毕业设计说明书
课题名称： FANUC数控车床刀架控制系统设计
学生姓名
学号
二级院（系）
专业
班级
指导教师
起讫时间：2012 年 2 月13 日～ 2012 年 4 月 6 日
FANUC数控车床的刀架控制系统设计
摘要
数控车床今后将向中高档发展，中档采用普及型数控刀架配套，高档采用动力型刀架，兼有液压刀架、伺服刀架、立式刀架等品种。预计近年来对数控刀架需求量将大大增加。数控刀架的发展趋势是：随着数控车床的发展，数控刀架开始向快速换刀、电液组合驱动和伺服驱动方向发展。本部分主要对四工位立式电动刀架的控制系统进行设计。
关键词：数控刀架；四工位；电动回转刀架
目录
摘要 (1)
第1章绪论 (3)
1.1 课题的研究背景 (3)
1.2 课题的研究意义 (3)
1.3 设计内容 (4)
第2章数控刀架电气控制系统设计 (5)
2.1数控机床的组成 (5)
2.2霍尔原理及在刀架中运用的简单概述 (6)
2.2.1霍尔效应与工作原理 (6)
2.2.2霍尔效应的广泛运用 (6)
2.2.3霍尔元件在刀架中运用的简单概述 (7)
2.3刀架电气控制 (7)
2.3.1 刀架的锁紧时间控制 (8)
2.3.2刀架刀位信号的监控 (8)
2.3.3换刀时间的监控 (9)
2.3.4刀架上电过程 (9)
2.4刀架机械结构 (10)
第3章数控刀架PLC控制系统设计 (13)
3.1四工位刀架PLC梯形图与原理运用 (13)
3.3.1 PLC的概述 (13)
3.3.2 PLC梯形图运用 (13)
3.3.3刀架的操作 (14)
3.3.4 数控车床刀架PLC梯形图 (17)
3.3.5 程序的调试 (23)
小结 (24)
参考文献 (25)
致谢 (26)
第1章绪论
数控技术是现代制造技术的核心，是企业现代化水平的标志。采用数控系统控制的数控机床在机械制造、模具加工、航天航空和造船等领域发挥着极其重要的作用。本章介绍了本课题的研究背景，意义，基本内容
1.1 课题研究的背景
FANUC数控系统是由日本富士通公司研制开发，目前在我国得到了广泛的应用。在中国市场上应用于车床的数控系统主要有FANUC Oi -TA/TB/TC 和FANUC Oi mate- MA等。
数控车床主要由主轴箱、床鞍、尾架、刀架、对刀仪、液压系统、润滑系统、气动系统及数控装置组成。数控车床的出现对提高生产率改善产品质量以及改善劳动条件等发挥了重要的作用。为了进一步压缩非切削时间，数控机床正朝着一台机床在一次装夹中完成多工序加工的发展方向。在这类多工序的数控机床中必须带有自动换刀装置，在多工序数控机床出现之后，又逐步发展和完善了各类回转刀具的自动更换装置，扩大了换刀数量，以便有可能实现更复杂的换刀操作。
在自动换刀数控机床上，自动换刀装置应满足换刀时间短，刀具重复定位精度高，足够的刀具储存量，换刀安全可靠等要求。各类机床的换刀装置主要取决于机床的型式、工艺范围及刀具的数量和种类等。
自动换刀的形式主要有回转刀架换刀、主轴头转位换刀和带刀库的自动换刀系统。传统的车床例如CA6140的刀架上只能装一把刀，换刀的速度慢，换刀后还须重新对刀，并且精度不高，生产效率低，不能适应现代化生产的需要，因此有必要对机床的换刀装置进行改进，数控车床上使用的自动回转刀架是一种最简单的换刀装置，自动回转刀架是在一定的空间范围内，能执行自动松开、转位、精密定位等一系列动作的一种机构。根据加工对象不同，有四方刀架、六角刀架和八（或更多）工位的圆盘式轴向装刀刀架等多种形式。
1.2 本课题的研究意义
（1）掌握了刀架的控制原理，熟悉了刀架的工作过程。
（2）了解刀架在工作过程中遇到的一些故障，能对一些简单的故障进行处理。
（3）使自己进一步了解FANUC数控机床，初步掌握了解决机床问题的一些方法，为以后的工作奠定了基础。
1.3 设计内容
（1）测绘FANUC数控车床的电气原理图，接线图。
1）主电路原理图.
2）电动刀架原理图.
3）控制电路原理图.
4）机床输入信号原理图.
（2）设计FANUC数控车床刀架的控制系统（选型、计算）
1）选择四工位刀架.
2）刀架电气控制。刀架电气控制组成部分包括电源、变压器、整流电路、CNC、PLC输入/输出板、接触器和中间继电器。刀架电气控制通电过程：电源-断路器(QF1)-断路器（QF2）-变压器-整流电路-接触器(KM1、KM2)-刀架正反转。
3）PLC控制。PLC对控制刀架的I/O进行逻辑处理和运算，以实现刀架的顺序控制。
（3）有关机床参数。
1）换刀超时时间，刀具锁紧时间，正转延时时间的设定。
2）刀架控制相关PMC指令。CODB刀架刀位信号处理；COMPB一致性比较指令；MOVE逻辑乘数据传送指令。
（4）PLC程序设计
1）刀架电动机的转动由PLC数字输出控制。通过PLC的数字输出，控制直流继电器，继电器再驱动交流接触器接通三相交流电源，使刀架电动机正转或反转。
2）当PLC应用程序由数控系统的信号接口或从机床控制面板得到换刀指令后，控制刀架电动机正转，同时通过PLC的数字输入监控刀架的实际位置。如果刀架的实际位置已处于指令位置，PLC应用程序控制刀架电动机反转锁紧，并启动延时控制。延时时间到达后，刀架反转停止，换刀过程结束。
第2章数控刀架电气控制系统设计
2.1 数控机床的组成
数控机床是装备了数控系统的机床，既包括NC机床，也包括CNC机床。数字控制机床（Numerical Controlled Machine Tool），简称NC机床。数控系统是一种控制系统，它能控制机床的运动和加工过程。计算机数控机床（Computer-ized Numerical Controlled Machine Tool），简称CNC机床，是利用具有专门存储程序输入到数控装置，再由数控装置控制主运动的变数、起停、进给运动的方向、速度和位移大小，以及诸如刀具的选择、交换、工件夹紧、松开和冷却的起、停等动作，使刀具与工件及其他辅助装置严格按数控程序的要求进行。
数控机床由数控系统模块、主轴控制模块、伺服驱动模块，传感器警示灯、电子器件、电源模块、电动刀架模块、冷却系统模块、接线端子等组成。采用开放式和拆装式设计，可以进行数控机床电气控制部件的组装、接线、PMC编程、故障诊断和调试。
数控车床的组成部件：
图2-1 数控车床组成图
2.2 霍尔原理及在刀架中运用的简单概述
2.2.1霍尔效应与工作原理
所谓霍尔效应，是指磁场作用于载流金属导体、半导体中的载流子时，产生横向电位差的物理现象。金属的霍尔效应是1879年被美国物理学家霍尔发现的。当电流通过金属箔片时，若在垂直于电流的方向施加磁场，则金属箔片两侧面会出现横向电位差。半导体中的霍尔效应比金属箔片中更为明显，而铁磁金属在居里温度以下将呈现极强的霍尔效应。
由于通电导线周围存在磁场，其大小与导线中的电流成正比，故可以利用霍尔元件测量出磁场，就可确定导线电流的大小。利用这一原理可以设计制成霍尔电流传感器。其优点是不与被测电路发生电接触，不影响被测电路，不消耗被测电源的功率，特别适合于大电流传感。
若把霍尔元件置于电场强度为E、磁场强度为H的电磁场中，则在该元件中将产生电流I，元件上同时产生的霍尔电位差与电场强度E成正比，如果再测出该电磁场的磁场强度，则电磁场的功率密度瞬时值P可由P=EH 确定。
利用这种方法可以构成霍尔功率传感器。
如果把霍尔元件集成的开关按预定位置有规律地布置在物体上，当装在运动物体上的永磁体经过它时，可以从测量电路上测得脉冲信号。根据脉冲信号列可以传感出该运动物体的位移。若测出单位时间内发出的脉冲数，则可以确定其运动速度。霍尔元件应用霍尔效应的半导体
2.2.2霍尔效应的广泛运用
霍尔效应在应用技术中特别重要。如果对位于磁场(B)中的导体(d)施加一个电压(Iv)，该磁场的方向垂直于所施加电压的方向，那么则在既与磁场垂直又和所施加电流方向垂直的方向上会产生另一个电压(UH)，人们将这个电压叫做霍尔电压，产生这种现象被称为霍尔效应。根据霍尔效应做成的霍尔器件，就是以磁场为工作媒体，将物体的运动参量转变为数字电压的形式输出，使之具备传感和开关的功能。
