基于PLC的自动换刀系统研究
基于PLC的刀库自动选刀应用与开发
ＤＥＮＧ ａ ｇ ｑ ，ＪＡＮＧ ａ ｌ ｎ Ｃｈ ｎ — ｉ Ｉ Ｇｕ ｎ—ｉ ａ
（ ｎｔ ｕｅｏ ｃ ａ ｉａ ｎ ｌｃｒ ａ Ｅ ｇｎ ｅｉｇ Ｉ ｓ ｔｔ ｆ ｉ Ｍｅ ｈ ｎｃ ｌ ｄＥ ｅ ｔ ｃ ｌ ｎ ｉｅ ｒｎ ，Ｍａ ｍｉｇＣ ｌ ｇ ｏ ｎ ａ ｉ ｏ ｎ ｏｌ ｅＭａ ｍｉｇ，Ｍａ ｍｉｇＧ ａ ｇ ｏ ｇ５ ５ ０ ｅ ｏ ｎ ｕ ｎ ｄ ｎ ２ ０ ０，
０ 引 言
作为 数 控 加 工 中心 ， 刀库 的选 刀 是 其 核心 部 分 之
一
１ 加 工 中 心选 刀 方 式
１ １ 顺 序 选 刀 ．
，
直 接影 响刀 库 、 械 手 和 主 轴 间 的 自动 换 刀 ， 机 机 对
Ｃ ｉａ ｈｎ ）
Ａｂ ｔ ａ ｔ ｎ ｈ ａ ｈｉｅ ｍ ａ ｆｃ ｕ ｉｇ ｉｄ ｔｙ，ＣＮ Ｃ ｍ ａ ｈ ｎ ｏ ｌ ｈ ｖ ｇａ ｕ ｌ ｂ ｃ ｍ ｅ ｏ ｉ ｎ ｉ ｓ ｒ ｃ ：Ｉ ｔ ｅ ｍ ｃ ｎ ｎｕ ａ ｔ ｒｎ ｎ ｕｓｒ ｃ ｉ ｅ ｔ ｏ ｓ ａ ｅ ｒ ｄ ａｌ ｙ ｅ ｏ ｄ ｍ ｎａ ｔ ｎ ｐｌｃ ｆｏ ｄ ｎ ｒ ａ ｈｉｅ ｏ ｌ ｃ ｕｓ ｆｍａ ｙ ａ ｖａ ｔ ｇ ｓ Ｂｙ ｔ ｅ ｐｒ ｅ ｓ ｉ ｃ ｎ ｂ ｉｉ ｅ ｎ ｏ ｔ ｏ ｋ ｎ ｓ ａ ｅ ｏ ｒ ｉ ａ ｍ ｃ ｎ ｓｔ ｏ ａ ｅ ｏ ｎ ｄ ｎ ａ ｅ ． ｈ ｏｃ ｓ ｔ ａ ｅ ｄｖ ｄ ｄ ｉｔ ｗ ｉ ｄ ， ｙ ｂｅ ｇ ｎ ｒ ｌＣＮ Ｃ ｎ ＴＣ ． ｅ ｌｔｅ ｕｅｔ ｈ ｏ ａ ａ ｉｅ ａ ｄ ｍｅ ｈ ｎ ｃ ｌ ａ ｅ ｃ ｓｃ ｎｓｓｉ ｆａ ｔ ｍａ ｉ ｅ ｅ ａ ａ ｄＮ Ｔｈ ａｔ ｒｄ ｏ ｔ ｅ ｔ ｏｌ ｇ ｚｎ ｎ ｃ ａ ｉａ ｎｄ ｄ ｖｉｅ ｏ ｉｔ ｍ ｈ ｎｇｏ ｕ ｏ ｔｃ
-》基于PLC的刀库自动选刀应用与开发
(4)M1通 ( C0 为不大于 15 的非负数 ) ,将 C0 值 传至 C1 (MOV 指令 ) 。
(5)M2通 ( C0大于 15) , 30减去 C0值 ,差值存于 C1 ( SUB 指令 ) 。
(6)方向计算 :以 M1～M3最终状态来计算反转条 件 ( Y001通 ) : M3通 (C0原为负数 ) ,M1通 (C0绝对值 不大于 15 ) ; 或者 M3 不通 ( C0 原为非负数 ) , M2 通 (C0绝对值大于 15) 。正转条件 ( Y001 不通 ) : M3 通 (C0原为负数 ) , M1 不通 ( C0 绝对值大于 15 ) ; 或者 M3不通 (C0原为非负数 ) ,M2不通 ( C0绝对值不大于 15) 。
0 引言
作为数控加工中心 ,刀库的选刀是其核心部分之 一 ,直接影响刀库 、机械手和主轴间的自动换刀 ,对机 床的加工效率和加工精度具有十分重要的意义 [ 1 ] 。经 过长时期的发展 , PLC已具有强大的运算能力 ,良好的 通讯功能 ,极高的处理速度 ,已获得广泛的应用 。对于 高精尖的大型数控机床主要部件目前大部分都用的进 口元件 ,费用高 [ 2 ] 。 PLC及其定位控制器用于刀库 、机 械手和主轴间的自动换刀控制 ,取代某些昂贵的进口 元件 ,降低了设备费用 ,是降低费用的最佳的选择 。对 于小型加工中心的自动选刀控制 ,是一种理想的控制 设备 。
(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
收稿日期 : 2009 - 12 - 11 作者简介 :邓昌奇 (1963—) ,男 ,四川自贡人 ,茂名学院机电学院副教授 ,硕士 ,研究领域为数控机床 、机电一体化技术 , ( E - mail) dengchq@ tom.
