数控加工中心刀具库自动换刀系统.doc

职业技术学院毕 业 论 文题目： 数控加工中心自动换刀系统 学 生： 学 号： 院 （系）： 专 业： 指导教师： 2013 年 5 月 3 日数控加工中心刀具库自动换刀系统摘 要 本设计介绍了加工中心自动换刀装置的机械手运动的部分设计及控制系统的设计，最终实现自动换刀动作，介绍了目前加工中心常用的刀库，及其在加工中心上的应用情况，从而可以看出在数控方面的发展趋势 换刀装置作为加工中心的重要组成部分，其主要作用在于减少加工过程中的非切削时间，提高生产率，降低生产成本，进而提升机床乃至整个生产线的生产力加工中心自动换刀装置是实现多工序连续加工的重要装置，其结构设计及其控制是实现加工中心设计制造的关键加工中心的换刀过程较为复杂，动作多，动作间的相互协调多，进而自动换刀系统的好坏直接影响加工效率的高低 带有自动换刀系统的数控加工中心在现代先进制造业中起着越来越重要的作用，它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。

加工中心是数控中较为复杂的加工设备，由于其具有多种加工能力而得到广泛的应用，其强大的加工能力和效率得益于其配置的自动换刀装置关键字：数控加工中心，机械手，自动换刀，系统 数 控 加 工 中 心 刀 具 库 自 动 换 刀 系 统 I 目 录摘要 …………………………………………………………………………………………Ⅰ第一章 毕业设计（论文）任务书 ………………………………………………………2第二章 毕业论文分析及参数设置………………………………………………………42.1 刀具自动换刀分析 …………………………………………………………42.2 换刀系统参数设置 ………………………………………………………4第三章 毕业设计过程……………………………………………………………………53.1 PLC介绍 ………………………………………………………………………5 3.1.1可编程控制器的功能及特点………………………………6 3.1.2可编程控制器的应用………………………………………6 3.1.3可编程控制器的作用………………………………………7 3.1.4可编程控制器的发展………………………………………7 3.1.5可编程控制器的基本组成…………………………………73.2 PLC的工作原理 ………………………………………………………………8 3.2.1 PLC的工作过程………………………………………………9 3.2.2 PLC的内部运作方式………………………………………10 3.2.3PLC的选择依据……………………………………113.3 I/O配置表 …………………………………………………………………113.4 刀盘取刀示意图 …………………………………………………………………133.5 梯形图及指令表 …………………………………………………………………143.6 本系统改进 ………………………………………………………………………18 3.6.1研究适用于机床主轴结构并能满足自动换刀要求的高性能弹簧夹头结构模式 ………………………………………………………………………………19 3.6.2研究确定弹簧夹头与机床主轴头部可靠联结的结构方案……19 3.6.3 换刀机械手与驱动装置的研究………………………………………19 3.6.4 刀库结构及刀库驱动方式的研究…………………………………19 3.6.5 智能型控制系统的研究………………………………………………193.7总结………………………………………………………………………20致谢………………………………………………………………………………21参考文献………………………………………………………………………………22陕 西 科 技 大 学 职 业 技 术 学 院毕业设计（论文）任务书 机电一体化专业 机电101 班级 学生： 题目： 数控加工中心刀具库自动换刀系统设计 毕业设计（论文）从 2013 年 2 月 1 日起到 2013 年 5 月 1 日课题的意义及培养目标： 数控加工中心刀具换刀系统要求针对斗笠式刀库的6把刀具，以机械手位置为基准通过PLC控制刀盘顺时针和逆时针旋转从而实现换刀，要求学生主要就换刀系统硬件总体、组成及PLC控制方面进行设计。

通过该毕业设计使学生能将学到的知识系统化，并得到扩大和补充将理论与实践结合起来，使知识提高到一个新的水平；使学生学会解决实际工程技术问题的初步能力；培养调查研究的习惯；合理正确地进行毕业设计，能从图纸和说明书表达设计思想和结果；能更好的培养发挥学生的创新能力 设计（论文）所需收集的原始数据与资料： 本设计需关注国内外有关数控加工中心刀具换刀系统，换刀控制系统等方面的信息具体需收集的资料有机床设计手册，PLC、液压和气动控制，机械设计手册等有关书籍 课题的主要任务（需附有技术指标分析）： 数控加工中心刀具换刀系统设计主要任务包括： 1、换刀系统总体设计； 2、PLC控制系统的总体方案的确定及硬件接线图、控制程序的编写； 3、设计说明书，数量规格按学院有关要求。

