MC无机械手换刀刀库设计

目录1.课题名称 (1)2.课题来源 (1)3.绪论 (1)3.1课题的意义 (1)3.2国内外自动换刀系统的发展现状 (1)3.3本课题的主要内容 (10)4.刀库的设计 (11)4.1换刀系统总体布局图 (11)4.2换刀流程 (11)4.3刀库装配图 (12)4.4刀库各部分技术方案 (12)5.立柱的设计 (15)5.1立柱装配图 (15)5.2滚动直线导轨的选型与计算 (16)5.3滚珠丝杠的选型与计算 (18)6.主轴的设计 (33)6.1主轴装配图 (33)6.2主轴结构分析 (33)7.整体的三维造型 (45)8.课题设计结论 (46)9.毕业设计总结 (48)9.1思想心路历程 (48)9.2毕业设计体会 (49)9.3心得与收获 (50)10.致谢 (51)11.参考文献 (52)附录1 (56)附录2 (56)附录3 (57)基于无机械手圆盘式刀库的卧式加工中心换刀系统的研究与设计学生：XXXX XXXX机电与建筑工程学院教导教师：XXX XXXX机电与建筑工程学院摘要加工中心是数控机床出现之后，为提高加工效率，减少非切削时间，将自动换刀装置与数控机床集成而形成的具有高自动化程度和高效率的数控机床。

它的发展备受世界各国关注，其发展状况是一个国家制造业发展水平的重要标志。

加工中心在我国各行各业中都起着重要作用，但是我国的加工中心发展水平并不高，大部分精密加工中心依然需要进口。

为努力达到发达国家的技术水平，应将发展精密加工中心置于优先战略地位。

本课题主要研究无机械手圆盘式刀库的卧式加工中心换刀系统。

通过对立柱、主轴、刀库三个部件设计与研究以及其中重要功能零、部件的设计、选型和计算，加深对加工中心结构了解并增强实际设计能力。

关键词：数控机床、加工中心、换刀系统、部件设计与研究Abstractmachining center is one of the CNC machine appears after normal CNC machine which integrate the automatic tool changer with CNC machine tools to improve processing efficiency, reduce non-cutting time. Its development much attention around the world, and its development is an important indicator of a country's level of development of manufacturing industry. Processing center plays an important role in all walks of life in our country , but the level of development of China's processing center is not high, most precision machining centers still need to import.To narrow the gap with the developed countries as soon as possible, we should place the development of precision machining centers on priority strategic position.The research main on tool changer system without horizontal machining center manipulator disc magazine.Through the column, spindle, magazine design and research the three components as well as some important functions component. deepen understanding and enhance machining center structure the actual design capacity.Keywords: CNC machine tools, machining centers, ATC systems, components, design and research.1.课题名称基于无机械手圆盘式刀库的卧式加工中心换刀系统的研究与设计2.课题来源指导老师的科研项目3.绪论3.1课题提出的意义制造业是一个国家综合实力的最直接表现，而机床作为机械制造行业中的主要设备，尤其是具有高精度加工能力的数控机床在我国重点发展的能源、汽车制造业、航天制造业等领域中占有举足轻重的地位。

长沙航空职业技术学院毕业论文设计题目：加工中心无机械手自动换刀控制及常见故障分析所在系别：航空机械制造工程系专业名称：数控设备应用与维护所在班级：数设1001班学生姓名：姜铂学号： 08指导教师：黄登红目录摘要 (02)引言 (04)第一章加工中心自动换刀 (06)加工中心自动换刀控制的意义 (06)加工中心自动换刀方式 (06)换刀动作流程图 (07)第二章 12刀位斗笠式刀库组成结构及动作原理 (09)第三章斗笠式刀库自动换刀装置电气/PMC控制 (10)斗笠式刀库自动换刀装置的 PMC 控制 (10) (14)PMC自动换刀相关输入信号地址分配图 (13)第四章 PMC程序设计与实现 (15)PMC程序设计与实现 (18) (18)第五章自动换刀装置常见故障及维修 (18)刀库乱刀故障处理方法 (22) (22) (22)总结 (26)参考文献 (28)致谢 (29)附录 (30)摘要加工中心是备有刀库，并能自动更换刀具，对工件进行多工序加工的数字控制机床。

工件经一次装夹后，数字控制系统能控制机床按不同工序，自动选择和更换刀具，自动改变机床主轴转速、进给量和刀具相对工件的运动轨迹及其他辅助机能，依次完成工件几个面上多工序的加工。

加工中心由于工序的集中和自动换刀，减少了工件的装夹、测量和机床调整等时间，使机床的切削时间达到机床开动时间的8O％左右(普通机床仅为15～20％)；同时也减少了工序之间的工件周转、搬运和存放时间，缩短了生产周期，具有明显的经济效果。