自动换刀机械手的结构设计与PLC控制
第2章 机械手总体设计方案………………………………………………………………4 2．1 机械手类型 ………………………………………………………………………4 2．2 机械手系统功能设计 ……………………………………………………………5 2．3 机械手的坐标形式与自由度 ……………………………………………………7 2．4 机械手工作过程及工步时间分配 ………………………………………………9 2．5 机械手的基本参数………………………………………………………………10 2．6 模块化设计………………………………………………………………………11 2．6．1 模块划分的一般原则……………………………………………………12 2．6．2 模块设计的方法…………………………………………………………12 2．6．3 模块式机械手及组成……………………………………………………13 2．7 机械手的总体方案设计…………………………………………………………14 2．7．1 机械手的结构设计方案…………………………………………………14 2．7．2 机械手的驱动方案………………………………………………………15 2．7．3 机械手的控制方案………………………………………………………17 2．7．4 机械手的设计流程………………………………………………………18 2．8 小结………………………………………………………………………………20
基于PLC的数控加工中心自动换刀系统的研究
盘式刀库自动换刀控制系统的优势主要体现在以下几个方面。首先，自动换刀 控制系统可以显著提高加工效率，避免了手动更换刀具的繁琐过程，节省了大 量时间。其次，自动换刀控制系统可以降低工人的劳动强度，减少错误操作的 可能性，提高生产安全性。最后，自动换刀控制系统有利于实现工厂的自动化 和智能化，提升整体竞争力。
目前，加工中心自动换刀装置的研究主要集中在换刀方式、刀库设计、夹持机 构和控制系统等方面。其中，换刀方式是自动换刀装置的核心技术之一，直接 影响到换刀的效率和精度。按照换刀过程中是否有旋转动作，换刀方式可以分 为旋转式和非旋转式两种。旋转式换刀方式又可以分为刀具旋转和主轴旋转两 种，而非旋转式换刀方式则可以分为直插式和伸缩式两种。
盘式刀库自动换刀控制系统的工作原理基于计算机数值控制（CNC）技术，通 过接收加工中心的指令，控制机械手臂进行刀具的更换。首先，机械手臂在盘 式刀库中选择需要更换的刀具，然后将其抓取并移动到加工区域。接下来，机 械手臂将旧的刀具从主轴中取出，并将新的刀具安装到主轴上。最后，机械手 臂将更换下来的刀具放回盘式刀库的正确位置。
近年来，随着人工智能、机器学习和计算机视觉等技术的不断发展，加工中心 自动换刀装置的研究也在不断深入。这些技术的应用，可以实现更加智能化和 高效的换刀控制，从而提高加工中心的生产效率和加工质量。
在应用前景方面，加工中心自动换刀装置将会在更多领域得到应用。例如，在 航空航天、汽车制造、模具制造和医疗器械等领域，由于对加工精度和效率的 要求较高，因此对自动换刀装置的需求也将会不断增加。此外，在智能制造和 数字化工厂的建设中，加工中心自动换刀装置也将会成为其重要组成部分之一。
加工中心自动换刀装置的发展历程可以追溯到20世纪80年代，当时该技术还处 于研究和实验阶段。随着计算机技术、机械制造技术和液压气动技术的发展， 自动换刀装置的可靠性、稳定性和效率得到了不断提高。进入21世纪以来，随 着数控技术的快速发展和制造业的不断升级，加工中心自动换刀装置的应用范 围和需求量也不断增加。
基于PLC刀库控制系统研究
·109·
3． 2 ATC 变频器
机械手换刀由 ATC 交流电机和凸轮箱联合控制。根 据启动平滑、制动迅速等要求选用三菱 FＲ-D740-1． 5k 变 频器来控制 ATC 电机。在自动换刀过程中，ATC 电机在 一次启动与停止之间的运动过程中要保持速度恒定。因 此利用变频器的多段调速来控制 ATC 电机的运动实现机 械手多速换刀。自动换刀装置变频器设计图如图 5 所示。
2． 1 刀库选刀与刀具定位
刀库有 20 把刀具，采用刀套编码的选刀控制方。 为了将目标刀具送到换到位置，必须正确判断电机的 转向和记忆经过换刀位置的刀号［3］。PLC 将目标刀套 号与当前刀套号进行比较，判断伺服电机转向，从而实 现刀库就近选刀。当电机正转时，PLC 程序内的计数 器自动记录当前刀套号，每转过一个刀位，计数器值加 1，反之减 1。当目标刀套运动到换刀位置时，PLC 停 止高速脉冲输出，伺服电机停止运转。接近开关反馈 刀位数给 PLC。刀库就近选刀换刀流程图如图 2 所 示。
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图 4 伺服驱动器设计图
2015 年 2 月
杨伯金，等： 基于 PLC 刀库控制系统研究
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［5］。自动换刀装置的设计要求是换刀时间
短、刀具重复定位精度高、运行稳定可靠等。自动换刀 装置主要由变频器，ATC 电机，凸轮箱，机械手组成。 在换刀过程中，反馈装置检测机械手旋转位置信号反 馈给 PLC，控制电机启停实现机械手抓刀，拔刀，旋转， 装刀回，原点等一系列换刀动作。通过变频器多功能 端子能够实现机械手不同速度的换刀。
基于PLC的刀库自动换刀控制系统设计
此 次 题 的 研 究 埘 象 足 皖 『萄 ● 式 ＪＪ１］ ｝ 心 ＶＭＣ１０００Ｌ的 『】动 换 ｊ装 簧 ， 其 Ｊ库 Ｊ
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３ ＰＬＯ控 制 系 统要 求
