数控加工中心自动换刀系统

加工中心自动换刀功能及编程加工中心自动换刀功能是通过机械手（自动换刀机构）和数控系统的有关控制指令来完成的。

换刀过程：装刀，选刀，换刀1．换刀过程（1）装刀：刀具装入刀库任选刀座装刀方式。

刀具安置在任意的刀座内，需将该刀具所在刀座号记下来。

固定刀座装刀方式。

刀具安置在设定的刀座内。

（2）选刀从刀库中选出指定刀具的操作。

1）顺序选刀：选刀方式要求按工艺过程的顺序（即刀具使用顺序）将刀具安置在刀座中，使用时按刀具的安置顺序逐一取用，用后放回原刀座中。

2）随意选刀：①刀座编码选刀：对刀库各刀座编码，把与刀座编码对应的刀具一一放入指定的刀座中，编程时用地址T 指出刀具所在刀座编码。

②计算机记忆选刀刀具号和存刀位置或刀座号对应地记忆在计算机的存储器或可编程控制器的存储器内，刀具存放地址改变，计算机记忆也随之改变。

在刀库装有位置检测装置，刀具可以任意取出，任意送回。

（3）换刀1）主轴上的刀具和刀库中的待换刀具都是任选刀座。

刀库一选刀一到换刀位一机械手取出刀具一装入主轴，同时将主轴取下的刀具装入待换刀具的刀座。

2）主轴上的刀具放在固定的刀座中，待换刀具是任选刀座或固定刀座。

选刀过程同上，换刀时从主轴取下刀具送回刀库时，刀库应事先转动到接收主轴刀具的位置。

3）主轴上的刀具是任选刀座，待换刀具是固定刀座。

选刀同上，从主轴取下的刀具送到最近的一个空刀位。

2．自动换刀程序的编制（1）换刀动作（指令）：选刀（T XX）；换刀（M06（2）选刀和换刀通常分开进行。

（3）为提高机床利用率，选刀动作与机床加工动作重合。

（4）换刀指令M06必须在用新刀具进行切削加工的程序段之前，而下一个选刀指令T常紧跟在这次换刀指令之后。

（5）换刀点：多数加工中心规定在机床Z轴零点（Z0）,要求在换刀前用准备功能指令（G28使主轴自动返回Z0点。

（6）换刀过程：接到T XX指令后立即自动选刀，并使选中的刀具处于换刀位置，接到M06指令后机械手动作，一方面将主轴上的刀具取下送回刀库，另一方面又将换刀位置的刀具取出装到主轴上，实现换刀。

ATC自动换刀点的设置2012年2月8日自动换刀系统简称ATC（Automatic tool change），是加工中心的重要部件，刀具的交换通过机械手、刀库及机床主轴的协调动作共同完成。

加工中心在使用时，由于更换Z轴伺服电机，反馈电缆，以及电池电压过低，会导致参考点丢失，从而使ATC换刀点位置发生变化，在自动换刀时会造成事故，这时就需要重新设置换刀点。

以FANUC 0i数控系统为例，详述操作步骤如下：1.正向移动Z轴，使主轴端面高于换刀臂（机械手）平面一定距离；2.执行M19主轴定位；3.使用无拉丁的刀柄安装于换刀臂上；4.手动旋转换刀机构电动机，使换刀臂转到正确换刀角度，即，主轴装刀拔刀位置；5.使用手摇脉冲发生器，向下负向移动Z轴，至刀柄完全插入主轴孔内。

注意：在主轴没有完全插入刀柄时，观察主轴定位块是否与刀柄定位缺口对齐，如果定位角度有偏移，需要调整参数#4077主轴定向停止点。

在MDI方式执行一次M19，打开诊断参数，找到#445主轴的位置数据，手动使主轴定位块与刀柄定位缺口对齐，当主轴定位对齐后，把当前数据值写入参数#4077即可。

6.按 显示位置显示画面，按软键【相对】→【起源】→【所有轴】，相对坐标当前位置即被复位为0；7.在MDI方式，按 功能键，显示设定画面，把第一行写参数设置为1，如图；8.按 显示系统功能键，按软件【参数】，找到参数1241第二参考点在机械坐标系中的坐标值，比如该值为-50.00。

