自動換刀加工中心.doc

PLC編程課題研修設(shè)計說明書設(shè)計課題：自動換刀加工中心專業(yè)班級：學(xué)生姓名：學(xué)號：指導(dǎo)老師：寧波技師學(xué)院電氣技術(shù)系二零一一年三月加工中心盤式刀庫自動換刀設(shè)計說明書1摘要90年代以來，數(shù)控加工技術(shù)得到迅速的普及和發(fā)展。加工中心作為新時代數(shù)控機床的代表，已在機床領(lǐng)域廣泛使用。自動換刀裝置作為加工中心最重要的部分之一，它的發(fā)展也直接決定了加工中心的發(fā)展。本論文完成的是加工中心盤式刀庫的傳動設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計以及傳動部分的動力設(shè)計。這種刀庫在數(shù)控加工中心上應(yīng)用非常廣泛，其換刀過程簡單，換刀時間短，定位精度高；總體結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，動作準(zhǔn)確可靠；維護方便，成本低。本刀庫滿載裝刀20把，采用單環(huán)排列方式放置，按就近選刀原則選刀。本次設(shè)計中的機械手采用單臂雙手式機械手，這種機械手的優(yōu)點是可以同時完成插刀和拔刀動作，結(jié)構(gòu)簡單，換刀時間短。關(guān)鍵詞：加工中心；盤式刀庫；機械手；自動換刀裝置加工中心盤式刀庫自動換刀設(shè)計說明書2目錄摘要1目錄21加工中心41.1加工中心的分類42刀庫52.1刀庫的主要構(gòu)件52.2刀庫的特點53刀庫的設(shè)計及計算73.1確定刀庫容量73.2確定刀庫形式73.3初步估計刀庫驅(qū)動轉(zhuǎn)矩及選定電機74加工中心刀具庫換刀方式105加工中心刀庫定位控制應(yīng)用115.1控制要求115.2刀庫輸入/輸出及內(nèi)部繼電器地址分配116刀庫控制的程序設(shè)計126.1PLC接線圖126.2自動換刀程序流程圖136.3自動換刀程序梯形圖156.4PLC程序工作原理197元器件的選擇228元器件清單24總結(jié)25參考文獻(xiàn)26加工中心盤式刀庫自動換刀設(shè)計說明書31加工中心加工中心（MachiningCenter,MC）是適應(yīng)省力、省時和節(jié)能的時代要求而迅速發(fā)展起來的自動換刀數(shù)控機床，它是綜合了機械技術(shù)、電子技術(shù)、計算機軟件技術(shù)、拖動技術(shù)、現(xiàn)代控制理論、測量及傳感技術(shù)以及通信診斷、刀具和編程技術(shù)的高科技產(chǎn)品。由于加工中心能集中完成多種工序，因而可減少工件裝夾、測量和調(diào)整時間，減少工件周轉(zhuǎn)、搬運存放時間，使機床的切削利用率高于通用機床3倍4倍，所以說，加工中心不僅提高了工件的加工精度，而且是數(shù)控機床中生產(chǎn)率和自動化程度最高的綜合性機床。1.1加工中心的分類按主軸加工時的空間位置分類有：臥式和立式加工中心。臥式加工中心是指主軸軸線水平設(shè)置的加工中心。臥式加工中心有多種形式，如固定立柱式或固定工作臺式。固定立柱式的臥式加工中心的立柱不動，其主軸箱在立柱上做上下移動，而工作臺可在兩個水平方向移動；固定工作臺式的臥式加工中心的三個坐標(biāo)方向的運動由立柱和主軸箱的移動來定位，安裝工件的工作臺是固定不動的(指直線運動)。臥式加工中心一般具有3個5個運動坐標(biāo)軸，常見的是三個直線運動坐標(biāo)軸和一個回轉(zhuǎn)運動坐標(biāo)軸(回轉(zhuǎn)工作臺)它能在工件一次裝夾后完成除安裝面和頂面以外的其余四個面的加工，最適合加工箱體類工件。它與立式加工中心相比，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、占地面積大、質(zhì)量大、價格亦高。立式加工中心立式加工中心主軸的軸線為垂直設(shè)置，其結(jié)構(gòu)多為固定立柱式，工作臺為十字滑臺，適合加工盤類零件，一般具有三個直線運動坐標(biāo)軸，并可在工作臺上安置一個水平軸的數(shù)控轉(zhuǎn)臺(第四軸)來加工螺旋線類零件。立式加工中心結(jié)構(gòu)簡單，占地面積小，價格低，配備各種附件后，可進(jìn)行大部分工件的加工。大型龍門式加工中心主軸多為垂直設(shè)置，尤其適用于大型或形狀復(fù)雜的工件，像航空、航天工業(yè)及大型汽輪機上的某些零件的加工都需要用這類多坐標(biāo)龍門式加工中心。