存 找 们 ，１ 产 ＪＪＩ１ ｌ： 个 零 件 的 时 候 ， 往 往 小能 次 加 ｌ：完成 ，需 要 多 个上 序 米 充 成 加 上 。 『面 ‘舣 的 或 足 通 的 机 Ｊ术Ｉ｝Ｉ部 足 ｛能 完 成 一 个 的 加 】．， ｔ－＇．ＩＪ使 足功 能 ‘的 数 控 机 床 也 足 如 此 征 ＪＪｉ】１ 过 中 最 人 茕的 时 足 化 征 Ｊ，换 川 而 今 ｛｛：会 ｒ１动 化 度 越 术越 高 超 ， ｒ动 的 换 Ｊ 经 人 人 的影 响 Ｊ 生 产 的 效 率 ， 可 以 醣 ｆＪ动 的 换 系统 的作 川 加【ｌ：ＩＩ 终 足 划 ／ｆ 缓 。 本 次 改 汁就 足针 划此 种 情 况 对 ｝，１ Ｊ Ｊ 门控 制 系统 进 行 设 汁 ，ｊ 体 要 求 如 ：
基于PLC的数控加工刀具选择监控系统设计
基于PLC的数控加工刀具选择监控系统设计摘要加工中心是一种功能较全的数控加工机床，而自动换刀系统则是加工中心区别于其他数控机床的典型装置。
自动换刀系统（ATC）包括刀库结构、换刀结构以及控制系统3个部分，是加工中心的重要组件之一。
本文主要研究了采用西门子S7-200系列的PLC作为主控制器实现盘式刀库换刀系统的设计。
这种主要由软件进行选刀的方式，消除了由于识别装置的移动性和可靠性所造成的系统误差，提高了选刀精度，简化了控制装置。
通过对自动换刀系统基本结构、工作原理的分析以及对盘式刀库自动换刀控制流程的研究，介绍了自动换刀控制系统的硬件设计、软件编程设计，实现了快捷且准确可靠的换刀过程，能够很好的满足控制要求。
关键词：加工中心，自动换刀，盘式刀库，PLC，组态王Select Control System Of CNC machining tool Based on PLCABSTRACTMachining center is a function over the entire CNC machine tools, and automatic tool change system is different from other typical device processing center CNC machine tools. Automatic Tool Changer(ATC), including three part structure magazine, ATC structure and the control system is an important component machining centers. This paper studies the Siemens S7-200 series PLC as the master controller for the disc magazine ATC systems design. This is mainly carried outby the software tool selection, eliminating errors due to the mobility of the system and the reliability of the identification device caused improve the precision of tool selection, the control means is simplified. Research process by analyzing the basic structure of the automatic tool changing system, working principle and the automatic tool changer control son disc magazine, describes the hardware design of the automatic tool changer control system, software programming designed to achieve a fast and accurate and reliable exchange knife procedure, can well meet the control requirements.KEY WORDS:Machining Center, Automatic Tool Changer, Disc Magazine, PLC, Configuration King目录摘要 (I)ABSTRACT .................................................................................................. I I 目录 (III)前言 (1)第1章绪论 (2)1.1 数控加工中心自动换刀系统的背景与意义 (2)1.1.1 加工中心的国内外研究动态 (2)1.1.2 研究加工中心的目的及意义 (2)1.2 数控加工中心自动换刀系统的结构类型 (3)1.2.1 自动换刀装置的结构特点 (3)1.2.2 自动换刀系统的设计形式 (4)1.3 PLC的简介 (5)1.3.1 PLC的工作原理及特点 (5)1.3.2 PLC的型号 (6)第2章硬件设计 (7)2.1 硬件设备的选型 (7)2.1.1 按钮开关 (7)2.1.2 行程开关 (7)2.1.3 接触器 (7)2.1.4 驱动刀库电机选型 (8)2.1.5 熔断器的选择 (10)2.2 加工中心刀具库的I/O资源配置 (11)2.2.1 刀具库I/O点分配 (11)2.2.2 刀具库I/O外部接线图 (12)第3章软件设计 (13)3.1 自动换刀控制系统的组成 (13)3.2 自动换刀控制系统的原理分析 (13)3.2.1 系统控制要求 (13)3.2.2 控制流程 (13)3.3 编程软件STEP 7 Micro/WIN概述 (15)3.4 自动换刀系统的PLC程序设计 (17)3.4.1 程序梯形图 (17)3.4.2 指令表 (19)第4章组态王软件仿真 (22)4.1 组态软件的概述 (22)4.1.1 组态软件的发展及简介 (22)4.1.2 组态王概述 (23)4.2 组态画面的设计 (24)4.2.1 创建组态工程 (24)4.2.2 定义硬件设备 (25)4.2.3 制作图形画面 (26)4.3 变量设置及动画连接 (27)4.3.1 数据变量的定义 (27)4.3.2 建立动画连接 (28)4.3.3 命令语言编程 (29)4.4 组态演示 (34)第5章软硬件调试 (37)5.1 硬件调试 (37)5.2 软件调试 (37)5.2.1 模拟调试 (37)5.2.2 联机调试 (38)结论............................................................................ 错误!未定义书签。