如该值为0，直接进入第10项。

9.用手摇脉冲发生器向上正向移动Z轴，位置显示画面的坐标值显示为50.00停止；10.按 显示系统功能键，按软件【参数】，找到参数1815，把第#4设定为1，如下：#7 #6 #5 #4 #3 #2 #1 #0 1815 0 0 1 1 0 0 0 0 11.关机，重新启动系统，参考点设定完成后，换刀点也就正确了。

12.在MDI方式，按 功能键，显示设定画面，把第一行写参数设置为0，关闭写参数。

要实现自动换刀功能主要就是做长度补偿值，因为半径补偿值在软件编程时已经自动加入了。

本文以云南机床厂的加工中心为例，系统为西门子802C。

一、装刀例如要装入T01、T02两把刀 1. 刀库先回零：按下回零键，再按启动按钮即可，此步骤也可不执行。

手动输入： T01 TL（有的机床不需换行也能执行） TL 为此机床自带的换刀宏程序，,不同的机床此宏程序可能名称不同，用法也不同。

在主轴上装入要使用的一号刀，此时即为T01。

2.以T01来做基准刀具，直接对刀到工件坐标系（以G54为例）Z=0,输入到G54的Z值中，此刀的长度补偿值要为0。

3.手动输入“T02 回车TL”，此时T01入库，主轴上装入二号刀，即为T02；对刀到Z=0，注意偏移值（即对刀时不能到达工件坐标系G54的Z向零点而做的偏移，如有对刀仪或偏置块时）。

4.在参数设置中找到2号刀，选择对刀(默认是
D1，在偏移处输入偏移值（为正值），零点G处输入54，按计算即可算出T02的长度补偿值D1了。

二、程序刀具号后面应加入零点偏移，如G54， UG软件中，设置刀具参数时补偿寄存器一项填入数字1就输出D1，输入2就输出D2；
刀补D0必须取消，因为要使用刀补,默认D1不必显示，若刀补为D2时,必须应在程序中加入D2。

格式大致如下： %_N_101_MPF TO1 TL G40 G17 G71 G90
G54 ...... TO2 TL G40 G17 G71 G90 G54 ...... TO3 TL G40 G17 G71 G90 G54 ...... M9 M30 %。

第一章绪论1.1 数控设备的发展历史>第一代数控系统：1952年至1959年，采川电子管元件。

>第二代数控系统：1959年开始，采刖晶体管元件。

>第三代数控系统：1965年开始，采川集成电路。

>第四代数控系统：1970年开始，采刖人规模集成电路及小型通用计算机。

>第五代数控系统：1974年开始，采用微处理机和微型计算机。

1.2 自动换刀系统的意义从换刀系统发展的历史米看，1956年日本富士通研究成功数控转塔式冲床，美国IBM公司同期也研制成功了“APT”（刀具程序控制装置）。

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（柔性制造系统）。

1978年以后，加工中心迅速发展，带有ATC装置，可实现多种工序加工的机床，步入了机床发展的黄金时代。

1.1.1 加工中心加工中心机床的出现，加之CAD技术、信息技术、网络控制技术以及系统工程学的发展，为单机数控自动化向计算机控制的多机制造系统自动化方向发展，创造了必要的条件．计算机群控系统即直接数控(Direct NC-DNC)系统，就是这一发展趋向的具体体观。