设计（论文）进度安排及完成的相关任务（以教学周为单位）：周 次设计（论文）任务及要求1~2收资，调研，熟悉课题 录3方案论证，掌握设计任务，对可行方案进行论证 4总体设计，确定总体方案 5~8详细设计并完成设计说明书等9-10修改打印说明书，准备答辩 学生签名： 日期： 指导教师： 日期： 教研室主任： 日期： 第二章 毕业论文分析及参数设置2.1 刀具自动换刀分析刀具换刀由PLC控制来实现其功能。

刀具库分为斗笠式和机械手换刀刀库斗笠式刀库装6把刀，从上向下看顺时针编号，如图1所示以机械手位置为基准，刀号变大方向连续3把刀盘逆时针换刀；刀号变小连续2把刀采用顺时针旋转换刀例如：假设1号刀为停留在机械手位置处时，调去1号刀时刀盘不动作；调取5、6号刀时刀盘顺时针旋转，调去2、3、4号刀时，刀盘逆时针旋转2.2 换刀系统参数设置 （1）寄存器D0：机械手当前位置寄存器 （2）寄存器D1：程序刀号寄存器 （3）寄存器D3：偏差寄存器 （4）参数K：参数K1、K2、K3、K4、K5、K6分别为1、2、3、4、5、6第三章 毕业设计过程3.1 PLC基本介绍可编程控制器( Programmable Controller )简称PC可编程控制器是一种以微处理器为核心，集自动化技术，计算机技术，通信技术为一体的工业自动控制装置 1968年美国的汽车工业首先提出了可编程控制器的概念，1969年美国数字设备公司制造了世界上第一台PLC，这时的可编程控制器只能用于执行逻辑判断、定时、计数等顺序控制功能，所以称为可编程控制器，简称PLCPLC最早用于取代汽车生产线上的继电器控制系统，随即扩大到食品加工、制造冶金等部门。

1971年日本引进了这项生产技术，并开始生产自己的PLC1973年欧洲的一些国家也研制生产了自己的PLC进入20世纪70年代后，随着半导体技术及微软技术的发展，PLC采用了微处理器作为中央处理器，输入与输出单元和外围电路也采用了中、大规模集成电路，使PLC具有多项优点，并形成了各种规格的系列产品，成为了一种新型的工业自动化控制标准设备这时的PLC已经有逻辑判断、数据处理、PID控制和数据通信功能，因此被改称为可编程控制器1987年2月，国际电工委员会（IEC）在可编程控制器的标准中做可如下定义：“可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计，是带有存储器，他采用用可编程序的存储器逻辑运算它能够存储和执行命令，进行顺序控制、定时、技数和算术运算等操作的指令，并通过数字式和模拟式的输入\输出接口控制各种类型的机械或生产过程可编程控制器及其有关外围设备，都应按易于工业控制系统连成一个整体， 并易于扩充其功能的原则设计可编程控制器按容量分为大型PLC：I/O总点数在2048点以上，存储容量8K步以上；中型PLC:I/O总点数在256-2048点以上，存储容量2K-8K步；小型PLC:I/O总点数在64-256点以上，存储容量2K步以内；微型PLC:I/O总点数在64点以下。

可编程控制器按结构形式分为整体式结构：它的特点是将PLC的基本组成部件，如CPU板，输入板 ，输出板，电源板等很紧凑地安装在一个标准机壳内，构成一个整体，组成PLC的一个基本单元（主机)或扩展单元基本单元上设有扩展端子，通过电缆与扩展单元相连，以构成PLC不同的配置整体式结构PLC体积小，成本低，安装方便，微型PLC大多采用这种结构形式模块式结构：这种PLC由一些标准模块如CPU模块，输入模块，输出模块，电源模块等构成，各模块功能是独立的使用时，可根据需求灵活配置标准模块，将各标准模块插在框架上或基板上即可组装成PLC可编程控制器在其内部结构和功能上都。