毕业论文--基于plc的加工中心刀库换刀控制系统设计
[摘要]本设计的题目是基于PLC加工中心刀库换刀控制系统的设计。
通过分析刀库的自动换刀的过程，使刀库在加工中心上能配合换刀机械手的需要——能在数控程序的控制下灵活的实现换刀过程每次换新刀只需输入相应换刀号信号即可。
在分析控制要求的基础上，设计出相应控制程序。
控制程序包含：建立当前刀具库映像、记录请求刀具号、转盘转动方向判断并确定转盘正反转、发出脉冲控制刀盘转动、到位灯及换刀指示灯显示等部分，程序结构性好、可读性强、运行效率高，能很好地满足实用要求。
[关键词]加工中心，刀库换刀， PLCBased on the PLC Machining Center Tool Change ControlSystem DesignRan Longjun( Shaanxi Institute of Mechanical Engineering College of mechanical engineering and automation professional machine from class 082, Shaanxi Hanzhoung 723003)Teacher: Hou Hongling[ Abstract]this design topic is based on the PLC machining center tool change control system design. Through the analysis of the knife of the automatic tool changing process, so that the cutter in machining center can be matched with the tool changing manipulator needs -- in NC program under the control of flexible implementation tool changing process every time new knife only needs to input the corresponding tool change signal can be. The analysis and control on the basis of the requirements, designs the corresponding control procedure. The control program includes: establish the library image, recording request tool number, the rotation of the turntable direction judgment and to determine the turntable is reversed, to send pulses to control the cutter disc to rotate in place, lights and tool change indicator display parts, good program structure, readability is strong, operation efficiency is high,which can meet the practical requirements.[ Key words] MC, changing tool , PLC目录目录 (I)引言 (1)1 PLC在加工中心中的应用 (5)1.1 数控加工中心组成结构及工作过程 (5)1.2 数控机床中PLC和NC的关系 (7)1.3 PLC在数控机床中的应用 (8)1.3.1PLC在数控机床中的应用形式 (9)1.3.2 PLC与数控系统及数控机床间的信息交换 (9)1.3.3 PLC与数控机床外围电路的关系 (10)2 刀库自动选刀系统 (11)2.1刀库自动选刀机械系统 (11)2.2 刀库选刀方式 (11)2.3驱动装置步进电机工作原理与控制 (13)2.3.1 步进电机工作原理和特性 (13)2.3.2 基于PLC步进电机的控制原则 (14)3 选刀控制的PLC 系统设计 (16)3.1三菱PLC及其原理 (16)3.1.1 PLC系统组成及各部分的功能 (16)3.1.2 PLC的基本工作原理 (18)3.2编程方法与规则 (20)3.2.1 编程要求 (20)3.2.2 编程方法 (21)3.3 CNC与PLC的通信 (22)3.4 PLC型号的选择分析 (22)3.5 PLC地址分配 (23)3.6 PLC接线 (24)3.6.1 PLC接线图 (24)3.6.2 PLC硬件接线 (25)4 换刀控制过程 (27)4.1换刀总过程 (27)4.2换刀程序过程 (28)4.2.1建立刀具库映像 (28)4.2.2换刀号输入 (28)4.2.3得出换刀号所在的刀座号 (28)4.2.4判断刀盘转动方向并得出控制刀盘转动脉冲数 (29)4.2.5发出脉冲以及控制指示灯 (29)4.3 三菱FX2N指令使用 (29)4.4程序流程图 (33)5 程序梯形图 (35)6 软件编程 (43)6.1 GX Developer的特点 (43)6.2 GX Developer的编程环境 (44)致谢 (46)参考文献 (47)毕业设计实物模型 (48)引言进入21世纪，我国机床制造业既面临着提升机械制造业水平的需求而引发的良机，也遭遇到加入WTO（世界贸易组织）后激烈的市场竞争压力。