讫今为止，已在现代汽车上广泛应用的霍尔器件有：在分电器上作信号传感器、ABS系统中的速度传感器、汽车速度表和里程表、液体物理量检测器、各种用电负载的电流检测及工作状态诊断、发动机转速及曲轴
角度传感器、各种开关，等等。
霍尔效应是指磁场作用于载流金属导体、半导体中的载流子时，产生横向电位差的物理现象。金属的霍尔效应是1879年被美国物理学家霍尔发现的。当电流通过金属箔片时，若在垂直于电流的方向施加磁场，则金属箔片两侧面会出现横向电位差。半导体中的霍尔效应比金属箔片中更为明显，而铁磁金属在居里温度以下将呈现极强的霍尔效应。
2.2.3霍尔元件在刀架中运用的简单概述
精度是一台数控机床的生命，假如机床丧失了精度也就丧失了加工生产的意义了，数控机床精度的保障很大一部分源于霍尔元件的检测精准性。
在数控机床上常用到的是霍尔接近开光：霍尔元件是一种磁敏元件。利用霍尔元件做成的开关，叫做霍尔开关。当磁性物件移近霍尔开关时，开关检测面上的霍尔元件因产生霍尔效应而使开关内部电路状态发生变化，由此识别附近有磁性物体存在，进而控制开关的通或断。这种接近开关的检测对象必须是磁性物体。
用霍尔开关检测刀位。首先，得到换刀信号，即换刀开关接通先接通。随后电机通过驱动放大器正转，刀架抬起，电机继续正转，刀架转过一个工位，霍尔元件检测是否为所需刀位，若是，则电机停转延时再反转刀架下降压紧，若不是，电机继续正转，刀架继续转位直至所需刀位。
接通整个电路电源，将换刀开关置于自动挡，再按下开始开关进行换刀，正传线圈自锁，自动进行换刀。当转到所需刀位时，刀位对应霍尔元件自动断开，电机停止正转。并接通反转电路，延时反转，刀架下降并压紧。
从执行图与分析中可以看出霍尔元件在数控机床中的重要作用。它不但起到了检测与反馈作用，而且也是数控机床精度可靠性的保障。
2.3 刀架电气控制
刀架具有很多种类。下面以霍尔元件检测刀位的简易刀架为例，进行说明。简易刀架是经济型车床上最常用的一种自动换刀机构。它机械结构简单，调试和使用方便。刀架采用三相异步电动机驱动，刀位检测采用霍尔元件。
这种道具只能单方向换刀，电动机正转换刀，反转锁紧。刀架反转锁紧时刀架电动机实际上是一种堵转状态，因此刀架电动机反转的时间不能太长，否则可能导致刀架电动机的损坏。刀架上每一个刀位都配备一个霍尔元件，如四
工位刀架，需要配备4个霍尔元件。霍尔元件的常态时截止，当刀具转到工作位置时，利用磁体使霍尔元件导通，将刀架位置状态发送到PLC的数字输入端。
霍尔元件只有导通和截止两种状态，因此对于电平有效地数控系统数字输入接口，应该使用大约1.5千欧姆的上拉电阻将导通和截止的状态变成低电平和高电平。刀架电动机的转动由PLC数字输出控制。通过PLC的数字输出，控制直流继电器，继电器再驱动交流接触器接通三相交流电源，使刀架电动机正转或反转。
当PLC应用程序由数控系统的信号接口或从机床控制面板得到换刀指令后，控制刀架电动机正转，同时通过PLC的数字输入监控刀架的实际位置。如果刀架的实际位置已经处于指令位置，PLC应用程序控制刀架电动机反转锁紧，并启动延时控制。延时时间到达后，刀架反转停止，换刀过程结束。
车床换刀时要考虑的安全问题是在换刀过程中刀具不能与工作碰撞。换刀时，零件程序首先控制各坐标轴退至安全位置，再执行换刀指令TX。换刀完成后，快速移动到工件坐标系原点，继续加工。就是说在换刀指令完成之前，PLC 要锁定零件程序的继续执行，同时要禁止坐标轴的运动。锁定零件程序的继续执行是通过数控系统信号就看中通道信号“读入禁止”实现的；坐标轴禁止运动则是通过通道接口中的“进给保持”信号置位实现的。
2.3.1刀架的锁紧时间控制
刀架锁紧是，刀架电动机处于堵转状态，所以刀架的锁紧时间不能太长。由于不同厂商生产的刀架，反转锁紧的时间可能不同，因此刀架的锁紧时间在PLC应用程序中是一个可变的值。刀架锁紧所需的时间，应该以刀架生产厂商的技术指标为准。考虑锁紧时间的可变性，可以使用PLC参数定义刀架的锁紧时间。如果使用了PLC参数，必须在PLC应用程序的技术说明书中定义该参数的单位和取值范围，这样在机床的生产过程中，操作人员可以根据PLC技术说明书设定PLC参数。同时，在PLC初始化时应该检查输入的参数是否在定义的取值范围之内。如果小于地限值；如果超出高限，则令其等于高限值。刀架电动机的反转时间切忌过长。
2.3.2刀架刀位信号的监控
如果刀位检测信号出现问题，将使换刀过程不能结束，因此PLC应用程序永远不能找到零件程序中的目标刀具。这种情况在机床使用过程中是有可能出现的，如果冷却液进入刀架，使霍尔元件损坏或刀位信号断线等。从刀架的时
序图中可以看出，刀架的位置检测信号在任何时候都没有全“0”或都为“1”，则说明刀架硬件故障。这时应通过激活PLC报警向操作人员提供故障信息，提醒操作人员对刀架进行检修。
2.3.3换刀时间的监控
所谓时间监控是监控从启动换刀到找目标刀具的时间。如在换刀过程中由于刀位信号故障或编程错误，都可能导致找不到目标刀位，使换刀过程不能完成。监控换刀时间的PLC应用程序可利用换刀指令激活一个定时器，如果在定时器规定时间内无法找到目标刀位，PLC程序激活报警，操作人员通过报警提示进行检修。同样，换刀的监控时间可以通过PLC参数设定，并在PLC技术说明书中定义参数单位和取值范围。
2.3.4刀架上电过程
刀架电气控制图如图2-3所示。
1）刀架电气控制组成部分包括电源、变压器、整流电路、CNC、PLC输入/输出板、接触器和中间继电器。
2）刀架电气控制通电过程：电源-断路器（QF1）-断路器（QF2）-变压器-整流电路-接触器（KM1、KM2）-刀架正反转。
3）刀架电气控制信号传递过程：外加信号-整流电路-CNC-PLC输入-CNC-PLC 输出-中间继电器（KA8、KA9）-刀架正反转。
系统发出换刀信号，控制继电器动作，电动机正转，通过蜗轮、蜗杆、螺杆将刀架体上升一定高度后，端面齿脱开，转位套通过销钉与蜗轮丝杠一起转动，当端面齿完全脱开，转位套正好转过160度，此时球头销在弹力的作用下进入转位套的槽中，带动刀架体旋转。当刀体转至所需刀位时，霍尔元件电路发出到位信号，电动机反转，由于粗定位槽的限制，刀架体不能旋转，使其在该位置垂直落下，刀架体和刀架端面上的端面齿啮合，实现精确定位。同时，电动机继续反转一定时间（由PLC或参数决定），紧力增加，刀架锁紧。
电动刀架的电气控制分强电和弱电两部分，强电部分由三相电源驱动三相交流异步电动机正、反转，从而实现电动刀架的松开、转位、锁紧等动作如图2-3（a）所示；弱电部分主要由位置传感器-发信盘构成，发信盘采用霍尔传感器发信。该数控电动刀架的电动机采用三相异步电动机，功率90W，转速1300r/min。
M 3～
PE
L1L2L3
QF0
U1V1W1
QF116A
U 11V 11W 11
KM1
U 12V 12W 12KM2
KM1
KM2
RC1
RC2KM2
KM1
KA8KA9Y05Y04Y01Y00Y01Y00
KA5KA4KA9KA8KA2KA1
输出
输入
PLC
PLC
(a)强电控制 （b ）PLC 输入/出 （c ）交流控制回路
图2-3刀架电气控制
数控刀架的控制主要由PLC 来完成。PLC 输入/输出如图2-3(b)所示。PLC 输入信号到X11、X12、X13、X14时分别对应了1号刀、2号刀、3号刀、4号刀，PLC 接到指令后作出相关的反应并传到PLC 输出模块Y00、Y01,由中间继电器KA8、KA9来控制刀架的正、反转，输出最终指令。
2.4 刀架机械结构
为了能在工件一次装夹中完成多种甚至所有加工工序，以缩短辅助时间，减少多次安装工件引起的误差，数控车床必须带有自动换刀装置。自动换刀装置应当满足换刀时间短、刀具重复定位精度高、足够的刀具存储以及安全可靠等基本要求。
数控车床上使用的回转刀架是一种最简单的自动换刀装置。根据加工对象不同，有四方刀架、六角刀架和八（或更多）工位的圆盘式轴向装刀刀架等多种形式。回转刀架上分别安装四把、六把或更多刀具，并按照数控装置的指令换刀。