DNC系统使用一台较大的计算机，控制与管理多台数控机床和数控加工中心，能进行多品种、多工序的加工。

加工中心机床配备有装载多把刀具的刀具库，有自动更换刀具的功能，一次装夹中可以完成钻、镗、铣、铰等工序，特别适用于箱体类零件的多面、多工序加工。

它能完成车削加工的同时，兼有铣、镗、钻孔、攻丝等功能。

1.1.2 柔性制造单元柔性制造单元(FMC)是由中心控制计算机、加工中心与自动交换工件(AWC，APC)装置所组成。

工件一次装夹后可在柔性制造单元中的加工中心上加工，使得加工的柔性（可编程性）、加工精度和生产效率更高。

在柔性制造单元中，中心控制计算机负责作业调度、自动检测与工况自动监控等功能。

工件装在自动交换工件装置（工作台）上在中心控制计算机控制下传送到加工中心上加工；加工中心接收中心控制计算机传送来的数控程序进行加工，并将工况数据送中心控制计算机处理，如工件尺寸自动检测和补偿，刀具损坏和寿命躲控等。

第二节数控加工系统的自动换刀装置为了进一步提高数控机床的加工效率，数控机床向着工件在一台机床上经一次装夹可完成多道工序或全部工序加工的方向发展，从而出现了各种类型的加工中心机床和车削中心机床。

这类机床为了完成不同工序的加工工艺，需使用多种刀具，因此必须有自动换刀装置。

自动换刀装置应满足换刀时间短、刀具重复定位精度高、刀具储存量足够、结构紧凑及安全可靠等要求。

各类数控机床的自动换刀装置的结构取决于机床的类型、工艺范围、使用刀种类和数目。

目前数控机床使用的自动换刀装置主要有转塔式自动换刀和刀库式自动换刀二种。

一、转塔式自动换刀装置转塔式自动换刀装置又分回转刀架式和转塔头式二种，回转刀架式用于各种数控车床和车削中心机床。

转塔头式多用于数控钻、镗、铣床。

（一）回转刀架换刀回转刀架换刀是一种简单的自动换刀装置。

在回转刀架各刀座安装或夹持各种不同用途的刀具，通过回转刀架的转位实现换刀。

回转刀架可在回转轴径向和轴向安装刀具。

在数控车床上，回转刀架和其上的刀具布置大致有：（1）一个回转刀架，外圆类、内孔类刀具混合放置，如图6-10所示。

（2）两个回转刀架，分别布置外圆和内孔类刀具。

如图6-11所示，上刀架的回转轴与主轴平行，用于装外圆类刀具；下刀架的回转轴与主轴垂直，用于装内孔类刀具。

图6-11 带有两个回转刀架的数图6-12 双排回转刀架外形图控车床（3）一个回转刀架，外圆类、内孔类刀具分别布置在刀架的一侧面，如图6-12所示。

回转刀架的回转轴与主轴倾斜，每个刀位上可装两把刀具，用于加工外圆和内孔。

回转刀架的工位数最多可达20余个，但最常用的是8、10、12和16工位4种。

工位数越多，刀间夹角越小，非加工位置刀具与工件相碰而产生的干涉可能性越大；在刀架布刀时要给予考虑，避免发生干涉现象。

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小刀架在切削力作用下的位移变形，提高加工精度。

回转刀架还要选择可靠的定位方案和定位结构，以保证回转刀架在每次转位之后具有高的重复定位精度。

数控加工中心自动换刀系统的研究郑新武;章明众;李春木;李寅;陈永明【摘要】自动换刀系统( ATC)包括刀库机构、换刀机构以及控制系统3个部分,是加工中心的重要组件之一.为了解决数控加工中心自动换刀速度慢、稳定性低及控制系统编程复杂等问题,将一种软件式内置PLC技术应用于自动换刀系统中.在分析自动换刀系统的基本结构、工作原理以及研究圆盘刀臂式自动换刀系统的控制流程的基础上,结合ServoWorksCNC技术,开发了适用于各种自动换刀机构的PLC程序以及宏程序.最后,将所开发的控制系统应用于YY-1060立式加工中心,其在4s～6s内可完成整个换刀过程.研究结果表明,换刀过程快捷、准确、可靠,完全能够满足使用的要求.%The automatic tool changer(ATC),which includes a magazine,a tool changer and a control system,is one of the key components of the machining center (MC). General issues of theATC,however,are its slowness and low stability during tool changes and the complexity of control system programming. To solve those problems,one type of software and its internal PLC technology were investigated. Based on an analysis of the fundamental structure and operating principle of the ATC system and a research of the control procedure of the "disc with arm"-type ATC, the PLC program and macro programs combined with Servo Works CNC technology were developed. Finally, it was shown that the newly designed control system can complete the whole process of changing tools in 4 to 6 seconds on the YY-1060 vertical MC. The results indicate that the process is rapid, accurate and reliable enough to completely meet the practical requirements.【期刊名称】《机电工程》【年(卷),期】2011(028)012【总页数】4页(P1457-1460)【关键词】加工中心;自动换刀;可编程逻辑控制器【作者】郑新武;章明众;李春木;李寅;陈永明【作者单位】厦门大学机电工程系,福建厦门361005;厦门大学机电工程系,福建厦门361005;厦门大学机电工程系,福建厦门361005;厦门大学机电工程系,福建厦门361005;厦门大学机电工程系,福建厦门361005【正文语种】中文【中图分类】TG71;TH39;TD2730 引言利用刀库（MAG）实现自动换刀是目前加工中心大量使用的换刀方式，独立的刀库大大增加了刀具的存储数量，有利于扩大机床的功能，并能较好地隔离各种影响加工精度因素的干扰[1]。