基于PLC的交叉机械手自动换刀控制系统设计
基于PLC的交叉机械手自动换刀控制系统设计摘要随着工业自动化的快速发展和现代制造业不断升级，机械手在各种自动化生产中的应用越来越广泛。
交叉机械手是一种常见的自动化设备，在生产中常常需要进行换刀操作以满足不同加工需求。
本文针对交叉机械手换刀过程中的自动控制问题，基于PLC技术设计了一种自动换刀控制系统，该系统可以实现自动刀具选择、夹持、定位以及安全检测等功能。
通过实验验证，该系统具有良好的可靠性和实用性，为交叉机械手在生产中的应用提供了一种有效的自动化解决方案。
关键词：交叉机械手；自动换刀；PLC；控制系统；自动化1.引言机械手作为一种常见的自动化设备，在工业自动化中具有广泛的应用。
交叉机械手是机械手的一种，在生产中常用于料仓、流水线、装配线等场合。
交叉机械手不仅可以进行简单的搬运操作，还可以根据生产需求实现机械加工、喷涂、焊接等多种操作，具有很高的灵活性和生产效率。
在交叉机械手的操作中，经常需要进行换刀操作，以满足不同加工需求。
传统的手动换刀方式不仅操作复杂、效率低下，而且存在一定的安全隐患。
因此，设计一种自动换刀控制系统可以提高机械手操作的效率和安全性，在生产中具有重要的实用价值。
2.总体设计本文设计的自动换刀控制系统基于PLC技术，主要包括自动刀具选择、夹持、定位和安全检测等模块。
自动刀具选择模块由刀具（CNC）和工装（机械手）两部分组成。
当机械手需要执行换刀操作时，CNC会通过下发指令给机械手请求换刀，并根据生产需求选择相应的刀具类型。
选择完刀具后，CNC会将夹头停在安全位置等待机械手进行夹持操作。
自动夹持模块由机械手和夹持器两部分组成。
机械手首先选取夹具，然后将夹具升降到安全位置，调整夹持位置。
夹持器负责将刀具夹紧在夹具中，并保证夹紧力度适当。
夹持器的夹紧力度需要根据不同的加工需求进行调整，可以设置在PLC中进行。
自动定位模块由机械臂和传感器组成。
机械臂负责将刀具放置在正确的位置，并调整刀具位置。
基于PLC的自动换刀系统研究
库 ，本 系统采用 了盘式刀库，刀库容量 为六把刀 。 ２２ 刀具 选 择方 式分 析 － 目前 刀 具 选 刀 一 般 有 四种 控 制 方 式 ： 刀 套 编
具 、选 刀机构 、机 械 手 等几部 分 组成 。 刀库 的作用就是储备一定数量的刀具 ，机械手实 现 刀架上 刀具 的互换 。刀库一般是链式刀库和盘式刀
库 和 刀 架 的 高 度 差 ，还 可 以 避 免 干 涉 ；旋 转 步 进 电 机 带 动 中 臂 上 的 轴 转 动 以 实 现 机 械 手 换 刀 臂 在
（ 江苏大学 制造业信息化研究 中心 ，镇江 ２ ２ １ ） １ ０ ３
摘
要 ：随着社会进步和科学技术的发展 ，工业生 产逐步变成了自动化 、智 能化 的生产 方式。为了适应 生产的 需要 ，基于Ｐ ｏ的自动 换刀系统 应运而生 。本文分 析 了带刀库的 自动换 刀系统 的具体 ／ 换刀步骤 ，介绍 了采用ＰＬ 对其进行 控制的方法。 Ｃ
文献标识码 ：Ｂ
文 章 编 号 ：１ ０ — １４ ２ １ ） ６ ０ ５ ０ ９ ０ （ ０ ０ ０ ３ — ３ ０ ３ ０
关键词 ： 自动换 刀系 统 ； Ｐ Ｃ； 控制 Ｌ 中图分类号 ：Ｔ ２ ２ Ｐ ４
Ｄｏｉ ３ ６ ／ ． ｓ ． ０ －０ ４． Ｏ ． ６． ：１ ０． ９ ９ Ｊ ｉ ｎ １ ９ １ ｓ ０ ３ ２ １ ０ １ ０ ２
１底座 ． ２安装板 ． ３ 中臂 ． ４汽缸 ５换 刀臂 ． ６ 、７ 汽 缸
８手 爪部 分 ．
９ 轴 承 座 Ｉ 电机 架 Ｉ． 转 步进 电机 ． Ｏ １旋
基于PLC自动换刀系统设计说明书
华东交通大学理工学院课程设计说明书题目：基于PLC自动换刀系统设计姓名：刘刚李省吴芸高峰学号：306 312 314 302 班级: 09机电（3）班专业: 机械电子工程指导教师: 余宏涛目录一、摘要 (3)二、自动换刀系统机械设计 (4)2.1 数控卧式铣床的结构 (4)2.2 最优方案设计 (4)2.2.1刀库横移装置 (4)2.2.2刀库分度装置 (4)2.3刀库结构组成 (5)2.3.1 刀库装置主要技术参数 (5)2.3.2 刀库容量的确定 (5)2.4刀库驱动转矩的计算 (6)2.4.1 刀库分传动设计及计算 (6)2.4.2旋转部件转动惯量计算 (8)2.4.3刀库驱动转矩计算 (8)2.5选择电动机容量 (8)2.6刀库驱动转矩的校核 (9)2.7 直齿圆锥齿轮传动设计 (10)2.7.1齿轮疲劳强度设计 (10)2.8 气缸设计和选择 (11)2.8.1气缸的选择要点 (11)2.8.2气缸初选 (11)2.8.3 驱动力校核 (12)2.9丝杠传动工作台总体设计方案 (12)2.9.1工作台的尺寸设计 (12)2.9.2导轨类型设计 (12)2.9.3电机的选择 (12)2.9.4减速器的选择 (12)2.9.5联轴器和轴承的选择 (13)2.10工作台的设计 (13)2.10.1工作台外形尺寸及重量初步估计 (13)2.10.2工作台简图 (13)2.11导轨的设计 (13)2.11.1导轨材料和类型选择 (13)2.11.2导轨额定载荷的预算 (14)2.12丝杠的设计 (14)三、PLC控制硬件设计 (16)3.1 PLC简介 (16)3.2 自动换刀控制系统要求 (16)3.3 PLC型号的选择 (16)3.4 系统控制元件列表 (17)3.5 PLC的I/O地址的分配 (18)3.6 PLC程序梯形图 (18)3.7程序的调试 (19)四、心得体会 (20)五、参考文献 (21)一、摘要随着数控车床的发展，数控刀架开始向快速换刀、电液组合驱动和伺服驱动刀库方向发展。
基于PLC的换刀控制系统 精品
课程设计任务书专业姓名学号20098180开题日期：2012 年 5 月7 日完成日期：2012 年5月14 日题目换刀控制系统一、设计的目的一个零件一般都需要多工序的加工，而单功能的数控机床只能完成单工序的加工。