回转刀架在结构上必须具有良好的强度和刚度，以承受粗加工时切削抗力和减少刀架在切削力作用下的位移变形，提高加工精度。由于车削加工精度在很多程度上取决于刀尖位置，对于数控车床来说，加工过程中刀架部要进行人工调整，因此更有必要选择可靠的定位方案和合理的定位结构，以保证回转刀架在每次转位之后具有更高的重复定位精度，一般为0.001~0.005mm 。
回转刀架按其工作原理不同可分为机械螺母升降转位、十字槽轮转位、凸台棘爪式、电磁式及液压式等多种工作方式。但其换刀过程一般均为刀架抬起、刀架转位、刀架压紧并定位等几个步骤。现在就以如图2-4所示的数控车床
四工位刀架为例作进一说明。
图2-4 四工位刀架
四工位刀架的换刀过程简单，由以下几个步骤来实现：
（1）刀架抬起当数控装置发出换刀指令后，电动机正转，并经联轴器，由滑键带动蜗杆、涡轮、轴、轴套转动。轴套的外圆上有两处凸起，可在套筒内孔中的螺旋槽内滑动，从而举起与套筒相连的刀架及上端齿盘，使齿盘与下端齿盘分开，完成刀架抬起动作。
（2）刀架刀位刀架抬起后，轴套仍在继续转动，同时带动刀架转过90度（如不到位，刀架还可以继续转为180、270、360度），并由微动开关发出信号给数控装置。
（3）刀架压紧刀架转到位后，由微动开关的信号使电动机反转，利用销使刀架定位而不再随轴套回转，于是刀架向下移动，上下端齿盘合拢压紧。蜗杆继续转动并产生轴向位移，压缩弹簧，套筒的外圆曲面压缩开关使电动机停止旋转，从而完成一次转位。车床刀架机械结构如图2-5所示。
图2-5 车床刀架机械结构
第3章数控刀架PLC控制系统设计
数控机床刀架是由机床PLC来进行控制，对于普通的四工位刀架来说，控制比较简单，一般用于普通的车床。我们分析车床刀架的控制原理其实就是指刀架的整个换刀过程，刀架的换刀过程其实是通过PLC对控制刀架的所有I/O 信号进行逻辑处理及计算。实现刀架的顺序控制。另外为了保证换刀能够正确进行，系统一般还要设置一些相应的系统参数来对换刀过程进行调整。在分析之前，我们首先了解刀架控制的电气部分。刀架电气控制部分如图2-3所示。图中的a是刀架控制的强电部分，主要是控制刀架电机的正转和反转，来控制刀架的正转和反转；图b是刀架控制的交流控制回路，主要是控制两个交流接触器的导通和关闭来实现a中的强电控制；图c部分是刀架控制的继电器控制回路及PLC的输入及输出回路，整个过程的控制最终是由这个模块来完成的
3.1 四工位刀架PLC梯形图与原理运用
3.3.1PLC的概述
可编程控制器(Programmable Controller)是计算机家族中的一员，是为工业控制应用而设计制造的。早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller)，简称PLC，它主要用来代替继电器实现逻辑控制。随着技术的发展，这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称PC。但是为了避免与个人计算机(Personal Computer)的简称混淆，所以将可编程控制器简称PLC,PLC自1966年出现，美国，日本，德国的可编程控制器质量优良，功能强大。
PLC = Programmable logic Controller，可编程逻辑控制器，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的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。是工业控制的核心部分。
3.3.2PLC梯形图运用
梯形图是PLC使用得最多的图形编程语言，被称为PLC的第一编程语
言。梯形图与电器控制系统的电路图很相似，具有直观易懂的优点，很容易被工厂电气人员掌握，特别适用于开关量逻辑控制。梯形图常被称为电路或程序，梯形图的设计称为编程。
PLC梯形图中的某些编程元件沿用了继电器这一名称，如输入继电器、输出继电器、内部辅助继电器等，但是它们不是真实的物理继电器，而是一些存储单元（软继电器），每一软继电器与PLC存储器中映像寄存器的一个存储单元相对应。该存储单元如果为“1”状态，则表示梯形图中对应软继电器的线圈“通电”，其常开触点接通，常闭触点断开，称这种状态是该软继电器的“1”或“ON”状态。如果该存储单元为“0”状态，对应软继电器的线圈和触点的状态与上述的相反，称该软继电器为“0”或“OFF”状态。使用中也常将这些“软继电器”称为编程元件。
3.3.3 刀架的操作
刀架换刀有两种模式，一种是手动换刀，一种是通过T指令进行自动换刀。
（1）手动换刀：首先把模式选择打到手动（JOG）模式，在按辅助功能模块上的刀库手动按键进行换刀。短促按一次换一个刀位，长按则连续换刀。
（2）自动换刀：首先把模式选择打到手动输入模式，在按下MDI单元功能键PROG输入所需的目标刀号（如T0202），按功能键EOB，接着按功能键INSERT,最后按操作面板上的绿色的循环启动键，即能找到所需的目标刀位。
刀架控制相关PMC指令介绍
（1）二进制转换指令如下：
RST=1:指错误输出W1复位
ACT=1:执行COD命令
W1=1：变换输入号超过了变换数据数，指令出错。
形式指定：1，1字节长；2，2字节长；4，4字节长
（2）逻辑乘后数据传送指令
4位
4位
（3）二进制大小比较
基准数据形式指定：
OO 1，1字节；2，2字节；4，4字节
0：输入数据是常数；1：输入数据用地址进行指定
下图是四工位刀架的PLC的地址表：(表2-1)
3.3.4 数控车床刀架PLC梯形图
1 毕 业 设 计 题目：FANUC 系统数控车的加工
摘要 数控技术及数控机床在当今机械制造业中的重要地位和巨大效益，显示了其在国家基础工业现代化中的战略性作用，并已成为传统机械制造工业提升改造和实现自动化、柔性化、集成化生产的重要手段和标志。数控技术及数控机床的广泛应用，给机械制造业的产业结构、产品种类和档次以及生产方式带来了革命性的变化。数控机床是现代加工车间最重要的装备。它的发展是信息技术(1T)与制造技术(MT)结合发展的结果。现代的CAD/CAM、FMS、CIMS、敏捷制造和智能制造技术，都是建立在数控技术之上的。掌握现代数控技术知识是现代机电类专业学生必不可少的。 本次设计内容介绍了数控加工的特点、加工工艺分析以及数控编程的一般步骤。并通过一定的实例详细的介绍了数控加工工艺的分析方法。 关键词：数控技术加工工艺编程 2
目录 摘要 (2) 目录 (3) 第一章前言 (4) 1.1本课题研究的意义 (4) 1.2本课题目前的现状 (7) 1.3本课题的研究所达目标 (14) 1.4完成本课题可行性分析 (15) 第二章零件加工 (16) 2.1零件图纸 (16) 2.2零件的结构分析与加工表面分析 (17) 2.3零件加工工艺过程及工序卡 (21) 2.4零件加工工序卡 (28) 第三章机床设备介绍与数控编程 (33) 3.1数控设备介绍与数控编程 (33) 3.2零件的节点计算 (35) 3.3程序的编辑 (37) 3.4G代码和M代码 (39) 第四章 (42) 结语 (42) 参考文献 (43) 3
第一章前言 1.1本课题研究的意义 1.1.1数控机床的基本概念 数控是数字控制（numerical control,NC）的简称，是利用离散的数字信号对信息进行传输、运算 处理。数控技术是利用数字控制原理对某一些工作过程进行自动控制的技术。它已广泛应用于航空航天、军事、电子信息、通讯、家电、汽车、机械加工等领域，是一门正在发展的高新技术。 1.1.2数控机床的组成 数控机床主要由程序编制及程序载体、输入装置、数控装置（CNC）、伺服驱动及位置检测、辅助控制装置、机床本体等几部分组成。 1.1.3程序编制及程序载体 数控程序是数控机床自动加工零件的工作指令。在对加工零件进行工艺分析的基础上，确定零件坐标系在机床坐标系上的相对位置，即零件在机床上的安装位置；刀具与零件相对运动的尺寸参数；零件加工的工艺路线、切削加工的工艺参数以及辅助装置的动作等。得到零件的所有运动、尺寸、工艺参数等加工信息后，用由文字、数字和符号组成的标准数控代码，按规定的方法和格式，编制零件加工的数控程序单。编制程序的工作可由人工进行；对于形状复杂的零件，则要在专用的编程机或通用计算机上进行自动编程（APT）或CAD/CAM设计。 编好的数控程序，存放在便于输入到数控装置的一种存储载体上，它可以是穿孔纸带、磁带和磁盘等，采用哪一种存储载体，取决于数控装置的设计类型。 4