加工中心适用于零件形状比较复杂、精度要求较高、产品更换频繁的中小批量生产。

第一台加工中心是1958年由美国卡尼-特雷克公司首先研制成功的。

它在数控卧式镗铣床的基础上增加了自动换刀装置，从而实现了工件一次装夹后即可进行铣削、钻削、镗削、铰削和攻丝等多种工序的集中加工。

二十世纪70年代以来，加工中心得到迅速发展，出现了可换主轴箱加工中心，它备有多个可以自动更换的装有刀具的多轴主轴箱，能对工件同时进行多孔加工。

本科毕业设计（论文）通过答辩LX型电动单梁悬挂起重机电动小车和电气设计"汽轮机叶片热锻模”的设计与工艺编程2PGC600×750双齿辊破碎机的设计3MK131轴承内圈沟磨床设计5t龙门皮革下料机总体设计及传动系统设计ABS电镀生产线结构设计FXS80双出口笼型转子选粉机设计FXS900组合式选粉机总体及出风口分离器设计M1050外圆磨床动静压主轴系统设计MC无机械手换刀刀库设计OS200型四氯乙烯干洗机的设计P2C750离心破碎机总体及转子部分设计PE250×400破碎机的设计Q3110滚筒式抛丸清理机设计QY12汽车起重机的支腿机构X700涡旋式选粉机设计半轴机械加工工艺及工装设计超声波雾化装置运动系统设计城市护拦清洗车设计齿轮变速箱左、右箱体工艺设计及专用机床设计带槽三角形固定板冲圆孔、冲槽、落料连续模设计地铁侧灯罩塑料注塑模设计电风扇上盖注塑成型模具设计电气线路连接器注射模设计电梯踏板压铸模设计蝶形螺帽注塑模设计对讲设备支架专用模具设计儿童水枪零件注射模设计飞机模型注塑模设计飞利浦剃须刀电池盒的塑料模设计非同步输送带设计钢窗五金配件的模具设计给喷油泵下体零件设计组合机床滚道式轴承自动装配机设计弧形圆坯连铸机总成防漏设计基于PRO/E的空调遥控器后盖3D建模及注塑模具设计佳能复印机机芯连续冷冲模具设计咖啡杯塑料模具设计可四轮定位四柱式汽车举升机设计矿用带式输送机的设计老板椅底支架设计立木地板加工机床设计六自由度并联机器人运动学和动力学分析及仿真滤波器腔体压铸模设计螺口容器注射模设计"螺栓球节点封板自动冲压模具（总体设计及冲模设计）麦当劳赠品玩具壳体注射模设计摩托车专用升降平台设计气缸盖螺钉孔加工专机设计汽车过滤器壳体注射模设计汽车用弹簧盘冲压模具设计汽车雨刷刷座注塑模设计清降片药盒内支架塑料注射模设计曲轴搬运上线机械手设计手机液晶屏装配机设计数控龙门三枪H型钢自动火焰切割机设计数控铣床两工位夹紧装置液压系统设计水煤浆制备系统与搅拌设备设计水磨粉双滚筒干燥机总体设计及输送装置设计塑料灯罩零件注射模设计塑料电子表盖的塑料模具设计塑料拉线盘模具设计锁舌的自动化型连续级进落料模设计围板包装箱自动生产线合围装置设计卧式波纹管微束等离子焊接装置设计卧式双面多孔钻加工机床设计矽钢片冲模设计线路接通器塑料零件注射模设计湘玉竹切片机的设计斜井猴车设计压路机液压系统二维动画制作及能力回收设计液晶显示盒座注射模拟及其注射模设计仪表盖塑料模设计饮水机过滤盖注塑模设计饮水机水龙头注塑模设计油管内壁爬行机器人设计照相机前盖壳注塑模设计轴承保持架自动装配机设计注塑机机械手的设计注塑机液压系统维修特性分析及工作进程多媒体制作注脂机设计400T/H差动分级齿辊式破碎机的设计巷道堆垛类自动化立体车库。

