加工中心电主轴及换刀手综合检测台控制系统设计

本科毕业设计（论文）

题 目 加工中心自动换刀系统设计（盘式）

——刀库系统

学院名称 机械与动力工程学院

专业名称

机械设计制造及其自动化

年级班级

学生姓名

指导教师

2017年 5月 目录

前言

1.加工中心概述„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 1

1.1加工中心发展现状和发展趋势„„„„„„„„„„„„„„1

1.2加工中心的特点„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„2

1.3加工中心的分类„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 3

1.4加工中心的结构„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„5

1.5加工中心刀库及自动换刀装置„„„„„„„„„„„„„„6

1.5.1加工中心刀库形式 „„„„„„„„„„„„„„„„„„6

1.5.2加工中心的自动换刀装置„„„„„„„„„„„„„„„8

1.5.3刀库结构及换刀过程„„„„„„„„„„„„„„„„„„9

2.刀库传动设计„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„

2.1电动机的选择„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„

2.1.1初选电动机„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„

2.1.2校核电动机„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„

2.2运动和动力参数计算„„„„„„„„„„„„„„„„„

2.3蜗杆传动设计„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„

2.3.1蜗杆传动的选择„„„„„„„„„„„„„„„„„„„

2.3.2蜗杆传动的主要参数及几何尺寸计算„„„„„„„„„„

2.3.3校核齿根弯曲疲劳强度„„„„„„„„„„„„„„„„

2.3.4验算蜗杆传动的效率、润滑及热平衡„„„„„„„„„„„

2.3.5蜗杆和蜗轮的结构设计„„„„„„„„„„„„„„„„

2.4传动轴设计„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„

2.4.1轴的材料„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„

PLC课程设计报告

综合成绩 优秀（ ）良好（ ）

中等（ ）及格（ ）

不及格（

）

教师（签名）

批改日期 2012年 月 日

PLC 课程设计报告

院系 电子与电气工程学院

专业 电气工程及其自动化

2012年11月

PLC课程设计报告

课程名称：加工中心换刀PLC控制

一、 控制要求：

加工中心换刀装置有16把刀，装置由一台电机正反转拖刀盘使相应的槽位对准换刀装置，正反转每接通2秒断开1秒则沿着相应的方向转过一个位置。当相应的槽位好对准换刀位置时，放刀流程为：手臂左移（YV1）至SQ1，下摆（YV2）至SQ2，放刀（YV3），3秒后手臂上摆（YV4）至SQ3，右移（YV5）至SQ4结束取刀道流程同放刀（区别是取刀接通YV6）。有16个按钮确定目标刀号和1个按钮实现手动调节当前的刀号（MW10）。

1） 手动按钮持续按下则电动机正转且每接通2秒断开1秒持续工作，且MW10值为1。

2） 按下相应目标刀号按钮则先判断应该正转还是反转（以效率为基准），然后确定换刀步数，到目标刀号停止且将MW10值更改为目标刀号值。

二、 控制系统设计分析

2.2.1 刀套编码方式

刀套编码方式是对刀库各刀座预先编码，每把刀具放入相应刀座之后就具有了相应刀座的编码，即刀具在刀库中的位置是固定的。

2.2.2 顺序选刀方式

将刀具按加工工序顺序依次放入刀库的每一个刀座中。每次换刀时，先把已经使用过的刀具放 回原 来的 刀座 中， 然 后刀 库顺 序转 过一 个刀座位置，并取出所需要的刀具。这种法有利于对换刀过程的控制，但是，由于刀具在不同的工序中不能重复使用，如果刀具不按顺序放在刀库中，将会产生严重的后果。这样就必须增加刀具的数量和刀库的容量，这样降了刀具和刀库的利用率。

2.2.3 刀具编码方式

刀具编码方式就是刀具在刀库中不必按照工件的加工顺序排列，可以任意排放的。每把刀具均编上代码，自动换刀时，刀库旋转，每把刀具都要经过“刀具识别器”接受识别 。当刀具代码与数控机床发出的请求代码相符时，刀库旋转到换刀位置，等待机械手取刀。