FANUC数控车床的刀架控制系统设计 摘要 本次主要是研究FANUC数控车床的刀架控制系统。其中分析了FANUC数控车床的基本组成，数控车床六工位刀架控制系统的机械机构和电气控制以及六工位刀架的PLC程序；测绘FANUC数控车床六工位刀架部分的电气原理图、接线图；对六工位刀架的动作过程的分析。 关键词：刀架控制原理；刀架电气控制系统 目录 毕业设计说明书（论文） .................................................................... 错误！未定义书签。目录 . (i) 第1章绪论 (1) 1.1 FANUC数控刀架研究的背景及现状 (1) 1.2 课题的意义 (1) 1.3 课题的内容 (2) 第2章FANUC数控车床的基本组成 (2) 2.1 主控制系统 (2) 2.2 FANUC伺服单元 (5) 2.3 辅助装置 (7)
第3章机械结构 (8) 3.1 刀架总述 (8) 3.2 刀架的基本结构 (8) 3.3 刀架的分类 (9) 3.4 刀架的几种典型结构 (9) 3.5 FANUC数控车床刀架换刀工作原理 (11) 第4章数控车刀架电气控制系统设计 (14) 4.1 刀架的控制和接口 (14) 4.2 霍尔原理在刀架中运用的简单概述 (14) 4.3 六工位刀架PLC接线原理图 (15) 4.4 PLC编程的基本步骤及基本编程 (17) 4.5 六工位刀架梯形图及调试 (19) 第5章结论 (23) 参考文献 (24) 致谢 (25) 附录 (27) 附录一 (27)
第1章绪论 1.1 FANUC数控刀架研究的背景及现状 从 2002年开始，中国连续三年成为世界机床消费第一大国、机床进口第一大国。在世界这么多的数控制造行业中，目前在我国国内配置的FANUC系统的数控机床约占国内数控机床很大的比例。到目前为止FANUC数控系统的销售还不断在增长。 数控车床的外形与普通车床相似，即由床身、主轴箱、刀架、进给系统压系统、冷却和润滑系统等部分组成。数控车床的进给系统与普通车床有质的区别，传统普通车床有进给箱和交换齿轮架，而数控车床是直接用伺服电机通过滚珠丝杠驱动溜板和刀架实现进给运动，因而进给系统的结构大为简化。 随着数控车床的发展，数控刀架开始向快速换刀、电、液组合驱动和伺服驱动方向发展。目前我国数控刀架以电动为主，分为立式和卧式两种。立式刀架有四、六工位两种形式，主要用于简易数控车床；卧式刀架有八、十、十二等工位，可正、反方向旋转，就近选刀，用于全功能数控车床。另外卧式刀架还有液动刀架和伺服驱动刀架。电动刀架是数控车床重要的传统结构，合理地选配电动刀架，能够有效的提高劳动生产率，缩短生产准备时间，消除人为误差，提高加工精度等。 目前，行业上应用的数控刀架按照与主机配套场合主要有分如下高、中、低三个档次。低挡数控刀架结构简单，容易设计和制造。是我国的特色产品，已经形成规模化生产。中档数控刀架可双向选刀，刚性好，但结构复杂，对制造加工设备要求高，此类刀架在我国初具规模。高档数控刀架包括伺服刀架和动力刀架。伺服刀架控制器是伺服刀架和动力刀架的技术核心。高档刀架采用伺服电机驱动源，实现位置、速度的双闭环控制，容易加工制造、精度高、转位快等特点。伺服刀架的控制器即伺服刀架的伺服电机控制是高档数控刀架的关键技术。 1.2 课题的意义 通过FANUC数控车的刀架控制系统的研究，让我对FANUC数控刀架控制系统有了更全面的了解，比如数控系统的组成部分、刀架的机械结构、车床的进
目录 目录----------------------------------------------------------------1 第1节自动回转刀架总体设计--------------------------------------------------------------2 1.1概述-----------------------------------------------------------2 1.2数控车床自动回转刀架的发展趋势--------------------------------------------------2 1.3自动回转刀架的工作原理-----------------------------------------3 第2节主动传动部件的设计计算-----------------------------------------------------------5 2.1蜗杆副的设计计算------------------------------------------------5 2.2轴承的选用------------------------------------------------------7 第3节刀架体的设计-------------------------------------------------8 第4节控制系统的选择-----------------------------------------------8 4.1单片机的工作原理------------------------------------------------9 4.2刀架控制流程图--------------------------------------------------10 第5节结论---------------------------------------------------------12 参考文献------------------------------------------------------------14
大学 毕业设计（论文） 题目：C6132型卧式车床的数控化改造 总体设计及纵向进给设计 院（系）： 专业： 班级： 学生姓名： 导师姓名：职称： 起止时间：
摘要 本次设计是对普通车床C6132的数控化改造。在这里主要包括:主传动系统的改造、纵向进给系统的改造、横向进给系统的改造。而我主要是针对纵向进给系统进行机械改造。这次毕业设计对设计工作的基本技能的训练，提高了分析和解决工程技术问题的能力，并为进行一般机械的设计创造了一定条件。 数控改造主要传动系统的机械改造。由于对经济型数控机床的加工精度要求不高，为简化结构、降低成本。通过控制横进给系统，保证改造后的车床具有定位、直线插补、圆弧插补、暂停等功能。为实现机床所要求的传动效率，采用步进电机经联轴器再传动丝杠；为保证一定的传动精度和平稳性，尽量减小摩擦力，选用滚珠丝杠螺母副。 关键词：车床数控改造联轴器滚珠丝杠
Abstract This design is about the common Lathe C6132 transformation of NC. Main tasks are: the transformation of the main transmission system, the transformation of the vertical feeding system, horizontal feed system reform. While I was mainly aim at the lateral feeding system mechanical transformation. The graduation project on the design of the basic skills training has improved the analysis and the ability to solve engineering problems, and create a certain condition for general mechanical design. NC transformation is