加工中心换刀机构课程设计说明书

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1、 任务分配任务分配 总体方案设计： 传动系统设计： 动力电机系统设计： 控制电路设计： 软件编程： 电力供电系统： 附上整体效果图【图片】 目录目录 任务分配 . 0 第 1 章 绪论 . 2 1.1 设计背景 2 1.2 立式数控铣床 2 第 2 章 方案设计 . 4 2.1 课题内容 4 2.2 确定其自动换刀装置的形式 . 4 2.3 加工中心自动换刀装置（ATC）形式、特点及各自应用范围 5 2.4 刀库及刀具交换装置 . 7 2.4.1 刀库的形式 7 2.4.2 刀具的选择方式 8 2.4.3 刀具(刀座)识别装置 . 10 2.4.4 刀具交换装置 15 第 3 章 换刀机械手结

2、构设计 . 17 3.1 确定换刀机械手形式 . 17 3.2 换刀机械手的工作原理 . 18 3.3 机械手的自动换刀过程的动作顺序 . 18 3.4 两手相互垂直的回转式单臂双手机械手 . 19 3.5 机械手回转轴 4 上的齿轮齿条设计 . 20 3.6 自动换刀装置的相关技术要求 . 20 3.6.1 主轴准停装置 20 3.6.2 换刀机械手的安装与调试 21 3.7 确定刀库容量 . 21 3.7.1 确定刀库形式 21 3.7.2 初步估计刀库驱动转矩及选定电机 21 3.7.3 刀库转位机构的普通蜗轮蜗杆的相关设计 23 3.7.4 确定刀具的选择方式 24 3.7.5 刀库结

3、构设计 24 第 4 章 PLC 控制系统设计 . 26 4.1 机械手控制系统 PLC 的选择 26 4.2 机械手的 PLC 控制系统限位开关的布局示意图 27 4.3 机械手自动换刀系统的工作流程 . 27 4.4 机械手自动换刀系统的原理 29 4.5 PLC 的硬件 I/O 接口原理图 . 30 4.6 自动换刀系统 PLC 程序的设计 30 4.6.1 编程软件 30 4.6.2 PLC 的控制流程图 32 4.6.3 梯形图 33 4.6.4 指令表 . 34 课程设计心得 . 35 附录 1 36 附录 2 37 附录 3 38 参考文献 . 39 第第1章章 绪论绪论 1.1

4、 设计背景设计背景 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。 1958 年，美国卡尼，特雷克（Kearney&Trecker）公司首次把铣、 钻、镗

5、等多种工序集中于一台数控机床上，通过换刀方式实现连续加 工，成为世界上第一台加工中心。该产品出现后，销路惊人，引起了 日、德、美、英、法、意等先进工业国家的高度重视，竞相开发生产， 不断扩大和完善机床的功能，成为数控机床中发展最快、需求量最大 的商品之一。如今，世界上出现了立式、卧式、龙门式、落地式等各 种加工中心，据不完全统计，大约有 1000 多个品种规格。 未来加工中心的发展动向是高速化、 进一步提高精度和愈发完善 的机能。加工中心是数控机床的代表，是高新技术集成度高的典型机 电一体化机械加工设备，我国的加工中心从 70 年代开始，已有很大 发展，但技术、品种和数量上都还远不能适应我国经

6、济、技术发展的 需要。随着我国工业的不断发展，推动了模具制造业、机械加工业的 巨大发展，使得数控机床的使用越来越普遍，而加工中心更是以其高 自动化程度得到广泛应用。 然而， 目前市场上生产和销售的都是以大、 中型的加工中心为主，小型加工中心几乎是空白，而机械加工业、小 型模具的制造、工科院校、技工学校等对小型加工中心存在着大量的 需求。 为加速我国加工中心的发展， 需进一步加强对加工中心的研究、 设计、制造和应用。 1.2 立式数控铣床 立式数控铣床的主轴轴线与工作台面垂直， 是数控铣床中最常见 的一种布局形式。立式数控铣床一般为三坐标 （ X 、 Y 、 Z ）联 动 , 其各坐标的控制方式主要有以下两种：1 ）工作台纵、横向移 3 动并升降，主轴只完成主运动。目前小型数控铣床一般采用这种方 式 。2 ） 工作台纵、横向移动，主轴升降。这种方式一般运用在中 型数控铣床中 。 立式数控铣床的功能分为一般功能和特殊功能。 一般功能是指各 类数控铣床普遍所具有的功能。如点位控制功能、刀具半径自动补偿 功能、镜象加工功能、 固定循环功能等。特殊功能是指数控铣床在 增加了某些特殊装置或附件