自动换刀数控机床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刀具交换机构组成，它是多工序数控机床上应用最广泛的换刀方法。

换刀过程较为复杂，首先把加工过程中需要使用的全部刀具分别安装在标准的刀柄上，在机外进行尺寸预调整之后，按一定的方式放入刀库，换刀时先在刀库中进行选刀，并由刀具交换装置从刀库和主轴上取出刀具。

在进行刀具交换之后，将新刀具装入主轴，把旧刀具放回刀库。

存放刀具的刀库具有较大的容量，它既可安装在主轴箱的侧面或上方，也可作为单独部件安装到机床以外。

1、刀库的种类刀库用于存放刀具，它是自动换刀装置中的主要部件之一。

根据刀库存放刀具的数目和取刀方式，刀库可设计成不同类型。

常见的几种刀库的形式有哪些。

(1)直线刀库，刀具在刀库中直线排列、结构简单，存放刀具数量有限(一般8把-12把)，较少使用。

(2)圆盘刀库。

，存刀量少则6把-8把，多则50把-60把，有多种形式。

刀具径向布置，占有较大空间，一般置于机床立柱上端。

刀具轴向布置，常置于主轴侧面，刀库轴心线可垂直放置，也可以水平放置，较多使用。

刀具为伞状布置，多斜放于立柱上端。

为进一步扩充存刀量，有的机床使用多圈分布刀具的圆盘刀库，多层圆盘刀库)和多排圆盘刀库。

多排圆盘刀库每排4把刀，可整排更换。

后三种刀库形式使用较少。

(3)链式刀库。

链式刀库是较常使用的形式，常用的有单排链式刀库和加长链条的链式刀库。

(4)其他刀库。

格子箱式刀库，，刀库容量较大。

单面式，多面式。

2、换刀方式数控机床的自动换刀装置中，实现刀库与机床主轴之间传递和装卸刀具的装置称为刀具交换装置。

(1)无机械手换刀。

必须首先将用过的刀具送回刀库，然后再从刀库中取出新刀具，这两个动作不可能同时进行，因此换刀时间长。

(2)机械手换刀。

采用机械手进行刀具交换的方式应用得最为广泛，这是因为机械手换刀有很大的灵活性，而且可以减少换刀时间。

8.4.1 自动换刀装置的形式自动换刀装置是加工中心的重要执行机构，它的形式多种多样，目前常见的有以下几种。

1．回转刀架换刀数控机床使用的回转刀架是最简单的自动换刀装置，有四方刀架、六角刀架，即在其上装有四把、六把或更多的刀具。

回转刀架必须具有良好的强度和刚度，以承受粗加工的切削力：同时要保证回转刀架在每次转位的重复定位精度。

图8-17为数控车床六角回转刀架，它适用于盘类零件的加工。

在加工轴类零件时，可以用四方回转刀架。

由于两者底部安装尺寸相同，更换刀架十分方便。

图8-17 数控车床六角回转刀架1－活塞2－刀架体3、7－齿轮4－齿圈5－空套齿轮6－活塞8－齿条9－固定插销10、11－推杆12－触头回转刀架的全部动作由液压系统通过电磁换向阀和顺序阀进行控制，它的动作分为4个步骤：(1)刀架抬起当数控装置发出换刀指令后，压力油由a孔进入压紧液压缸的下腔，活塞1上升，刀架体2抬起，使定位用的活动插销10与固定插销9脱开。