mainly a transformation of mechanical drive system. Because of the economy less precision CNC machining, it is order to simplify the structure and reduce costs. By controlling the cross-feed system, it ensures the modified lathe with positioning, linear interpolation, circular interpolation, and pause. Required for the realization of the transmission efficiency of machine tool, we should us a stepping motor drive and then screw through the coupling. To ensure a certain degree of driving accuracy and stability and minimize friction, a ball screw pair is needed. Keywords: lathe, NC Transformation , Coupling ,Ball Screw
毕业设计说明书 课题名称：FANUC数控车床的刀架控制系统设计 学生姓名 学号 二级学院（系）电气电子工程学院 专业机电一体化技术 班级 指导教师 起讫时间：2012年2月13日～2012 年4月 6 日
课题名称:FANUC数控车床 摘要 六工位简易刀架是经济型车床上最常用的一种自动换刀机构。刀架采用三相异步电动机驱动，刀位检测采用霍尔元件。这种刀架只能单方向换刀，电动机正转换刀，反转锁紧。数控车床的刀架是机床的重要组成部分，刀架用于夹持切削用的刀具，其结构直接影响机床的切削性能和切削效率。因此数控车床的刀架设计的好与坏、效率高与低将直接影响到产品的加工时间和质量，进而影响到制造业的飞速发展。 本设计主要对总体结构设计、主要传动部件的设计和电气控制部分设计。包括电气电路和控制软件的设计。 本设计的自动回转刀架控制系统电路简单，可靠性高，有效地解决了传统机床换刀主要依靠手工换刀，辅助时间长，精度不高，累积误差大，加工出的产品既费时且质量不如数控加工的问题，也为车床数控改造中的自动换刀问题提供一种有效的解决途径。 关键词：机械设计；刀架控制原理；刀架电气控制系统；自动换刀；自动回转刀架。
目录 摘要 ............................................................................................................................... I 第1章机械结构 . (2) 刀架总述 (2) 数控车床刀架的分类 (2) 数控车床刀架传动装置的原理与应用 (3) 数控车床六工位刀架换刀工作原理 (8) 第2章数控车刀架电气控制系统设计 (12) 霍尔原理在刀架中运用的简单概述 (12) (13) 六工位刀架梯形图 (14) 第3章数控车刀架常见故障分析....... (15) 数控车刀架机械与电气故障分析排除 (15) 数控车床刀架常见故障的实例分析 (16) 刀架使用注意事项 (17) 第4章结论 (19) 参考文献 (20) 致谢 (21) 附录 (22)
陕西科技大学 毕业设计（论文）任务书 机电学院机械设计制造及其自动化专业机械056 班级学生： 题目：数控加工中心的自动换刀装置 毕业设计（论文）从2009年 2 月18 日起到2009年6 月15日 课题的意义及培养目标： 数控车削中心转塔动力刀架设计使学生将所学的知识系统化，并得到扩大和补充，将理论和实践结合，不仅使学生学会独立解决实际工程技术问题的初步技巧，培养学生的调研能力以及正确进行设计计算的能力，还使学生能够用图纸和说明书来表达设计思想和结果，此外还大大培养了学生的创新意识。毕业设计是大学学习阶段最后也是最为重要的环节，这对学生走入社会提供了一次很好的锻炼机会。 设计（论文）所需收集的原始数据与资料： 1、数控车削中心各部分组成及要求 2、工位数：8工位（卧式） 3、机械设计手册 4、机械设计 5、重复定位精度 6、换刀时间 7、加紧力
课题的主要任务（需附有技术指标分析）： 1、五张左右的A0图纸工作量，包括： （1）数控车削中心结构简图 （2）刀架总装配图 （3）刀架传动系统总图 （4）刀架行星轮系、多齿盘等部件、零件图 （5）刀架电气控制原理图及接口电路图 2、完成1.5万~2万字的毕业设计说明书。 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 第1周熟悉、理解毕业设计题目，查找、借阅各种参考资料 第2、3周毕业实习收资，继续搜集与设计课题有关的素材，整理书写实习报告第4-10周总装图、部件装配图 第11-15周部分零件图及电器控制图 第16周整理书写毕业设计说明书 第17周答辩准备及预答辩 学生签名：日期： 指导教师：日期： 教研室主任：日期：
数控车床四工位刀架的工作调试与典型故障维修 摘要自动换刀装置是数控车床、加工中心的重要组成部分，它大大缩短了非切削时间，提高了加工效率。它的形式多种多样，目前常用的有可转位刀架、更换主轴头换刀和带刀库的自动换刀系统几种，其中以可转位刀架应用的更为普及，可转位刀架为一种常见的中高档数控车床刀具储存装置，而四工位电动刀架是可转位刀架中最为常用的。本文对四工位刀架进行工作原理分析，并应用继电-接触控制系统控制电路部分进行设计调试，对以上部分用PLC进行实现，针对在实际工作中遇到的刀架常见的问题和维修经验，总结出刀架常见的故障和维修排除方法，对四工位刀架的故障排查提供帮助。 关键词电动刀架；电路调试；PLC控制；四工位；故障排除 数控车床是集机械、电气、液压、气动、微电子和信息等多项技术为一体的机电一体化产品，是提高制造业的产品质量和劳动生产率必不可少的重要手段，数控车床带有自动换刀装置，自动换刀装置的功能就是储备一定数量的刀具并完成刀具的自动交换。数控车床上使用的回转刀架换刀是一种常见的自动换刀装置。 1 车床四工位电动回转刀架的工作原理 数控车床上使用的回转刀架一般是立式的，具有四工位（装有四把刀具）或六工位，由数控机床发出的脉冲指令进行回转和换刀。对于使用回转刀架的数控机床，在加工过程中，回转刀架不但可以存储刀具，而且在切削时要连同刀具一起承受切削力，在加工过程中要完成刀具交换转位、定位夹紧等动作。 1.发信盘； 2.推力轴承； 3.螺杆螺母副； 4.端面齿盘； 5.反靠圆盘； 6.三相异步电机； 7.联轴器； 8.蜗杆副； 9.反靠销；10.圆柱销；11.上盖圆盘；12.上刀体四工位电动刀架一般由电动机、机械换刀机构、发讯盘等组成如图1所示，自动回转刀架换刀具体的换刀动作如下：数控系统输出换刀信号——PLC控制信号输出（控制电路中继电器-接触器动作）——刀架电机正向寻刀开始——刀架抬起（螺杆将销盘上升到一定高度）——刀架正转（离合销进入离合盘槽，离合盘槽带动销盘，销盘带动上刀体转位）——检测元件检测到刀位信号——刀架电机开始反转并锁紧——刀架电机断电——加工顺序进行。 2 四工位电动回转刀架的电路调试 目前数控车床刀架基本为电动刀架，电动刀架具有很多种类。以用霍尔元件检测到位的刀架最为常见。图2为刀架的电路控制系统硬件接线图，刀架采用三相异步电动机驱动，刀架检测采用霍尔元件。电气控制为控制直流继电器，继电器再驱动交流接触器接通三相交流电源，使刀架电动机正转或反转。 刀架在电动机正转换刀，反转锁紧。刀架反转锁紧时刀架电机实际上是一种堵转状态，因此刀架电机反转的时间不能太长，否则可能导致刀架电机的损坏。刀架上每一个刀位都配备一个霍尔元件。霍尔元件的常态是截止，当刀具转到工作位置时，利用磁体和霍尔元件导通，将刀架位置状态发送到PLC数字输入，通过PLC的数字输出，控制直流继电器，继电器再驱动交流接触器接通三相交流电源，使刀架电机正转或反转。 3 四工位刀架的PLC控制 由数控装置和可编程控制器协调配和完成对数控机床的控制，数控机床上应用的PLC有两类：“内装型”（Bulid-in Type）PLC和“独立型”（Stand-alone Type）