加工中心盘式刀库自动换刀控制系统设计董锋;徐骥;汪地;叶林;林锋;杨浩【摘要】针对自主研发制作的微型盘式刀库加工中心,阐述了其具体的换刀过程,提出了一条基于单片机的自动换刀控制方案;重点介绍了通信和PWM脉冲输出等外围电路;IO电路中采用光隔,提高了系统的稳定性.该方案根据模块化的思想把自动换刀控制系统作为一个独立的单元进行设计,并通过RS232和数控系统进行通信,降低了对数控系统的依赖性,结构简单,成本低,通用性好,并通过多次重复试验验证了其稳定可靠性.%It introduces the process of automatic tool changing in machine center with mini tool changer which is developed independently.At the same time, a control program based on single-chip microcomputer is presented,in which some peripheral circuits including communication circuit and PWM pulse output are described in detail.The optical-coupler is applied in IO circuits,which can strengthen stability of the system.The system is designed as an independent unit based on the modularized idea which could communicate with NC system using RS232 with characteristics of simple,generaliity, low cost and low dependence on CNC.The stability and reliability of the system is verified by repeat test.【期刊名称】《机械设计与制造》【年(卷),期】2011(000)005【总页数】3页(P137-139)【关键词】自动换刀;盘式刀库;单片机;加工中心【作者】董锋;徐骥;汪地;叶林;林锋;杨浩【作者单位】上海大学CIMS和机器人中心,上海,200072;上海大学CIMS和机器人中心,上海,200072;上海大学CIMS和机器人中心,上海,200072;上海大学CIMS和机器人中心,上海,200072;上海大学CIMS和机器人中心,上海,200072;上海大学CIMS和机器人中心,上海,200072【正文语种】中文【中图分类】TH16;TP271+.41 引言加工中心是指备有刀库，具有自动换刀功能，对工件一次装夹后可以进行多道工序加工的数控机床。

• 是按照工艺要求依次将所用的刀具插入刀库 的刀座中，顺序不能错，加工时按顺序调刀， 已经使用过的刀具可以放回到原来的刀座内， 也可以按顺序放入下一个刀座内。 • 不需要刀具识别装置，驱动控制较简单。 • 结构简单，工作可靠 • 刀库及刀具的利用率低
• 二、任意选刀
• • • • • • (一) 刀具编码方式 对每把刀具进行编码 可以存放于刀库的任一刀座中； 用过的刀具也不一定放回原刀座中； 刀库中的刀具在不同的工序中可重复使用； 避免了因刀具存放在刀库中的顺序差错而造 成的事故 • 刀具编码的具体结构：
• 实质上是给刀座编码； • 是临时性编码。具有更大的灵活性。
• (四) 记忆方式
• • • • 利用软件选刀 刀库上装有位置检测装置 刀库上还设有机械原点 在PLC内部设置一个模拟刀库的数据表，其长 度和表内设置的数据与刀座的位置数据和刀 具号相对应。
• 刀具编号可任意设定，一旦设定不应随意改 变。 • 模拟刀库与实际刀库中刀具的位置始终保持 一致。
• • • •
物流系统：包括工件和刀具两个物流系统。 刀具的输送和交换：用工业机器人。 工件、夹具的输送、装卸及仓贮： 工件和夹具的存贮多用立体仓库，由计算机 进行控制和管理 • 工件的输送：传输带、有轨或无轨小车及行 走机器人 • 采用工业机器人在数控机床上装卸工件。 • 信息流系统：包括加工系统及物流系统的自 动控制，在线状态监控、在线检测及数据和 信息处理。
• • • •
洼形肩面
(二) 法兰盘式夹持 拉杆 用于中间搬运装置 换刀动作较多 不如柄式夹持应用广泛
刀柄 法兰盘
• 第五章 数控机床的刀具与工件交换 装置
• • • • • §5-1 自动换刀装置的形式 §5-2 刀库 §5-3 刀具的选择方式 §5-4 刀具交换装置 §5-5 柔性制造系统及柔性制造单元

一种斗笠式刀库换刀宏程序的设计张俊【摘要】The analysis and optimization is done to the economic model and small vertical machining centers hats style magazine ATC operating flow.Present a reliable and efficient tool change macro.Detailedly introduce the design ideas of the bamboo hat type changing tool of macro program,the concept and action process on the returning knife,getting knife and changing knife is defined,and the PMC interface signal of the key macro program is explained.%对经济型及小型立式加工中心中常用的斗笠式刀库换刀动作流程进行了分析与优化，提出了一种可靠、高效的换刀宏程序。

详细介绍了该斗笠式刀库换刀宏程序的设计思路，对还刀、取刀和换刀的概念及动作过程进行了定义，对宏程序中关键的 PMC 接口信号做了解释说明。

【期刊名称】《新技术新工艺》【年(卷),期】2015(000)010【总页数】3页(P20-21,22)【关键词】斗笠式刀库;宏程序;换刀;流程【作者】张俊【作者单位】西安航空职业技术学院，陕西西安 710089【正文语种】中文【中图分类】TP23斗笠式刀库是一种不带机械手的圆盘刀库。