同时，活塞杆下端的端齿离合器与空套齿轮5结合。

(2)刀架转位当刀架抬起后，压力油从c孔进入转位液压缸左腔，活塞6向右移动，通过联接板带动齿条8移动，使空套齿轮5作逆时针方向转动。

通过端齿离合器使刀架转过60º。

活塞的行程应等于齿轮5分度圆周长的1/6，并由限位开关控制。

(3)刀架压紧刀架转位之后，压力油从b孔进入压紧液压缸上腔，活塞1带动刀架体2下降。

齿轮3的底盘上精确地安装有6个带斜楔的圆柱固定插销9，利用活动插销10消除定位销与孔之间的间隙，实现反靠定位。

刀架体2下降时，定位活动插销10与另一个固定插销9卡紧，同时齿轮3与齿圈4的锥面接触，刀架在新的位置定位并夹紧。

这时，端齿离合器与空套齿轮5脱开。

(4)转位液压缸复位刀架压紧之后，压力油从d孔进入转位液压缸的右腔，活塞6带动齿条复位，由于此时端齿离合器已脱开，齿条带动齿轮3在轴上空转。

如果定位和夹紧动作正常，推杆11与相应的触头12接触，发出信号表示换刀过程已经结束，可以继续进行切削加工。

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。

关键词：ATC，刀库，PLC，自动选刀，液压传动AbstractWith the development of NC, the automatic tool changer system is More and moreimportant in the modern advanced manufacture, because the ATC can shorten the cycle time of produ ct manufacturing, improve the precision of product machining. The latestrequirements 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 tool and moves the tool which will be used in the n ext manufacturing process to the right changeover position and robot willfinish the change over tool When the tool magazine's capacity is so big and the distance of tool position is more far away the principal axis, there need the tool exchanging unitto implement the changeover work between the principal axis and tool magazine. Theframework of this function include the robot, tools rotation station and changeov er robot. PLC control the use of hydraulic transmission, made hydraulic transmission to morestable and accur ate.Key words: ATC，tool magazine，PLC，tool exchange at random，Hydraulic transmissionII目录第一章绪论 (1)1.1 国内外数控机床的发展情况 (1)1.1.1 国内外数控机床的现状 (1)1.1.2 数控机床发展趋势 (2)1.2 可编程控制技术的现状及发展情况 (3)1.2.1 可编程控制器的特点 (3)1.2.2 可编程控制器的应用 (4)1.2.3 可编程控制器的发展趋势 (6)1.3 本文的主要研究意义与内容 (7)第二章机械手的自动换刀装置研究 (8)2.1 数控机床自动换刀装置的主要类型、特点及适用范围 (8)2.1.1 自动回转刀架 (8)2.1.2转塔头式换刀装 (9)2.1.3带刀库的自动换刀系统 (9)2.2ATC的作用及其组成 (10)2.2.1 ATC的作用 (10)2.2.2 ATC的主要组成 (10)2.3 加工中心机械手自动换刀过程 (13)第三章PLC控制系统设计 (16)3.1 PLC机型的选择 (16)3.1.1 CPU的能力 (16)3.1.2 I/O点数 (16)3.1.3 响应速度 (17)3.1.4 指令系统 (17)3.1.5 机型选择的其它考虑 (18)3.2 PLC控制系统设计 (18)3.2.1 本机I/O与扩展I/O的地址分配 (18)3.2.2 电器的选择 (20)3.3 PLC外部接线图设计 (21)3.4 应用S7-200编制梯形图 (25)第四章液压传动部分的设计 (28)4.1 液压传动系统的特点 (28)4.2 液压传动系统的选择 (28)4.3 液压传动回路设计 (29)第五章机械手三维模型设计 (33)5.1 PRO/E软件介绍 (33)5.2 应用PRO/E进行模型设计 (33)第六章毕业设计结论 (39)参考文献 (40)致谢信 (42)声明 (43)第一章绪论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业中起着愈来愈重要的作用，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。