数控车床自动回转刀架结构设计
设计任务 题目：数控车床自动回转刀架结构设计 任务：设计一台四工位立式回转刀架，适用于C616或C6132经济型数空车床。要求绘制自动回转刀架的机械结构图。推荐刀架所用电动机的额定功率为 90W，额定转速1480r/min，换刀时要求刀架转动的速度为40r/min，减速装置的传动比为i=37。 总体结构设计 1、减速传动机构的设计 普通的三项异步电动机因转速太快，不能直接驱动刀架进行换刀，必须经过适当的减速。根据立式转位刀架的结构特点，采用蜗杆副减速时最佳选择。蜗杆副传动可以改变运动的方向，获得较大的传动比，保证传动精度和平稳性，并且具有自锁功能，还可以实现整个装置的小型化。 2、上刀体锁紧与精定位机构的设计 由于刀具直接安装在上刀体上，所以上刀体要承受全部的切削力，其锁紧与定位的精度将直接影响工件的加工精度。本设计上刀体的锁紧与定位机构选用端面齿盘，将上刀体和下刀体的配合面加工成梯形端面齿。当刀架处于锁紧状态时，上下端面齿相互啮合，这时上刀体不能绕刀架的中心轴旋转；换刀时电动机正转，抬起机构使上刀体抬起，等上下端面齿脱开后，上刀体才可以绕刀架中心轴转动，完成转位动作。 3、刀架抬起机构的设计 要想使上、下刀体的两个端面齿脱离，就必须设计适合的机构使上刀体抬起。本设计选用螺杆-螺母副，在上刀体内部加工出内螺纹，当电动机通过蜗杆-涡轮带动蜗杆绕中心轴转动时，作为螺母的上刀体要么转动，要么上下移动。当刀架处于锁紧状态时，上刀体与下刀体的端面齿相互啮合，因为这时上刀体不能与螺杆一起转动，所以螺杆的转动会使上刀体向上移动。当端面齿脱离啮合时，上刀体就与螺杆一起转动。 设计螺杆时要求选择适当的螺距，以便当螺杆转动一定的角度时，使得上刀梯与下刀体的端面齿能够完全脱离啮合状态。 下图为自动回转刀架的传动机构示意图，详细的装配图在一号图纸上。 三、自动回转刀架的工作原理 自动回转刀架的换刀流程如下图。 图上表示自动回转刀架在换刀过程中有关销的位置。其中上部的圆柱销2和下部的反靠销6起着重要作用。 当刀架处于锁紧状态时，两销的情况如图A所示，此时反靠销6落在圆盘7的十字槽内，上刀体4的端面齿和下刀体的端面齿处于啮合状态（上下端面齿在图中未画出）。 需要换刀时，控制系统发出刀架转位信号，三项异步电动机正向旋转，通过蜗杆副带动蜗杆正向转动，与螺杆配合的上刀体4逐渐抬起，上刀体4与下刀体之间的端面齿慢慢脱开；与此同时，上盖圆盘1也随着螺杆正向转动（上盖 圆盘1通过圆柱销与螺杆联接），当转过约时，上盖圆盘1直槽的另一端转到圆柱销2的正上方，由于弹簧3的作用，圆柱销2落入直槽内，于是上盖圆
毕业设计说明书 课落款称： FANUC数控车床刀架操纵系统设计 学生姓名 学号 二级院（系） 专业 班级 指导教师 起讫时刻：2021 年 2 月13 日～ 2021 年 4 月 6 日
FANUC数控车床的刀架操纵系统设计 摘要 数控车床尔后将向中高级进展，中档采纳普及型数控刀架配套，高级采纳动力型刀架，兼有液压刀架、伺服刀架、立式刀架等品种。估量最近几年来对数控刀架需求量将大大增加。数控刀架的进展趋势是：随着数控车床的进展，数控刀架开始向快速换刀、电液组合驱动和伺服驱动方向进展。本部份要紧对四工位立式电动刀架的操纵系统进行设计。 关键词：数控刀架；四工位；电动回转刀架
目录 摘要 (1) 第1章绪论 (3) 课题的研究背景 (3) 1.2 课题的研究意义 (3) 设计内容 (4) 第2章数控刀架电气操纵系统设计 (5) 数控机床的组成 (5) 霍尔原理及在刀架中运用的简单概述 (6) 霍尔效应与工作原理 (6) 霍尔效应的普遍运用 (6) 霍尔元件在刀架中运用的简单概述 (7) 2.3刀架电气操纵 (7) .1 刀架的锁紧时刻操纵 (8) 2.3.2刀架刀位信号的监控 (8) 2.3.3换刀时刻的监控 (9) 2.3.4刀架上电进程 (9) 2.4刀架机械结构 (10) 第3章数控刀架PLC操纵系统设计 (13) 四工位刀架PLC梯形图与原理运用 (13) 3.3.1 PLC的概述 (13) 3.3.2 PLC梯形图运用 (13) 3.3.3刀架的操作 (14) 数控车床刀架PLC梯形图 (17) 3.3.5 程序的调试 (23) 小结 (24) 参考文献 (25) 致谢 (26)
数控加工工艺设计毕业论文开题报告
设计任务书 一、设计题目 数控车削加工工艺设计Ⅲ
二、设计目的 （1）了解数控加工的基本原理和功能 （2）了解数控工艺设计的内容和步骤 （3）掌握数控加工零件程序的正确编制 （4）掌握数控加工过程中精度控制的方法 （5）正确操作加工出合格零件 三、设计要求 1、由教师和实验室指导教师组织学生进行毕业设计动员和安全教育。要求学生在毕业设计时要做到以下几点： （1）进行数控编程前，应熟悉数控机床的操作说明书，并严格按照操作规程操作。 （2）检查数控机床各个部分机构是否完好，各按钮是否能自动复检。 （3）车间数控机床各部分应放在固定位置，不可随意乱放；爱护量具，经常保持量具的清洁，用后擦净，涂油后放入盒中；工作位置周围经常保持整齐清洁。 （4）数控加工时精力应高度集中，出现问题应立即切断机床电源，并向指导教师报告。 （5）操作过程中出现机床故障时，应及时向指导老师反映。 2、设计质量要求 （1）毕业设计过程中要认真学习数控毕业设计指导书，并按照内容要求进行毕业设计，保证毕业设计进度，按时保质完成毕业设计。 （2）毕业设计过程中要勤思考，勤问，勤做，勤总结，不断积累编程技巧，提高对数控加工工艺分析和编程的能力。 （3）按要求撰写毕业设计的说明书。 （4）绘制有关设计图样。 （5）按要求的精度加工出给定零件。 3、零件图及技术要求 材料为45#钢，毛胚尺寸，直径φ50mm,长度为170mm圆棒钢料，详见零件图 四、设计任务 （1）数控加工的概念 Ⅰ （2）数控加工工艺的概念 （3）数控加工工艺分析的方法及步骤 （4）数控加工程序编制及注意事项 （5）在实际加工过程中对零件精度的控制 （6）零件精度检查 五、应完成的技术资料 （1）开题报告 （2）加工零件实物
四工位立式刀架机械设计 四工位立式刀架是一种在数控机床上常用的自动换刀装置。它的主要作用是在加工过程中实现刀具的自动更换，以提高生产效率。以下是对四工位立式刀架机械设计的简要介绍： 1. 结构设计：四工位立式刀架通常由刀架本体、传动装置、控制系统、刀具安装部位等组成。刀架本体通常为立式结构，具有四个刀位，可以安装不同类型的刀具。传动装置负责实现刀架转体时无需抬起，解决刀架密封问题。 2. 传动方式：四工位立式刀架的传动方式有多种，例如蜗轮蜗杆传动、齿轮传动、丝杠螺母传动等。蜗轮蜗杆传动具有结构简单、传动比稳定、噪音低等优点；齿轮传动具有传动比准确、承载能力高等优点；丝杠螺母传动具有响应速度快、精度高等优点。 3. 控制系统：四工位立式刀架的控制系统是整个装置的核心部分，负责实现刀架的自动换刀和刀具的保护。控制系统通常采用数控系统，可以接收来自机床的指令，实现刀架的定位、旋转和锁紧等动作。此外，控制系统还具有故障诊断和预警功能，有助于确保设备的安全运行。
4. 刀具安装部位：四工位立式刀架的刀具安装部位可根据刀具类型和加工需求进行配置。常见的刀具类型包括铣刀、钻头、切削刀等。为了确保刀具的稳定性和加工精度，刀具安装部位需要具有较高的刚性和精度。 5. 安全性设计：在四工位立式刀架的设计中，安全性至关重要。例如，设置限位开关以防止刀架旋转过位；在刀架升降过程中，采用有限位装置以确保刀架在指定位置停止；此外，还应考虑电缆、气路等元件的防护措施，防止在加工过程中发生意外损坏。 总之，在四工位立式刀架的机械设计中，需要综合考虑结构、传动方式、控制系统、刀具安装部位和安全性等因素，以实现高效、安全、稳定的刀具更换功能。