因此，在制造一个零件的过程中，大量的时间用于更换刀具上。
为了缩短非切削时间，自动换刀系统的作用就显得越来越重要。
这种自动换刀系统使生产过程自动化、连续化，使得一个复杂的、需要多种刀具切削加工的零件可以一次完成，节省了换刀所需要的时间，提高了加工效率，同时减少了多次安装造成的误差，可有效提高加工精度二、设计的内容及要求换刀机械手是实现自动换刀的主要机构。
换刀机械手由手爪、换刀臂、中臂、支架、底座、安装板、汽缸、步进电机等几部分组成。
机械手手爪，用来夹持刀具的刀柄；换刀臂上的伸缩缸在取刀和便防止机械手和刀库等发生干涉；手爪处的气缸放刀前后以及装刀和卸刀前后使用，以用来驱动完成手爪夹持刀具，保证转换刀具时的夹紧，防止脱落等；中臂上的汽缸用在装刀和卸刀时驱动机械手运动；支架上的汽缸用来弥补刀库和刀架的高度差，还可以避免干涉；旋转步进电机带动中臂上的轴转动以实现机械手换刀臂在刀架与刀库之间的来回摆动；底座，用来支撑整个机械手。
零部件之间全部采用螺栓连接的方式来固定。
本研究设计的机械手结构示意图如图11. 底座2. 安装板3.中臂4. 汽缸5. 换刀臂6、7汽缸8.手爪部分9. 轴承座10. 电机架11. 旋转步进电机三、指导教师评语四、成绩指导教师(签章) 硬件设计本设计的控制器采用日本三菱公司生产PLC，选用FX2N-32MR （见图4-1），FX2N系列是三菱PLCFX家族中先进的系列。
有高速处理及可扩展大量满足单个需要的特殊功能模块，灵活性和控制能力强，可扩展到256点。
三菱PLC编程叫采用编程软件GX-Developer，简单易懂。
三菱FX2N系列PLC的外形图刀库自动选刀系统分析1）首先按下PB1到PB6其中的一个按钮选择所需要的刀具。
自动换刀机械手结构设计及PLC控制研究 精品推荐
皖西学院本科毕业论文（设计）论文题目自动换刀机械手结构设计及PLC控制研究姓名（学号）武金鹏（2009011644）系别机械与电子工程学院专业机械设计制造及其自动化导师姓名翁志刚二〇一三年六月目录1、毕业论文正文2、皖西学院本科毕业论文（设计）任务书3、皖西学院本科毕业论文（设计）开题报告4、皖西学院本科毕业论文（设计）中期检查表5、皖西学院本科毕业论文（设计）指导教师意见表6、皖西学院本科毕业论文（设计）评阅教师意见表7、皖西学院本科毕业论文（设计）答辩记录表自动换刀机械手结构设计及PLC控制研究作者武金鹏指导教师翁志刚摘要：随着数控技术的应用与发展，零件加工的辅助时间大大降低了，极大的提高了生产效率。
伴随着科学技术的发展和生产力的提高，使数控机床发展成为机械加工中普遍应用的一种更先进的制造方法叫做加工中心。
大多数加工中心都带有能够自动换刀装置的换刀系统，并按照程序实现自动加工。
气动机械手具有简单的机构、动作灵敏、节能、环保、可靠性高、可实现无级调速等优点。
为了提高机械手的应用范围，让每一个机械手拥有不同的使用特性，所以对机械手的结构进行模块化设计。
特将其分为若干个模块，其包括：立柱、基座、手臂、手部、手腕等模块。
为了满足不同的使用特性和功能，我们可以通过选择不同的模块进行组合。
当产品的使用性能发生变化时，我们可以根据需要对部分模块进行修改或从新改造，这样即节省了设计成本，又提供了设计效率。
经过对机械手在结构和运动方面上的分析后，采用电气一气压伺服控制技术对机械手进行控制和驱动，气动执行元件根据电气控制信号的要求，驱动负载元件执行相应的动作。
根据实际需要，本系统采用三菱FX2N一PLC作为核心进行控制。
根据机械手的工作原理制定相应的控制方案，实现机械手的精确定位和无级变速。
关键词：自动换刀机械手、PLC、电气-气压伺服控制系统。
Research on Structure Design and PLC ControlOf Automatic tool change ManipulatorAbstract:.With CNC technology application and development of auxiliary parts processing time is greatly reduced, greatly improving production efficiency. With the development of science and technology to improve productivity and make CNC machining develop into a more universal application of advanced manufacturing method called machining centers. Most machining centers with automatic tool changer can A TC system, and follow the procedures for automatic processing. Pneumatic Manipulator has a simple mechanism, sensitive, energy-saving, environmental protection, high reliability, can realize stepless speed regulation and other advantages.In order to improve the application range of the robot, so that each robot has different usage characteristics, so the structure of the robot modular design. Special will be divided into several modules, including: columns, base, arms, hands, wrists and other modules. In order to meet different features