五面加工中心這種加工中心具有立式和臥式加工中心的功能，在工件一次裝夾后，能完成除安裝面外的所有五個面的加工，這種加工方式可以使工件的形狀誤差降到最低；省去二次裝夾工件，從而提高生產(chǎn)效率，降低加工成本。加工中心盤式刀庫自動換刀設(shè)計說明書42刀庫刀庫是提供自動化加工過程中所需之儲刀及需求的一種裝置；其自動換刀機構(gòu)及可以儲放多把刀具的刀庫；改變了傳統(tǒng)以人為主的生產(chǎn)方式。藉由電腦程式的控制，可以完成各種不同的加工需求，如銑削、鉆孔、鏜孔、攻牙等。大幅縮短加工時程，降低生產(chǎn)成本；這是刀庫系統(tǒng)的最大特點。近年來刀庫的發(fā)展已超越其為工具機配件的角色，在其特有的技術(shù)領(lǐng)域中發(fā)展出符合工具機高精度、搞效能、高可靠度及多工復(fù)合等概念之產(chǎn)品。其產(chǎn)品的優(yōu)劣，關(guān)系到工具機的整體效能表現(xiàn)。2.1刀庫的主要構(gòu)件刀庫主要是提供儲刀位置，并能依程式的控制，正確選擇刀具加以定位，以進(jìn)行刀具交換；換刀機構(gòu)則是執(zhí)行刀具交換的動作。刀庫必須與換刀機構(gòu)同時存在，若無刀庫則加工所需刀具無法事先儲備；若無換刀機構(gòu)，則加工所需刀具無法自刀庫依序更換，而失去降低非切削時間的目的。此二者在功能及運用上相輔相成缺一不可。2.2刀庫的特點圓盤式刀庫特點圓盤式刀庫應(yīng)該稱之為固定地址換刀刀庫，即每個刀位上都有編號，一般從1遍到12、18、20、24等，即為刀號地址，操作者把一把刀具安裝進(jìn)某一刀位后，不管該刀具更換多少次，總是在該刀位內(nèi)。1、制造成本低。主要部件是刀庫體及分度盤，只要這兩件零件加工精度得到保證即可，運動部件中刀庫的分度使用的是非常經(jīng)典的“馬氏機構(gòu)”，前后、上下運動主要選用氣缸。裝配調(diào)整比較方便，維護簡單。一般機床制造廠家都能自制。2、刀號的計數(shù)原理。一般在換刀位置安裝一個無觸點開關(guān)，1號刀位上安裝擋板。每次機床開機后刀庫必須“回零”，刀庫在旋轉(zhuǎn)時，只要擋板靠近（區(qū)里為0.3mm左右）無出帶你開關(guān)，數(shù)控系統(tǒng)就默認(rèn)為1號刀。并以此為計數(shù)基準(zhǔn)，“馬加工中心盤式刀庫自動換刀設(shè)計說明書5氏機構(gòu)”轉(zhuǎn)過幾次。當(dāng)前就是幾號刀。只要機床不關(guān)機，當(dāng)前刀號就被記憶。刀具更換時，一般按最近區(qū)里旋轉(zhuǎn)原則，刀號編號按逆時針方向。如果刀庫數(shù)量是18，當(dāng)前刀號位8，要換6號刀，按最近距離換刀原則，刀庫是逆時針轉(zhuǎn)。如果換10號刀，刀庫是順時針轉(zhuǎn)。機床關(guān)機后刀具記憶清零。3、固定地址換刀刀庫換刀時間比較長國內(nèi)的機床一般要8秒以上（從一次切削刀另一次切削）。4、圓盤式刀庫是總刀數(shù)量受限制，不宜過多，一般40#刀柄的不超過24把，50#的不超過20把，大型龍門機床也有把圓盤轉(zhuǎn)變?yōu)殒準(zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)，刀具數(shù)量多達(dá)60把。加工中心盤式刀庫自動換刀設(shè)計說明書63刀庫的設(shè)計及計算3.1確定刀庫容量刀庫容量設(shè)為20把。3.2確定刀庫形式刀庫容量為20,容量不大，并且用于小型立式加工中心，因此決定采用盤式刀庫。盤式刀庫結(jié)構(gòu)簡單，應(yīng)用較多。此換刀裝置的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，成本較低，換刀可靠性較好。整個換刀過程時間大約為4秒。3.3初步估計刀庫驅(qū)動轉(zhuǎn)矩及選定電機刀庫驅(qū)動電動機的選擇應(yīng)同時滿足刀庫運轉(zhuǎn)時的負(fù)載扭矩FT和啟動時的加速扭矩JT的要求。（1）刀庫負(fù)載扭矩FT的計算圓盤式刀庫負(fù)載扭矩FT估算方法：這種刀庫的負(fù)載扭矩主要用來克服刀具質(zhì)量的不平衡，估算按如下兩種情況進(jìn)行：第一，用平均重量的刀具插滿圓盤的半個圓，如圖2-1（a）所示，根據(jù)工藝要求所需的各種刀具，確定每個刀具的（包括刀柄）平均重量CPW，而其重心則設(shè)定為離刀庫回轉(zhuǎn)中心2/3半徑處。第二，把三把最重的刀具放在一起，如圖2-1（b）所示。按加工中心規(guī)格規(guī)定