数控车床自动回转刀架的毕业设计 毕业设计（论文） 题目数控车床自动回转刀架的设计 院系 专业 年级 学生姓名 学生学号 指导教师职称 完成毕业设计（论文）时间年月
目录 绪论 (1) 第一章数控车床回转刀架概述 (1) 1.1数控车床刀架的介绍 (1) 1.2数控车床刀架的分类 (1) 第二章回转刀架方案选择 (1) 2.1数控车床回转刀架的基本要求 (1) 2.2 立式数控回转刀架的结构特点 (2) 2.3刀架参数的确定 (3) 2.4动力源的选择与方案选择结果 (4) 第三章回转刀架的工作原理与过程 (5) 3.1电动刀架工作原理 (5) 3.2四方刀架的主要构成部分 (5) 第四章回转刀架的设计与计算 (6) 4.1夹紧力的计算 (6) 4.2最大切削扭矩 (7) 4.3单工位换刀时间 (7) 4.4定位精度 (9) 第五章主传动机构的设计和标准件的选取 (10) 5.1初拟传动方案 (10) 5.2选择步进电动机 (10) 5.3蜗轮蜗杆的设计 (10) 5.4中心轴强度校核 (11) 第六章刀架的电气设计 (16) 6.1刀架的电气控制 (16) 6.2回转刀架PLC控制 (17) 第七章总结 (20) 致谢 (20) 参考文献 (21)
数控车床自动回转刀架的设计 摘要数控机床为了能在工件一次装夹中完成多道甚至所有加工工序，以缩短辅助时间和减小多次安装工件所引起的误差，必须带有自动换刀装置。数控车床上的回转刀架就是一种最简单的自动换刀装置，这次设计的自动回转刀架具有转位快，定位精度高，切向扭矩大等特点，原理采用蜗杆传动，上下齿盘啮合，螺杆夹紧的工作原理。 关键词: 数控车床回转刀架特点原理 绪论
设计任务书 设计任务： 1 按工艺动作过程拟定机构运动循环图 2 进行回转台间歇机构，主轴箱道具移动机构的选型，并进行机械运动方案评价和选择 3 按选定的电动机和执行机构的运动参数进行机械传动方案的拟定 4 对传动机构和执行机构进行运动尺寸设计 5 在2号图纸上画出最终方案的机构运动简图 6 编写设计计算说明书 设计要求： 1 从刀具顶端离开工件表面65mm位置，快速移动送进了60mm后，在匀速送进60mm （5mm刀具切入量，45mm工件孔深，10mm刀具切出量），然后快速返回。回程和工作行程的速比系数K=2。 2 生产率约每小时60件。 3 刀具匀速进给速度2mm/s，工件装、卸时间不超过10s。 4 执行机构能装入机体内。 机械运动方案设计 根据专用机床的工作过程和规律可得其运动循环图如下： 机构运动循环图 该专用机床要求三个动作的协调运行，即刀架进给、卡盘旋转和卡盘的定位。其工作过程如下：
要确保在刀具与工件接触时卡盘固定不动，刀具退出工件到下次接触工件前完成卡盘旋 转动作。几个动作必须协调一致，并按照一定规律运动。 机械总体结构设计 一、原动机构： 原动机选择Y132S-4异步电动机，电动机额定功率P=5.5KW,满载转速n=1440r/min 。 二、传动机构： 传动系统的总传动比为i=n/n 6,其中n 6为圆柱凸轮所在轴的转速，即总传动比为 1440/1。采用涡轮蜗杆减速机构（或外啮合行星减速轮系）减速。 三、执行部分总体部局： 执行机构主要有旋转工件卡盘和带钻头的移动刀架两部分，两个运动在工作过程 中要保持相当精度的协调。因此，在执行机构的设计过程中分为，进刀机构设计、卡盘 旋转机构和减速机构设计。而进刀机构设计归结到底主要是圆柱凸轮廓线的设计，卡盘 的设计主要是间歇机构的选择。 在执行过程中由于要满足相应的运动速度，因此首先应该对于原动机的输出进行 减速。下面先讨论减速机构传动比的确定：由于从刀具顶端离开工件表面65mm 位置， 快速移动送进了60mm 后，在匀速送进60mm （5mm 刀具切入量，45mm 工件孔深，10mm 刀具切出量），然后快速返回。要求效率是６０件／小时，刀架一个来回（生产１个工 件）的时间应该是１分钟。根据这个运动规律，可以计算出电机和工作凸轮之间的传动 比为1440/1。两种方案的传动比计算，参考主要零部件设计计算。 下面讨论执行机构的运动协调问题：有运动循环图可知，装上工件之后，进刀机 构完成快进、加工、退刀工作，退后卡盘必须旋转到下一个工作位置，且在加工和退刀 的前半个过程中卡盘必须固定不动，由于卡盘的工作位置为四个，还要满足间歇和固定 两个工作，于是选择单销四槽轮机构（或棘轮机构、不完全齿轮机构与定位销协调）解 决协调问题，具体实现步骤参考“回转工作台设计”。由于进刀机构的运动比较复杂， 因此要满足工作的几个状态，用凸轮廓线设计的办法比较容易满足。廓线的设计参考主 要零部件设计计算。 机械传动系统设计 1、涡轮蜗杆减速器： 采用如图机构，通过涡轮蜗杆加上一个定轴轮系实现了： 2、外啮合行星齿轮减速器： 采用如图采用渐开线直齿圆柱齿轮啮合传动，实现传动比： 机床工作运动模型 涡轮蜗杆减速机构 1 2345 6 7 8
FANUC 0i D系统数控车床PMC程序设计 摘要 为实现数控车床的自动化，根据FANUC 0i Mate-TD数控系统的电气控制特点和数控车床的电气控制要求, 运用FANUC PLC的使用和编程技术来完成冷却、润滑、刀架、主轴的PLC控制程序设计。其设计思路和方法可为其他机电一体化产品控制系统设计提供借鉴。 关键词：数控系统；Fanuc；PLC；刀架
目录 摘要 ......................................................................................................................... I 第1章绪论 (1) 数控技术 (1) 数控机床专用PLC (1) 第2章FANUC数控系统介绍 (3) 数控系统的组成 (3) 2.2 软件功能 (4) 第3章机床数控化改造 (5) 数控机床的优越性 (5) 数控机床操作面板 (5) 数控机床的工作流程 (6) 操作面板及I/O分配 (7) 选择PMC的型号，并分配地址 (7) 数控系统功能指令 (10) 第4章操作面板梯形图 (11) 4.1 控制梯形图 (11) 模式选择 (11) 主轴控制系统 (12) 润滑系统 (13) 冷却系统 (15) 刀架选择 (16) 切削进给速度倍率选择 (17) 进给系统的控制原理 (18) 4.2 PMC软件调试 (18) 第5章小结 (19) 参考文献 (20) 致谢 (21)
第1章绪论 数控技术及装备是发展新兴高新技术产业和尖端工业的使能技术和最基本的装备。世界各国信息产业、生物产业、航空、航天等国防工业广泛采用数控技术，以提高制造能力和水平，提高对市场的适应能力和竞争能力。工业发达国家还将数控技术及数控装备列为国家的战略物资，不仅大力发展自己的数控技术及其产业，而且在“高精尖”数控关键技术和装备方面对我国实行封锁和限制政策。因此大力发展以数控技术为核心的先进制造技术已成为世界各发达国家加速经济发展、提高综合国力和国家地位的重要途径。 FANUC数控系统应用越来越广泛，FANUC数控系统的优越性表现越来越广泛。FANUC 数控系统以其高质量、低成本、高性能,得到了广大用户的认可,并得以大量使用, 就其系统本身而言,经受了连续长时间的工作考验,故障率较低。而故障多发于外围行程、限位开关等外围信号检测电路上。 1.2数控机床专用PLC 可编程控制器(PLC)是将继电器控制的概念和设计思想与计算机技术及微电子技术相结合而形成的专门从事逻辑控制的微机系统，梯形图是PLC的程序主要表达方式之一，在工业上最为普级的控制器，它原以是来代替继电器控制回路的，发展到今天出现了通讯、模拟、运算、等功能，它的优点是：控制稳定、操作简单、编程效率高等优点； 在PLC系统应用中，梯形图的设计往往是最主要的问题。梯形图不但沿用和发展了电气控制技术，而且其功能和控制指令已远远超过电气控制范畴。它不仅可实现逻辑运算，还具有算术运算、数据处理、联网通信等功能，是具有工业控制指令的微机系统。由于梯形图的设计是计算机程序设计与电气控制设计思想结合的产物，因此，在设计方法上与计算机程序设计和电气控制设计既有着相同点，也有着不同点。 对开关量控制系统梯形图的设计，常用的有以下几种常用方法。 (1)替代设计法：所谓替代设计法，就是用PLC机的程序，替代原有的继电器逻辑控制电路。