and capabilities, we can choose a different module combinations. When product performance changes, we may need to make changes on the part of the module or re-transformation, so that the design cost savings, but also provides a design efficiency.After the manipulator on the structure and motion analysis, the use of electric servo control technology of the pneumatic manipulator control and drive, pneumatic actuators according to the requirements of the electrical control signal to drive the load element the appropriate action. According to actual needs, the system uses a Mitsubishi FX2N PLC as the core control. According to the working principle of the robot to develop appropriate control programs to achieve precise positioning of the manipulator and CVT.Key Words:Automatic tool change manipulator、Programmable Logic Controller、Electro-pneumatic servo orientation system.目录第1章绪论 (1)1.1、换刀械手概述 (1)1.2、选题背景 (1)1.3、设计目的 (1)第2章机械手总体设计方案 (3)2.1、机械手类型 (3)2.1.1、根据机械手的应用范围分类 (3)2.1.2、按机械手手臂的运动坐标型式分类 (3)2.1.3、按机械手的驱动方式分类 (4)2.2、机械手的坐标形式与自由度 (5)2.3、机械手工作过程及工步时间分配 (7)2.3.1、确定完成动作及顺序 (7)2.3.2、工步时间分配 (8)2.4、机械手的结构设计方案 (8)2.5、机械手的驱动方案 (9)第3章机械手的机械系统设计 (12)3.1、机械手伺服系统设计 (12)3.1.1、气动伺服系统设计 (12)3.1.2、电气伺服阀 (14)3.2、机械手执行机构设计 (16)3.2.1、机械手手部设计 (16)3.2.2、手臂结构设计 (17)3.2.3、基座结构设计 (20)第4章PLC控制系统设计 (22)4.1、机械手控制系统PLC的选择 (22)4.2、机械手的PLC控制系统的基本结构图 (23)4.3、机械手自动换刀系统的工作流程 (23)4.4、机械手自动换刀系统的原理 (24)4.5、PLC的硬件I/O接口原理图 (25)4.6、自动换刀系统PLC程序的设计 (26)4.6.1、编程软件 (26)4.6.2、PLC的控制流程图 (26)4.6.3、梯形图 (28)4.6.4、指令表 (29)致谢 (30)参考文献 (31)第1章绪论1.1、换刀械手概述换刀机械手是由集控制器、传感器和伺服驱动系统为一体的机电一体化产品，它模仿人的操作，可实现自动控制、重复编程、能够完成各种复杂的动作。
基于PLC的加工中心刀库换刀控制系统设计答辩演讲
课题的提出
现实表现
理论证明
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 需求不断增多
特别是在要求柔 性、大批高效生 产的汽车工业、 单件、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。
针对市场的需求 ，选择设计加工 中心的刀库控制 是符合市场的需 求的；plc控制具 有明显的优越性 ，它使用时间长 ，自动化水平高 ，安全性能好， 它是最可靠，使 用和灵用的方式
一、选题背景及意义
意义
采用加工中心制造，调试和维修一体化， 为加工制造的可靠运行提供了保证，可以省去 大量的时间和费用，从而使企业更有较强的竞 争力。 并且随着人口老龄化提前到来，近来在东 南沿海还出现了大量的缺工现象，迫切要求我 们提高劳动生产率，降低工人劳动强度，提高 我国工业自动化水平，将加工中心应用在工业 自动化生产线，实现自动化生产，减轻产业工 人大量重复劳动，提高劳动生产率。
三、加工中心刀库的系统设计方案
1、工作原理
建立映像 当前刀座号 输入换刀号 对应刀座号
结束
刀盘转动
比较刀座号
2、加工中心自动换刀装置的主要类型
刀库是存储刀具的装置，常见的刀库主要有以 下几种形式； （1)盘式刀库 （2）转塔式刀库 （3）链式刀库
3、刀具的选择方式
（1)固定换刀 固定换刀是在刀具不多的情况采用，换刀时 候，先返还刀具，然后取用刀具。刀具号和刀套 号是固定的，不需刀具检索，取用后返还到原来 的刀套上。 （2)随机换刀 当自动换刀时，刀库旋转，刀具都经过“刀 具识别器”接受识别，因而刀具可在不同工序中 使用，换下的刀具不必放回原刀座，刀库的容量 可以相应减少。
基于PLC控制的加工中心随机换刀方式研究
在随机换刀控制中，换刀的位置是随机的，刀具选 择指令与刀套编号无关，是随机变动的，指令仅以刀具 自身的直接编号为目标。这种换刀方式在新刀取出 后，刀具不需转动，可立即随机存人原先使用的刀具， 即换刀、存刀一次完成，缩短了换刀时间。图１是以刀 套编码的Ｔ功能处理示意。
Ｔ刀号库
弦熬 码
表１ ＰＬＣ输入／输出及内部继电器地址分配
序号
输入
输出
数据
内部继电器
ｌ １０．Ｏ一刀具检测 Ｑｏ．０一正转 ＶｗＯｌＯ一现值 Ｍ０．Ｏ—换刀命令