摘要加工中心是现代机械加工中用得最多的设备之一，而自动换刀装置作为加工中心的核心部件，一直处在不断改进之中。

本课题要求设计一台小型加工中心的刀库及自动换刀装置。

本次设计分为两大部分。

首先，主要针对目前机床上常用的几种类型的刀库（鼓盘式刀库、链式刀库、格子盒式刀库等）进行了比较分析，最终选用链式刀库结构，选择伺服电机驱动，采用蜗杆蜗轮装置减速，并完成了链条的选择和链轮的设计计算。

另外，选择双臂单爪机械手结构，对其运动作了详细的分析，最终将换刀运动分解为手臂的伸缩，手架的伸缩和回转三个动作。

全部采用液压系统进行控制。

在合理选用液压缸之后，绘制出了液压系统控制图、机械手动作原理图，基本完成了自动换刀装置的设计工作。

关键词：伺服电动机驱动；链式刀库；机械手换刀；液压系统控制AbstractProcessing Center is a modern mechanical processing equipment used in one of the largest and automatic tool change device as the core parts processing center, has been in the continuous improvement of. The topics designed a small knife processing center for devices and automatic tool change. The design is divided into two parts. First of all, the main view of the current machine, commonly used for several types of knives (knives drum disc library, the chain knife, knife lattice cassette library, etc.) a comparative analysis, the final choice of the chain knife structure, choice of servo motor Driver, a worm worm deceleration devices, and completed the chain and sprocket of the choice of design and calculation. In addition, the choice of single-claw manipulator arms structure, its movement made a detailed analysis will eventually ATC campaign for the decomposition of the telescopic arm, hand-stretching and rotating the three movements. All the hydraulic system used to control. A reasonable choice of hydraulic cylinders, to map out plans of the hydraulic control systems, mechanical hand movements schematics, basically completed the installation of automatic tool change the design work.Keywords：The servo motor actuates; Chain knife storehouse; The manipulator trades the knife; The hydraulic system controls目录目录摘要 (I)Abstract (Ⅲ)1 绪论1.1 本课题的来源、目的及意义 (1)1.1.1 课题的来源 (1)1.1.2 本课题研究的目的 (1)1.1.3 本课题研究的意义 (1)1.2 课题背景及国内外研究现状 (2)1.3 本课题研究的主要内容 (3)2 刀库及换刀机构总体结构设计2.1 刀库的结构设计 (3)2.1.1 方案分析比较 (3)2.1.2 刀库容量的确定 (6)2.1.3 刀库选刀方式的确定 (6)2.1.4 刀库的设计及计算 (6)2.2 自动换刀装置设计 (13)2.2.1 方案分析比较 (13)2.2.2 机械手自动换刀工作流程设计 (13)2.2.3 换刀机械手结构设计 (22)2.2.4 换刀手手臂和手爪结构设计 (23)2.2.5 液压缸、活塞杆的选择 (24)2.2.6 液压系统工作原理 (26)设计总结 (27)致谢 (29)参考文献 (30)1 绪论1.1课题的来源及研究目的和意义1.1.1课题的来源刀库和机械手是加工中心稳定可靠运行的关键功能部件。

数控加工中心刀库换刀系统————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：郑州电力职业技术学院课程设计说明书题目机电一体化技术与系统课程设计--数控加工中心刀具换刀系统的设计系别机电工程系专业机电一体化班级09级机电四班姓名设计时间指导教师二○一一年二月一日郑州电力职业技术学院目录一、课程设计任务 (2)二、课程设计要求 (2)三、课程设计的参数设置 (2)四、课程设计过程 (2)第一节PLC基本介绍 (2)第二节阐述PLC的工作原理 (6)第三节列出I/O配置表 (10)第四节刀盘取刀示意图 (11)第五节本系统梯形图及指令表 (13)第六节本系统的开发环境 (17)第七节本系统的改进 (19)第八节总结 (21)参考文献 (22)五、指导教师评价 (23)课程设计任务书一、课程设计任务设计一个数控加工中心刀具库换刀系统。