这种刀库刀具容量一般<24把，通过刀库移动及主轴、Z轴的配合实现换刀动作，具有结构简单、方便控制和成本较低的优点，在经济型加工中心和小型立式加工中心中应用广泛。

2将三把最重刀挨在一起，按加工中心规格规定的最大刀具重量 计算，而其重心则设定为离刀库回转中心半径处。如下图所示：
把如上计算的负载转矩转换为电动机轴上的转矩 的公式为： = /（ ）
式中i—传动比 —传动效率
考虑到实际情况比计算时所设定条件复杂，电机额定转矩 应为负载转矩的1.2～1.5倍，亦即
2）按加速时的最大转矩选加速时的最大转矩T包括加速转矩 和负载转矩 ，即 > + ，加速转矩 按下式计算： （N m）
[12]H.S.Yan.A methodology for creative mechanism design.mechansism and machine,1992
附录2
文献综述
一、课题国内外现状
加工中心（Machining Center,MC）是适应省力、省时和节能的时代要求而迅速发展起来的自动换刀数控机床，它是综合了机械技术、电子技术、计算机软件技术、拖动技术、现代控制理论、测量及传感技术以及通信诊断、刀具和编程技术的高科技产品。由于加工中心能集中完成多种工序，因而可减少工件装夹、测量和调整时间，减少工件周转、搬运存放时间，使机床的切削利用率高于通用机床3倍~4倍，所以说，加工中心不仅提高了工件的加工精度，而且是数控机床中生产率和自动化程度最高的综合性机床。
刀库的形式和容量主要是为满足机床的工艺范围，目前常见的刀库类型如下：
（1）盘式刀库此刀库结构简单，应用较多。此换刀装置的优点是结构简单，成本较低，换刀可靠性较好，缺点是换刀时间长，适用于刀库容量较小的加工中心上采用。
（2）链式刀库此刀库结构紧凑，刀库容量较大，链环的形状可根据机床的布局制成各种形状，也可将换刀位突出以便于换刀，能充分利用机床的占地空间，通常为轴向取刀，位置精度较低，造价也较高。

图6 整体臂架第四阶模态振型图图7 整体臂架第五阶模态振型图图8 整体臂架第六阶模态振型图144中国设备工程 2024.03（上）图1 电源接线图3.2 控制系统的电路设计为了方便绘制PLC接线图和编写PLC程序，将每个输入/输出设备与PLC的输入/输出点相对应。

3.2.1 PLC的IO接线在这个设计里，首先设计了已有的PLC的输入点和输出点，接下来，按照目前的项目流程需求，为目前的设备设置了特定的PLC连接线，在程序设计中，这样就可以更清楚地看到当前设备的输入点和输出点。

3.2.2 电机接线三相电机运转时，装置的工作部件，必须使用三相电源，而且还会出问题，此时，若在装置的进电线上加装一组防风开关，那么在电动机发生故障的时候，而不会影响其他部件的工作，对现有设备马达进行保护。

三相电源通过交流保护空气开关的上端进入后，把它的下端头和AC接触器的上端头连接起来，当220V的电力供应完毕后。

电动机在PLC的控制下运转，在接触器绕组通电和常开度连接处，电动机就能正常运转。

4 控制系统的程序设计4.1 程序主流程图按照设计要求，本文给出了该控制系统的主要程序流程图，如图2所示。

它将目前的位置2传递给数据寄存器地址D100，以执行随后的目前的程序比较。

图3 位置传送块程序 4.2.2 当前刀号位置传送程序如图4所示，在程序在向网络72自动执行时，程序会自动判断输入继电器X14的状态，如果接受了这个任务，PLC将常数2自动转移到了目前的数据寄存器D102上，在同一时间内，输入继电器X15被激活，此时，数据寄存器常数3也被转移到了数据寄存图4 刀库位置传送程序电机正反转判断程序在程序开始的时候，要判断所选刀具编号D100当前刀具编号D102的尺寸，当D100大于D102时，M10表示，把它打开，并计算其差异，然后把它放到的数据寄存器里，再次判定D300中的数据是否大于图5 故障指示灯4.3 程序设计转刀装置的基础工作是转刀。

MC12加工中心换刀位置及刀库零点调整思路文章以MC12加工中心为例，分析西门子840D数控系统换刀位置设置方法，并建立数学模型，分析刀库零点调整思路。

标签：MC12；840D数控系统；换刀位置；刀库零点由德国HELLER厂家生产MC12加工中心采用西门子840D数控系统，其换刀位置以及刀库零点的准确程度会直接影响到刀夹的使用寿命和发生换刀卡死、掉刀的概率[1]。

