前言
机械手是能够模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。它可以代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，能在有害的环境下操作以保护人身安全，因而广泛应用机械制造、冶金、电子、轻工业和原子能等方向。
机械手主要由手部和运动机构组成，手部是用来抓持工件（或工具）的部件，根据被抓持物件的形状、尺寸、重量、材料和作业要求而有多种结构形式，如夹持型、托持型和吸附型等。运动机构，使手部完成各种转动（摆动）、移动或复合运动来实现规定的动作，改变被抓持物件的位置和姿势。
机械手的种类，按驱动方式分为：液压式、气动式、电动式、机械式机械手；按适用范围可分为：专用机械手和通用机械手两种；按运动轨迹控制方式可分为：点位控制和连续轨迹控制机械手等。机械手通常用作机床或其他机器的附加装置，如在自动机床或自动生产线上装卸和传递工件，在加工中心更换刀具等。
在设计工程中，将有一定的困难，但有指导老师的悉心指导和自己的努力，相信会完满的完成毕业设计任务。设计中不妥之处在所难免，肯请各位老师指正。
目录
摘要 (1)
关键词 (1)
一、数控机床的概述 (1)
(一)数控机床的发展 (2)
二、自动换刀系统 (2)
(一)刀架换刀装置 (2)
(二)刀库自动换刀系统 (3)
（三）机械手结构原理 (5)
三、可编程序控制器概述 (5)
（一）PLC的发展 (6)
（二）PLC的应用领域 (6)
（三）PLC的特点 (7)
（四）PLC的系统组成 (7)
四、数控机床换刀机械手模拟PLC控制设计 (9)
五、结束语 (13)
感谢词 (14)
参考文献 (15)
加工中心换刀机械手模拟PLC控制设计
班级：大08机电3班学生：董家佳
指导老师：唐志英
摘要：自从有机械手以来，相应的各种难题迎刃而解。机械手可在空间抓、放、搬运物件，动作灵活多样，适用于可变换生产品种的中、小批量的自动生产，广泛适用于柔性自动线。机械手一般由耐高温、抗腐蚀的材料制成，以适应现场恶劣的环境，大大降低了工人的劳动强度，提高了工作效率。机械手是工业机器人的重要组成部分，在很多情况下它就可以成为工业机器人。工业机器人是集机械、电子、控制、计算机、传感器、人工智能等多学科先进技术于一体的现代制造业重要的自动化装备。广泛采用工业机器人，不仅可以提高产品的质量与产量，而且对保障人身安全，改善劳动环境，减轻劳动强度，提高劳动生产率，节约原材料消耗以及降低生产成本，有着十分重要的意义。
可编程控制器是继电器控制和计算机控制之上开发的产品，逐渐发展成以微处理器处理为核心把自动化技术、计算机技术、通信技术融为一体的新型工业自动控制装置。
关键词：数控机床可编程控制器PLC机械手
一、数控机床的概述
（1）数控机床的发展
从数控机床产生至今已过去了半个世纪。在这50年中，从数控机床的产量不断增长，品种不断完善，数控系统的功能不断增加，可靠性不断地提高，数控驱动系统的性能不断改进与提高，可以说数控机床已远非当初诞生时的情况了。
目前，许多企业已大大地提高了数控机床在品种与数量两个方面对全部拥有的主要生产设备的比例。同时，许多数控机床均处于关键生产部门与工序上。通常都认为一个企业其产品质量保证体系的硬指标中，数控机床的拥有量是十分关键的。
1.1国外数控机床的发展与现状：
采用数字控制技术进行机械加工的思想，最早是在20世纪40年代初提出的。当时，美国北密执安的一个小型飞机工业承包商帕尔森斯公司（Parsons Co.）在制造飞机框架及直升机叶片轮廓用样板时，利用全数字电子计算机对轮廓路径进行数据处理，并考虑了刀具直径对加工路径的影响，提高加工精度。
1967年，英国首先把几台数控机床连接成具有柔性的加工系统，这就是最初的FMS(Flexble Manufacturing System,柔性制造系统)。之后，美、欧、日也相继进行开发与应用。随着计算机技术的发展，小型计算机的价格急剧下降。小型计算机开始取代专用数控计算机，数控的许多功能由软件程序实现。这样组成的数控系统称为计算机数控系统（CNC）。
1.2我国数控机床的现状：
目前我国制造业已经在3个层次上拥有相当数量的数控机床。在最高层次方面除少量的的国产高档数控系统外，主要是以从世界上17个国家、地区进口的全功能高档数控装备为主。在中低档层次上，主要是两个方面并举，既有国外引进的，也有国产的。在低层次方面，则以国内单板机、单片机或STD总线机步进电机构成的普及型数控系统为主体，再加上少量的由本单位或协作单位研制、开发的一些简易数控系统来改造普通机床或将其配置在线切割机床上。
二、自动换刀系统
（1）刀架换刀装置
一个零件往往需要进行多工序的加工，对于单功能的机床，大量的时间将用于更换刀具、装卸零件等非切削时间上，切削加工时间仅占整个工时中较小的比例。为了缩短非切削时间，往往采用有自动换刀装置的数控机床。自动换刀装置已广泛用于加工中心机床，如切削中心、镗铣加工中心、钻削中心等。
1.1自动换刀装置的形式：
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。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。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、使用刀具种类和数量。数控机床常用的自动换刀装置的类型、特点、适用范围如表：
形式特点适用范围
回转刀架多为顺序换刀，换刀时间短，结构简单紧
各种数控车床，车削加工中心
凑，可容纳刀具较少
转塔头顺序换刀，换刀时间短，刀具主轴都集中
在转塔头上，结构紧凑。但刚性较差，刀
具主轴数受限制
数控钻、镗、铣床
刀具与主轴之间直接换刀换刀运动集中，运动部件少。但刀库容量
受限各种类型的自动换刀数控机床。尤其是对使用回转累刀具的数控镗铣床类立式、卧室加工中心机床。要根据工艺范围和机床特点，确定刀库容量和自动换刀装置型式
用机械手配合刀库进行换刀刀库只有换刀运动，机械手进行换刀运动，刀库容量大
（2）刀库自动换刀系统
这类换刀装置由刀库、选刀机构、刀具交换机构及刀具在主轴上的自动装卸机构
等4部分组成，应用最广泛。带刀库的自动换刀系统，整个换刀过程比较复杂，首先要把加工过程中要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后，插入刀库中。换刀时，根据选刀指令先在刀库上选刀，由刀具交换装置从刀库和主轴上取出刀具，进行刀具交换，然后将新刀装入主轴，并将用过的刀具放回刀库。
（2.1）刀库的形式
刀库是用来存储加工刀具及辅助工具的地方。由于多数加工中心的取送刀位置都是在刀库中的某一固定刀位，因此刀库还需要有使刀具运动及定位的机构来保证换刀的可靠性，即使要更换的每一把刀具或刀套都能准确地停在换刀装置上。一般要求综合定位精度达到0.1mm～0.5mm即可。
（2.2）刀具交换装置
它是用来实现刀库与机床主轴（或刀架）之间的传递和装卸刀具的装置。
由于机械手换刀灵活、动作快，而且结构简单，各种类型的刀具必须装在统一的
标准刀柄上，以便能安装于主轴、刀库内或由机械手抓取。
在自动换刀数控车床数控机床中，机械手的形式也是多种多样的，常见的有如下几种形式：