二、课程设计要求刀具由PLC控制来实现其功能。

斗笠式刀库装6把刀，从上向下看顺时针编号，如图4-1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。

三、课程设计的参数设置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。

四、课程设计过程第一节PLC基本介绍可编程控制器( Programmable Controller )简称PC,为了避免和通用计算机的简称PC 同意，在很多书中对可编程控制器仍沿用PLC的简称。

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出了世界上第一台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PLC。

摘要本文主要对数控加工中心自动换刀系统及控制系统进行设计。

本文主要对数控加工中心自动换刀系统及控制系统进行设计。

第一，了解数控加工中心的分类，其按换刀形式的分类以及加工中心刀库的形式；然后根据给定的参数进行刀库类型的选择以及电动机的确定；接着对刀库的转位定位机构进行了设计；最后是对于控制系统进行了简单设计。

关键字：加工中心，换刀系统，刀库，PLC。

目录1绪论 (3)2.刀库的总体设计方案 (5)2.1课程设计的任务及要求 (5)2.2刀库的类型选择 (5)3.电机的选择 (6)3.1电机的选型及相关参数 (6)3.2各部分转动惯量的计算 (6)3.3预选电机 (6)3.4电机的校核 (7)4.机械系统的设计 (7)4.1刀库转动定位机构的设计 (7)4.2滚动轴承的选择计算 (9)4.2 轴的校核计算 (10)4.3 键的设计计算 (10)5.控制系统的设计 (11)5.1 刀库的换刀动作如下： (11)5.2利用PLC实现随机换刀 (12)参考文献 (15)1绪论在现代数控机床中，加工中心(MC-Machining Center)能进行自动换刀、自动更换工件，实行平面、任意曲面、孔、螺纹等加工，成为一种独特的多功能高精、高效、高自动化的机床，并迅速向高速化、复合化、环保化、五轴联动等方向发展，己成为当今国际机床展上最大的亮点。

加工中心特别适合于箱体、框架、叶片等特殊复杂零件的柔性高效加工，能减省一些普通铣床、钻床、键床，提高加工精度和效率，减少转换时间，降低生产成本。

在当今机械工业中，产品不断向个性化、精密化、小批量发展，世界对MC的市场需求在不断增多。

特别是在要求适量柔性、大批高效生产的汽车工业、单件、小批重切、快速生产的航空、模具工业以至IT高精尖工业中，MC已逐渐成为重要的高效性机种。

1996年国产加工中心与进口加工中心的台数比，仅为百分之几，到2005年逐步增长到39.4%。

2005年与2000年相比，进口的加工中心数量增加4.8倍。

加工中心自动换刀装置结构
加工中心自动换刀装置是现代数控机床的重要组成部分，其结构主要由刀库、刀杆、刀座、换刀机构、信号传感器等部分组成。

刀库是自动换刀装置的存储器，可容纳数个刀柄，常用的有圆弧式、直线式和旋转式等多种形式，不同形式的刀库在结构上有所差异，但其本质作用是一样的。

刀杆则是将刀具从刀库中取出，并传递给刀座的部分，其材料通常为高强度合金钢，具有较高的刚性和耐磨性。

刀座是刀具的支撑部件，其主要作用是将刀具固定在数控机床工作台上，并通过数控机床的指令精确控制其移动和加工路径。

换刀机构是自动换刀装置的核心部件，其结构复杂，包括电机、减速器、传动链、传动装置等多个组成部分，其作用是控制刀杆的升降和前后移动，使刀具能够准确地进入刀座并完成换刀操作。

