带有系列导向驱动装置的气动机械手称为简单的传输技术，而把模块化拼接的气动机械手成为现代运输技术模块化拼接的气动机械手比组合导向装置更具有灵活的安装体系还有就是无给油化，无给油化是新提出的概念，主要是为了迎合食品、生物工程、电子、纺织业、精密仪器等行业的无污染的要求，不加润滑脂的不供油的润滑元件已经问世。