X、Y轴重新校正原点，更换刀夹，机械磨损，机床搬迁，参数丢失等，都需要对换刀位置进行校验。

1 换刀位置设置进入换刀过程维修模式（维修模式下可以按手动方式逐步执行换刀动作），操作过程一定要格外小心，合理降低机床进给轴倍率，避免发生机械碰撞，让主轴缓慢抓刀，观察刀具在X、Y方向与主轴锥孔中心的偏差，最好由钳工观察并估计相对准确的偏差值。

在840D数控系统中，换刀点相当于系统启动时执行一个宏程序文件，这个文件放在“/CMA/”目录下，该文件一般以H开头+机床编号的形式命名，要编辑该文件可以从【Services】软件，进入Manufacturer-cycles.DIR（制造商目录），打开这个目录后找到该文件，按回车键及可进行编辑。

例如：制造厂编号为52967的设备，其文件则为H52967.SPF，如图1所示。

修改设置完成之后，重新启动机床，该文件生效，再次利用维修模式，缓慢执行换刀动作，再次对刀具在X、Y方向与主轴锥孔中心的偏差进行校验，直到刀具与主轴锥孔中心对齐。

2 刀库零点調整模型西门子840D数控系统轴参数【Axis MD】中的MX1轴的34090参数[2]为刀库零点调整参数，其值的大小的单位是角度。

MC12刀库共包含42各刀位[3]。

该机床找正参考点就是调试该参数的过程。

下面我们介绍该参数调试的基本思路，如图3所示，不妨设机床现在回参考点位于4号刀位，而标准参考点应该是42号刀位。

以上就是刀库参考点找正的数学模型及基本思路，依照此方法经过多次调试后即可找正参考点。

MC无机械手换刀刀库设计MC无机械手换刀刀库设计随着数控技术的发展和普及，加工中心的作用越发突显它的重要性。

为进一步提高数控机床的加工效率，数控机床正向着工件在一台机床一次装夹即可完成多道工序或全部工序加工的方向发展，因此出现了各种类型的加工中心机床，如车削中心、镗铣加工中心、钻削中心等等。

这类多工序加工的数控机床在加工过程中要使用多种刀具，因此必须有自动换刀装置，也就是所说的刀库，以便选用不同刀具，完成不同工序的加工工艺。

自动换刀装置应当具备换刀时间短、刀具重复定位精度高、足够的刀具储备量、占地面积小、安全可靠等特性。

本论文是开发设计出一种体积小、结构紧凑、价格较低、生产周期短的小型立式加工中心无机械手换刀刀库。

首先介绍了国内外加工中心研究现状及发展趋势，阐明了本课题研究的目的、意义。

然后进一步介绍本小型加工中心刀库总体结构和各部件方案的选择，并在此基础上进行了小型加工中心刀库的机械结构的设计计算，主要包括刀盘部件设计（含刀盘，夹块，刀爪），刀库转动定位机构设计（含转臂，槽轮，滚子，锁止盘），刀库总体机构设计（含轴承套，轴，箱盖，箱体）刀库移动部分设计。

随着科学技术的发展，世界先进制造技术的兴起和成熟，而对作为现代制造业非常重要的加工中心提出了更高的要求，超高速切削、超精密加工等技术的应用，对加工中心的组成部分提出了更高的性能指标。

加工中心是一种综合加工能力较强的数控加工设备，工件一次装夹后能完成较多的加工工序，加工精度较高，就中等加工难度的批量工件，其效率是普通设备的5～10倍，特别是它能完成许多普通设备不能一次完成的加工。

加工中心对形状较复杂，精度要求高的单件加工或中小批量多品种生产更为合适，特别是对于必需采用工装和专用设备来保证产品质量和效率的工件，采用加工中心加工，可以省去工装和专机。