数控车床设计方案 一、选定题目——数控车床 数控机床的特点 1. 适应性强，适合加工单件或小批量复杂工件在数控机床上加工不同形状的工件，只需重新编制新工件的加工程序，就能实现新工件的加工。 2. 加工精度高，生产质量稳定数控机床的脉冲当量普遍可达0.001mm/p,传动系统和机床机构都具有很高的刚度和热稳定性，进给系统采用间隙措施，并对反向间隙与丝缸螺距误差等由数控系统实现自动补偿，所以加工精度高。 3. 生产率高工件加工所需时间包括机动时间和辅助时间。数控机床能有效的减少这两部分时间。数控机床主轴转速和进给量的调速都比普通机床的范围大，机床刚性好，快速移动和停止采用了加速、减速措施，数控机床更换工件时，不需要调整机床。同一批工件加工质量稳定，无需停机检验，故辅助时间大大减少。 4. 减轻劳动强度，改善劳动条件数控机床加工是自动进行的工件过程不需要人的干预，加工完毕自动停车，这就使工人的劳动条件大为改善。 5. 良好的经济效益机床价格昂贵，分摊到每个工件的设备费用较大， 但是机床可节省许多其他的费用。例如，工件加工前不用划分工序，工件的安装、调整、加工和检验所花费的时间少，特别不用设计制造专用工装夹具，加工精度稳定，减少废品率。 6. 有利于生产管理的现代化数控机床使用数字信息与标准代码处理、传递信息，特别在数控机床上使用计算机控制 二、主要技术指标
1. 用途: 指数控车床的工艺范围，包括加工对象的材料、质量、形状及尺寸等。 2. 生产率：包括加工对象的种类、批量及其所要求生产率。 3. 性能指标：包括加工对象所要求的精度或数控车床的精度、刚度、热变形、噪声等。 4. 主要参数：即确定数控车床的加工空间和主要参数。 5. 驱动方式：数控车床驱动方式分为步进电动机驱动与伺服电动机驱动。驱动方式的确定不仅与机床的成本有关，还将直接影响传动方式的确定。 6. 成本及生产周期：无论是订货还是工厂规划的产品，都将确定成本及生产周期方面的指标。 三、系统方案设计 ( 一) 数控车床基本组成 1) 数控机床是一种利用数控技术，按照事先编好的程序实现动作的机床，它由程序载体、输入装置、数控装置、伺服系统、位置反馈和机床机械部件组成。 2) 数控车床结构由主轴传动机构、进给传动机构、工作台、床身等部分组成。 3) 数控车床由数控装置、床身、主轴箱、刀架进给系统、尾座、液压系统、冷却系统、润滑系统、排屑器等部分组成。详见下图：
摘要 数控加工的加工精度高,生产率高，能减轻操作者劳动强度，改善劳动条件,有利于生产管理的现代化以及经济效益的提高。它的发展和运用，影响着制造业水平高低，实现生产过程的数控化，已经成为当今制造业的发展方向，所以非常值得我们去研究。 本设计通过对数控车床六工位自动控制刀架工作原理的分析，综合考虑刀架工作过程的优缺点，确定了设计方案，得到了最终设计的结果，也达到了预先设定的目的。本设计主要包括了数控车床刀架机构的主要部件，其中包括转位机构，刀架的定位机构，驱动伺服电机的选择,蜗轮蜗杆的设计，刀架主轴的结构设计等。最终得到常用的数控车床六工位刀架应满足的要求。 关键词：六工位;电动刀架
ABSTRACT With its high working accuracy and productivity, the numerical control processing can reduce the operators’ labor intensity，improve labor condition，and is thus advantageous in the modernization of manufacturing management as well as improvement of economic benefit。Hence，the development and the utilization the numerical control processing play a role and become the development direction in the advancement of manufacturing industry. Based on the analysis of operating principle and process of six—station automatic control knife rest of numerically controlled lathe，this paper determines its solution approach and conclusion。The paper first discusses how to choose such critical pieces of the knife rest of numerically controlled lathe as indexing mechanism，positioning mechanism, drive servo motors，and then discusses the design of worm gear, worm drive, and the structure of principle axis of the knife rest, etc。。The paper then concludes the requirements of common six—station automatic control cutter of numerically controlled lathe. Key words: six—location；electronic knife rest
本科毕业设计说明书（论文） 题目：FANUC 0i mate-TD数控车床PMC控制系统设计 专业：机械设计制造及其自动化 班级：学号： 学生姓名： 指导教师： 起迄日期： 设计地点：
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目录 前言 (1) 第一章绪论 (2) 1.1引言 (2) 1.2 FANUC数控系统概述 (2) 1.2.1 FANUC数控系统的主要类型 (2) 1.2.2 FANUC数控系统的特点 (3) 1.2.3 FANUC 0系列的主要功能及特点 (4) 1.2.4 FANUC 0i系列的主要功能及特点 (4) 1.3 FANUC数控车床的创新与应用 (5) 第二章FANUC数控车床电气原理图的设计 (5) 2.1 常用电器的选型 (5) 2.1.1 低压元器件选择 (5) 2.2 电气原路图的基础知识 (7) 2.2.1 电气原理图 (7) 2.2.2 电气原路图的构成要素 (7) 2.2.3 电气原路图的画法规则 (7) 2.3 电气原理图的设计原则和设计步骤 (8) 2.3.1 电气原理图中的图形符号、文字符号和接线端子标记 (9) 2.3.2 电气原理图 (9) 2.4 电气原理图电路示例 (12) 第三章FANUC PMC程序的设计 (13) 3.1 概述 (13) 3.2 PMC的地址 (14) 3.3 PMC程序的结构 (14) 3.4 PMC程序基本指令 (15) 3.5 PMC程序功能指令 (16) 3.5.1功能指令的格式 (18) 3.5.2部分功能指令说明 (19) 3.6 FANUC数控车床PMC分析 (23) 3.6.1 I/O分配表 (23) 第四章系统的调试 (26) 4.1 FANUC Oi Mate-TD数控系统操作面板 (26) 4.2 参数的显示 (27) 4.3 存储卡格式PMC 的转换 (30) 4.3.1 M-CARD格式→计算机格式 (30) 4.3.2 计算机格式→M-CARD格式 (31) 4.4与轴设定相关的NC 参数初始设定 (33) 结论 (35) 致谢 (36) 参考文献 (36)