真理惟一可靠的标准就是永远自相符合。 —— 欧文

土地是以它的肥沃和收获而被估价的；才能也是土地，不过它生产的不是粮食，而是真理。如果只能滋生瞑想和幻想的话，即使再大的才能也只是砂地或盐池，那上面连小草也长不出来的。

人生的磨难是很多的，所以我们不可对于每一件轻微的伤害都过于敏感。在生活磨难面前，精神上的坚强和无动于衷是我们抵抗罪恶和人生意外的最好武器。 1 第6章：加工中心（铣）电气控制系统

加工中心是一种高效数控加工机床，一台加工中心可完成由几台普通数控机床才能完成的工作。这种机床一般具有刀库和自动换刀装置，在加工过程中能自动地进行刀具更换工作，以满足不同工序加工的需要。一般进给运动与主轴都采用伺服电机，系统采用品牌产品。

本章以实例介绍XH714加工中心的电气控制系统，系统配置Fanuc 0i-MC，以便读者了解加工中心电气控制线路中Fanuc 数控系统、驱动、I/O接口与电气控制线路之间的关系。XH714数控加工中心分别有数控系统（CNC）,机床控制电气，主轴无极调速、X、Y、Z轴进给驱动，刀库旋转，排屑、冷却及其它控制电路等组成。XH714立式加工中心外观见图6.1。

图6.1：XH714立式加工中心外观

1-CRT/MDI及机床操作面板；2-主轴；3-主轴箱；4-主轴气缸；5-主轴电动机；6-Z轴伺服电动机；7-电气控制柜；8-回转刀库；9- X轴伺服进给电动机；10-Y轴伺服进给电动机

6.1 FANUC数控系统概述

日本FANUC公司自50年代末期生产数控系统以来，已开发出多种系列的数控系统，在中国CNC市场上处于举足轻重的地位。目前，以0i-MC与0i-MD最为常见。在考虑选择系统的同时还要注意伺服模块及伺服电机的配置，αi在性能质量、跟随性都要高于βi系列。所以选购一台数控机床不要单纯看系统型号还要配置何种伺服驱动系统。

0i-MC 这是目前在中国市场上销售量最大的一种系统，它是一种采用高速32

大型加工中心换刀机械手的设计

一、设计背景

随着制造业的快速发展，大型加工中心的应用越来越广泛。大型加工中心一般拥有多把刀具用于不同工序的加工，需要手动更换刀具，不仅浪费了时间，还增加了人力成本和安全隐患。因此，设计一个高效、安全、智能的大型加工中心换刀机械手，具有重要的意义。

二、设计目标

1.实现自动化刀具更换，提高加工效率；

2.提高工作安全性，减少人为操作的风险；

3.具备智能、自主学习、自动适应的功能，提高机器人操作的灵活性和实用性。

三、设计要点

1.结构设计：机械手的设计应考虑加工中心刀库的布局和工作条件，采用多关节结构，具备较大的工作范围和灵活性。

2.控制系统：机械手需要搭载先进的控制系统，具备自主学习和自适应的能力，能够根据刀具更换的要求自动调整操作步骤和力度。

3.传感器：机械手需要搭载各种传感器，实时监测加工中心的刀库情况、刀具状态和操作环境，保证机械手的安全性和可靠性。

4.机械手末端工具：机械手末端需要设计合适的夹具，能够牢固地固定不同类型和尺寸的刀具，保证更换过程的精确性和稳定性。 5.自动化控制和管理系统：机械手需要与加工中心的自动化控制和管理系统进行无缝对接，实现自动化的刀具管理和更换。

四、设计流程

1.刀具信息录入：使用者通过界面输入加工中心刀库的刀具信息，包括类型、尺寸、位置等。

2.系统规划：系统根据刀具信息和加工需求，确定最优化的刀具更换方案和机械手动作路径。

3.动作执行：机械手根据系统规划的路径，自动移动到对应的位置，使用夹具固定住刀具，完成刀具更换操作。

4.刀具状态检测：机械手通过传感器对刀具状态进行实时监测，如刀具磨损、损坏等情况。

5.故障处理：如果刀具状态异常，机械手会将异常信息传递给系统，系统进行相应的故障处理，如果需要更换刀具，机械手会自动执行更换流程。

6.报警系统：机械手配备报警系统，一旦出现异常情况、人为干预等，及时发出警报，保证工作环境安全。