这为新产品的研制和改型换代节省大量的时间和费用，从而使企业具有较强的竞争力。

然而目前国内外加工中心的生产厂家设计生产的加工中心大多是大、中型零件的加工。

如图 4所示 , 它由主动曲柄 、槽轮 、拨销和锁止盘组
成。
外啮合槽轮机构的主动曲柄回转轴线与槽轮回转
轴线平行 , 通常主动曲柄作等速回转 , 当主动曲柄上
的拨销进入槽中 , 就拨动槽轮作反向转位运动 , 当拨
销从槽中脱出 , 槽轮即静止不动 , 并由锁止盘定位 。
当只有一个拨销时 , 主动曲柄转一周 , 槽轮作转一个
11512 刀爪尺寸的设计
刀爪的外型尺寸根据 30号刀柄设计 。
11513 夹块的设计
夹块在刀爪抓刀时插入到键下半部中 , 以及刀具
在刀库中时夹块一直插在键中 , 起准确定位的作用 。
因此 , 夹块的宽度尺寸精度要求很高 。夹块宽度的尺
寸主要由键的宽度来决定 。
116 刀库转动定位机构的设计
11611 刀库转动定位机构的选择
RS
为滚子中心到锁止盘中心的距离
P
。
如果 TFC ≤电机的额定转矩 , 则符合要求 。
11713 最大加速转矩 Tcam
y双向精11床身21xy精密数控工作台31刀库移动部件41刀库51z向进给部件61立柱71电主轴图1mcv2520小型立式加工中心总体结构示意图为使加工中心的结构紧凑减小加工中心的外形尺寸降低成本在设计自动换刀装置时应在满足使用要求的前提下尽量使其结构简单紧凑价格低廉易制造拆卸装配维修方便备件容易得到
性间歇 运 动 , 常 用于
各种分度转位机构中 。
槽轮机 构 有三 种 基 本 图 4 外啮合槽轮机构
类型 : 外啮 合槽 轮机
的工作原理图
构 、内啮合槽轮机构和球面槽轮机构 [2, 4 ] 。刀库即可
采用外啮合槽轮机构也可采用内啮合槽轮机构 。设计
中采用外啮合槽轮机构 。外啮合槽轮机构的工作原理

2012届分类号：单位代码：10452毕业设计加工中心换刀装置的设计姓名胡文午学号201203110214年级2012级（2）班专业机械设计制造及其自动化系（院）机械工程学院指导教师刘玉慧2016年 4月 6日目录摘要 (1)关键词 (1)1前言 (2)2加工中心的总体布局 (2)2.1技术条件 (2)2.2总体布局 (3)2.3卧式加工中心的机械结构 (3)3换刀机械手的设计 (4)3.1刀具的交换装置 (4)3.1.1自动换刀装置 (4)3.1.2机械手的种类 (5)3.1.3手爪的选择 (9)3.1.4刀具的夹持 (10)3.2机械手的驱动装置 (11)3.2.1手臂的伸缩运动 (11)3.2.2手爪的开合 (11)3.2.3回转运动 (12)3.2.4直线运动 (12)3.3设计计算 (13)3.3.1手指夹紧力的计算 (13)3.3.2齿轮的设计 (13)3.3.3轴的设计 (19)3.3.4轴承的设计 (24)3.3.5弹簧的设计 (28)4结论 (31)参考文献 (31)致谢 (32)加工中心换刀装置的设计学生：胡文午指导老师：刘玉慧摘要：机械手是自动换刀装置中交换刀具的主要工具，它担负着把刀库上的刀具送到主轴上，再把主轴上已用过的刀具返回刀库上的任务。

设计思路是用机械手的动作来实现对加工中心的换刀，机械手的转动有回转液压缸运来实现，其动力则由驱动系统实现。

加工中心的自动换刀装置，通常是由刀库和机械手组成，它是加工中心的象征，又是加工中心成败的关键环节。

因此各加工中心制造厂家都在下大力研制动作迅速、可靠性高的自动换刀装置，以求在激烈的竞争中取得好效益，自动换刀装置是加工中心的核心内容，各厂家都在保密，极少公开有关资料，尤其机械手部分更是如此。

这种机械手的拔刀、插刀动作，大都由油缸动作来完成。

根据结构要求，可以采用油缸动，活塞固定；或活塞动，油缸固定的结构形式。

整个机械手由机械臂伸缩机构，机械爪开合机构，回转机构及装卸刀具直线运动机构组成。

The design of the structure of the tool storage is the key point of this research.Driving part is a decelerating set of the worm and worm gear.The sizes of the worm, worm gear and axis are calculated.The control parts are tool storage delivering parts, which is completed by the hydraulic pressure and PLC control.
（2）缩短加工准备时间加工中心既然可以顶替多台通用机床，那么加工一个零件嗦需准备时间，是每台加工单元所损耗的准备时间之和。从这个意义上说，加工中心的准备时间显然短得多。
（3）减少在制品以往的加工方式是工件流动与多台通用机床之间，这就要有相当数量的在制品，而在加工中心上加工，即可发挥其“多工序集中”的优势，在一台机床上完成多个工序，就能大大减少在制品数量。
由上述可知，加工重心在加工的柔性、自动化程度和加工效率上，在一般数控机床的基础上又上了一个新的台阶，又是一次新的变革。
加工中心的定义是什么？目前世界上并无标准定义，但目前普遍认为是指：在工件一次装卡中，能够实现自动铣削、钻孔、镗孔、铰孔、攻丝等多工序的数控机床。更为明确的说法是：加工中心就是自动换刀数控镗铣床。这就把加工中心与自动换刀数控车床或车削中心区别开来。
16刀刀库是在小型加工中心应用最为广泛，根据使用的场合和实际运用的要求，设计了相应的16刀的圆盘式刀库，并且对它的控制进行了一定的研究。
论文首先对16刀刀库总体设计方案进行阐述，阐述其各部件的工作原理，然后就刀库的结构设计与控制分章节对各个部分进行计算与设计。