信号传感器则是自动换刀装置的辅助部件，其作用是通过检测刀具的位置和状态等信息，向数控机床发出信号，控制换刀机构的运行。

总之，加工中心自动换刀装置是一项高度自动化的技术，其结构复杂，涉及到多个专业领域，对机械加工工艺和设备性能提出了高要求。

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数控加工中心的自动换刀系统设计摘要本设计介绍了加工中心自动换刀装置的机械手结构的部分设计、相关液压缸的结构设计以及控制系统的设计，最终实现自动换刀动作；介绍了目前实现快速自动换刀技术的基本方法和各种途径，及其在加工中心上的应用情况和实际达到的技术指标，从而可看出这方面的发展趋势。

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，动作间的相互协调关系多，因而自动换刀系统性能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。

加工中心是数控机床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（Automatic Tool Changer）。

关键词：自动换刀，机械手，设计，加工中心CNC MACHINING CENTER AUTOMATIC TOOLCHANGING SYSTEMABSTRACTThis paper introduces the structure of Automatic Tool Changer,And the single chip microcomputer is used to achieve the process of automatic tool changing.The cutting tool recognition system uses the cutting tool encoding method, this way is to carries on every time the cutting tool the code, because has every time the cutting tool own code, therefore, may deposit in Y u Daoku any tool apron. In such knife storehouse, simultaneously also reduced the knife storehouse operating time; Simplified has traded the knife control wiring automatically. May complete grasps the knife to draw a sword the rotation slotting tool returns and so on a series of movements.Trades the knife installment to take the machining center the important component, its leading role lies in the reduction processing process the non-cutting time, raises the productivity, reduces the production cost, then promotes the engine bed and even the entire production line's productive forces. The machining center automatically trades the movement are many, the movement intercoordination relates much, thus trades the knife system performance automatically the quality immediate influence processing efficiency height. Has trades the knife system's numerical control machining center to play more and more vital role automatically in the modern advanced manufacturing industry, it can reduce product the manufacturing cycle, enhances the product the working accuracy, suits the flexible processing. The machining center is in the numerically-controlled machine tool the more complex processing equipment, because it has many kinds of working capacities to obtain the widespread application, its formidable working capacity and the efficiency benefit from its disposition trade the knife installment automatically (Automatic Tool Changer).KEY WORDS: automatic tool changer，single chip microcomputer，design，The machining center目录前言 (1)第1章设计任务书 (2)1.1 本课题的内容和要求 (2)1.2 毕业设计目的 (2)第2章总体方案的设计 (4)2.1 换刀过程 (4)2.2 伸缩与旋转运动的确定 (5)2.2.1 液压传动的优缺 (5)2.2.2 液压传动装置的组成 (6)2.2.3 液压系统中在机械手中主要实现的辅助功能 (6)2.3 主要参数的确定 (7)2.3.1 工作行程 (7)2.3.2 运动速度 (7)2.3.3 驱动方式 (8)2.3.4 定位精度 (8)2.3.5 液压系统元件的选择 (8)2.3.6 液压系统的控制原理 (8)2.3.7 机械手液压系统的工作原理图 (11)第3章机械手各部分的设计 (13)3.1 驱动液压缸的设计 (13)3.1.1 液压系统的优点 (13)3.1.2 液压缸的设计 (14)3.2 花键轴及轴套的设计与校核 (16)3.2.1 花键轴的设计 (16)3.2.2 花键的校核 (18)3.3 轴承的选择与润滑 (19)3.4 齿轮的设计与校核 (20)3.4.1 齿轮的设计 (20)3.4.2 齿轮的校核 (21)3.5机械手臂及手抓的设计 (23)3.5.1 对设计手臂的要求 (24)3.6 立柱和机座 (25)3.6.1 立柱 (25)3.6.2 机座 (25)3.7 刀库及换刀机械手的常见故障和维护 (26)3.7.1 刀库的故障 (26)3.7.2 换刀机械手故障 (26)结论 (28)谢辞 (29)参考文献 (30)外文资料翻译 (32)前言机械工业是国民的装备部，是为国民经济提供装备和为人民生活提供耐用消费品的产业。