本科毕业设计说明书实验室用自动换刀装置的设计学院：机电学院专业：机械设计制造及其自动化姓名：王建学号：080515979指导教师：丁海泉职称：副教授设计完成日期：二Ο一二年六月目录前言 (Ⅰ)摘要 (II)绪论 (1)1. 课题背景 (1)2. 研究的主要内容 (3)第一篇自动换刀装置机械设计一. 总体方案的设计 (4)二．刀库结构设计及计算 (5)三.机械手结构设计及计算 (10)四.主轴结构设计及计算 (15)五.总体结构尺寸的确定 (17)第二篇自动换刀装置电气设计一. 总论 (20)二.电气控制方案的确定 (21)三.PLC输入输出安排 (21)四.PLC控制换刀过程 (23)五.PLC与继电器控制的区别 (24)总结 (25)参考文献 (26)CAD 图纸详细资料QQ:549294917前言金属切削机床是机械制造业的基础装备，它随着科学技术突飞猛进的发展和微电子、航天、国防等工业的发展需求，正朝着高精度、自动化、柔性化、微型化和集成化方向迅速发展。

计算机技术和分析技术的进步，为机床设计理论和技术的发展提供了有力的技术支持。

本次设计主要对小型立式加工中心自动换刀装置的具体结构以及换刀过程进行设计计算和相关说明。

将机械系统、驱动装置、电气原理、自动控制系统和信息处理系统等机电一体化要素组成各种可靠结构。

全文共分为两篇，第一篇为自动换刀装置的机械结构部分的设计计算，对刀库、机械手、主轴等结构进行设计以及对支撑结构、导轨的设计。

第二篇为电气部分的布置及相关计算，包括电器原理图，电器接线图的设计，PLC的选择及应用。

在参加毕业设计的全过程中，丁海泉老师给予了大力的支持和指导，在此，向丁老师表示衷心的感谢！由于水平有限，时间仓促，在设计中错漏及不足之处仍然有之，敬请老师同学们给予批评指导。

王建2012年6月5日摘要如今数控技术已经是当今社会制造业的主导技术，数控技术大力发展同时教学资源也得到了提升，研究教学用装置模型已是必不可少的，将装置的模型在课堂上展示能更好地体现真实性，但是现在实验室模型技术不够完善。

无机械手的自动换刀
这种自动换刀装置在结构上只有一个刀库，是利用机床本身与刀库的运动实现换刀。

换刀时必须先将用完的刀具送回刀库，然后从刀库取出待加工用的刀具。

换刀时送刀和取刀的两个动作不能同时进行。

图8.12所示为立式数控机床无机械手的自动换刀装罝。

刀库的旋转由伺服电动机经齿轮、蜗杆、蜗轮带动，由定位销精确定位，其刀库结构如图8. 13所示。

无机械手自动换刀的刀库结构简单，换刀运动易于实现，可靠性高，但将用过刀具送回刀库和从刀库取出新刀具这两个动作不能同时进行，换刀时间较长（10〜20 s)，且刀库容ffl 有限，一般适用于中、小型加工中心。

随意式刀库设定一:参数设定1:基本参数:1195(Mmac)设1—此参数打开后Maco程序一定要设2: 1103设0—否则刀库不会旋转3:主轴参数:3207—定位角度4:轴参数:2038—第二原点二:宏程序参数设定7001—设67002—设17003—设9000三:刀熟设定:1: SP: 设总刀数+1N1: 设0N2: 设0N3: 当前刀号N4: 设02:画面进入设定方法按[TOOL PARAM]----[登录]出现如下画面MG 刀具– D MG 刀具– D MG 刀具-- D1 1 0 11 11 0 21 21 02 2 0 12 12 0 22 22 03 3 0 13 13 0 23 23 04 4 0 14 14 0 24 24 05 5 0 15 15 06 6 0 16 16 07 7 0 17 17 08 8 0 18 18 09 9 0 19 19 010 10 0 20 20 0MG( ) 刀具( ) D( ) 辅助( )a :在MG( )括号里输入SP, 刀具( )括号里输入总刀数加1—按[INPUT],此时MG( )括号里自动显示N1,在刀具( )括号里输入0—按[INPUT]此时MG( )括号里自动显示N2,在刀具( )括号里输入0—按[INPUT]此时MG( )括号里自动显示N3,在刀具( )括号里输入当前刀号—按[INPUT] 此时MG( )括号里自动显示N4,在刀具( )括号里输入0—按[INPUT]这时MG( )括号里不在显示任何数字b :在按照如下一一对应顺序重整刀号MG( 1 ) 刀具( 1 )MG( 2 ) 刀具( 2 )MG( 3 ) 刀具( 3 )MG( 4 ) 刀具( 4 )MG( 5 ) 刀具( 5 ) ------ 一直对应下去.四:时间设置:6023: 设10—定位反转时间6053: 设50—整个换刀时间T98—6058: 刀臂第二次旋转等待时间T94—6054: 刀臂第一次旋转等待时间T104—6064: 刀杯下等待时间—E68T63—6023: 刀杯下等待时间—M64五:PLC开关:10打开—手动15打开—不会换刀10\15打开后程序暂停(正转)\OT解除(反转六:MACROO9000#101=#20;G4X0.5;T#101;#3003=1;#3004=1;（进给保持无效）IF[#1216EQ1]GOTO99；IF[#1000EQ1]GOTO99;IF[#1001EQ1]GOTO99;#130=#4003;#131=#4006;G91G30Z0M19;M6;G#130;G#131;N99#3003=0;#3004=0;M99;。

本科毕业设计（论文）通过答辩LX型电动单梁悬挂起重机电动小车和电气设计"汽轮机叶片热锻模”的设计与工艺编程2PGC600×750双齿辊破碎机的设计3MK131轴承内圈沟磨床设计5t龙门皮革下料机总体设计及传动系统设计ABS电镀生产线结构设计FXS80双出口笼型转子选粉机设计FXS900组合式选粉机总体及出风口分离器设计M1050外圆磨床动静压主轴系统设计MC无机械手换刀刀库设计OS200型四氯乙烯干洗机的设计P2C750离心破碎机总体及转子部分设计PE250×400破碎机的设计Q3110滚筒式抛丸清理机设计QY12汽车起重机的支腿机构X700涡旋式选粉机设计半轴机械加工工艺及工装设计超声波雾化装置运动系统设计城市护拦清洗车设计齿轮变速箱左、右箱体工艺设计及专用机床设计带槽三角形固定板冲圆孔、冲槽、落料连续模设计地铁侧灯罩塑料注塑模设计电风扇上盖注塑成型模具设计电气线路连接器注射模设计电梯踏板压铸模设计蝶形螺帽注塑模设计对讲设备支架专用模具设计儿童水枪零件注射模设计飞机模型注塑模设计飞利浦剃须刀电池盒的塑料模设计非同步输送带设计钢窗五金配件的模具设计给喷油泵下体零件设计组合机床滚道式轴承自动装配机设计弧形圆坯连铸机总成防漏设计基于PRO/E的空调遥控器后盖3D建模及注塑模具设计佳能复印机机芯连续冷冲模具设计咖啡杯塑料模具设计可四轮定位四柱式汽车举升机设计矿用带式输送机的设计老板椅底支架设计立木地板加工机床设计六自由度并联机器人运动学和动力学分析及仿真滤波器腔体压铸模设计螺口容器注射模设计"螺栓球节点封板自动冲压模具（总体设计及冲模设计）麦当劳赠品玩具壳体注射模设计摩托车专用升降平台设计气缸盖螺钉孔加工专机设计汽车过滤器壳体注射模设计汽车用弹簧盘冲压模具设计汽车雨刷刷座注塑模设计清降片药盒内支架塑料注射模设计曲轴搬运上线机械手设计手机液晶屏装配机设计数控龙门三枪H型钢自动火焰切割机设计数控铣床两工位夹紧装置液压系统设计水煤浆制备系统与搅拌设备设计水磨粉双滚筒干燥机总体设计及输送装置设计塑料灯罩零件注射模设计塑料电子表盖的塑料模具设计塑料拉线盘模具设计锁舌的自动化型连续级进落料模设计围板包装箱自动生产线合围装置设计卧式波纹管微束等离子焊接装置设计卧式双面多孔钻加工机床设计矽钢片冲模设计线路接通器塑料零件注射模设计湘玉竹切片机的设计斜井猴车设计压路机液压系统二维动画制作及能力回收设计液晶显示盒座注射模拟及其注射模设计仪表盖塑料模设计饮水机过滤盖注塑模设计饮水机水龙头注塑模设计油管内壁爬行机器人设计照相机前盖壳注塑模设计轴承保持架自动装配机设计注塑机机械手的设计注塑机液压系统维修特性分析及工作进程多媒体制作注脂机设计400T/H差动分级齿辊式破碎机的设计巷道堆垛类自动化立体车库。