２ １０．１一复位按扭 Ｑｏ．１一反转 ＶＷ０１２一设定值 瑚．１一启动微分
３
Ｑｏ．２—减速 ＶＷ０１４—差值 Ｍｎ ２一复位微分
４
Ｑｏ．３—停车
啪．３一正转标志
别令
图１ Ｔ功能处理示意
数控系统发出Ｔ代码换刀指令给ＰＬｃ，经译码后 在数据表中检索，找到代码指定的新刀号所在的数据
现代村艚工舞２ＤＷ ｆ８ Ｊ
万方数据
表地址，并与现行刀号比较，如果不符，则将刀库回转 控制信号送至刀库控制系统，直至定位到新刀号位置， 刀库才停止回转，并准备换刀。
三、刀库换刀定位控制
设备设计与维修
基于ＰＬＣ控制的加工中心随机换刀方式研究
口裴旭明张东初邓红霞
摘要基于西门子ｓ７－２００ＰＬｃ控制器，研究现代加工中心随机换刀方式的实现方法，通过编程方式着重介绍刀库定位的
控制过程，同时给出相应的控制流程图和梯形图程序。
关键词：加工中心随机换刀ＰＬＣ控制实现方法
中图分类号：哪９３ 文献标识码：Ａ文章编号：１６７ｌ—３１３３（２００４）０８—００８３—０２
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浅谈基于PLC的刀库自动换刀控制系统设计
浅谈基于PLC的刀库自动换刀控制系统设计
蒋继红;殷红梅;刘晓宇;朱洪亮
【期刊名称】《中国设备工程》
【年(卷),期】2024()5
【摘要】本文主要以圆盘刀库的机械手自动换刀控制器为主要工作目标,通过采用可编程控制器,完成了对圆盘刀库的旋转选刀、刀套翻转送刀和机械手旋转换刀程
序等的自动控制。
本文还着重介绍了刀具库中刀具手动转换控制器的基本构造、工作原理、硬件构成、软件设计等。
通过全新的换刀更换体系,可使其换刀效率大为
提高,进而获得较好的企业效益。
经实践运用证明,这种方式具有系统全面、见效快、使用广泛的优点,各部门都可进行需要的操作,能充分满足加工中心的需要。
【总页数】3页(P144-146)
【作者】蒋继红;殷红梅;刘晓宇;朱洪亮
【作者单位】江苏电子信息职业学院;涟水思麦柯动力机械有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】TG659;TP273
【相关文献】
1.加工中心盘式刀库自动换刀控制系统设计
2.基于PMAC的加工中心斗笠式刀库
自动换刀控制系统的研究3.盘式伺服刀库自动换刀控制系统设计4.基于PLC的刀
库自动换刀控制系统设计5.基于PLC的刀库自动换刀控制系统设计
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[5]
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。 2.2.4 随机选刀方式
这种方式主要由软件完成选刀, 消除了由于识 别装置的移动性和可靠性所带来的选刀误差,大大 提高了选刀精度并简化了控制装置。目前该种选 刀方式正被越来越多的各类数控机床自动换刀装 置采用。本文采用 PLC 技术, 研究了带有 6 把刀的 随机换刀方式的控制方法[4]。即：PLC 接收到计算 机数控装置( CNC) 发来的刀号指令, 即进行选刀工 作,刀库在步进电机的带动下转动, 一旦选刀成功, 就将该刀送至指定的刀具交换位置上,等待换刀。 在这个过程中, 需要应用 PLC 完成的自动控制主要 包括接收新刀号、计算目标地址、确定刀库回转 方向及回转角度等。在刀库刀具的安装位置上装 有到位信号灯, 刀库回转经过时, 会产生一个脉冲
[2] 王润孝.机床数控原理与系统[M].西安:西北工业大学出 版社,2000.
[3] 程玉华.西门子.S7—200 工程应用实例分析[M].北京:电 子工业出版社,2007.
[4] 李佳.数控机床及应用[M].北京:清华大学出版社,2002. [5] 戚洪利.自动换刀装置及其控制的研究[J].兰州理工大学,
[7] PMAC/PMAC2 SOFTWARE REFERENCE MANUAL, DELTA TAU Data System, Inc.
[8] Accessory 34AA USER MANUAL, DELTA TAU Data System, Inc.
[9] 沈健,陈心昭,朱树敏.振动进给与脉冲电流电解加工的工 艺特性[J].农业机械学报 2002(03):110-114.
刀时驱动机械手运动；支架上的汽缸用来弥补刀 库和刀架的高度差，还可以避免干涉；旋转步进 电机带动中臂上的轴转动以实现机械手换刀臂在 刀架与刀库之间的来回摆动；底座，用来支撑整 个机械手。零部件之间全部采用螺栓连接的方式 来固定。本研究设计的机械手结构示意图如图 1。
刀库自动换刀实施步骤：当一个加工工序完 成 后， 将不 用的 刀具 从 刀架 上卸 下来 送回 刀库 中，同时还将下道工序的刀具装入刀架中，然后
1 刀库自动换刀具体实施
换刀机械手回到原始位置等待下一个工作循环。 即利用 PLC 控制步进电机的转动来实现角位移和控 制电磁阀的通断，步进电机的转动来驱动机械手 臂的左右旋转和驱动刀库的旋转，电磁阀驱动气 缸的升降和伸缩，升降运动来控制机械手手臂的 上升和下降，伸缩运动来控制机械手手臂的伸长 和收缩 [3] 。
【上接第 36 页】
灯发亮，机械手开始换刀。 3）换刀过程中，其他换刀请求均无效。换刀
完毕，记录当前刀号，等待下一次换刀请求。 程序设计说明： 1）记录当前刀号。当 1 号刀具处于机械手位
置时，ST1 动作，所对应的到位行程开关闭合，将 数据 1 传入至数据寄存器 VW0 中；当 2 号刀具处于 机械手位置时，ST2 动作，所对应的到位行程开关 闭合，将数据 2 传入至数据寄存器 VW0 中。以此类 推，记录当前刀号。
3）当内部寄存器置位后，比较指令使得： （1）如果寄存0-VW2，运算结果存入 VW6 中，然后将 VW6中的数据在下一逻辑行中进行比较。若 VW 6 ﹥3，则刀库离请求刀号逆转方向最近，步进电机 到东刀库逆转。若 VW6=3，则刀库离请求刀号顺 转方向最近；同理，若 VW6﹤3，则电动机带动刀 库顺转。 （ 2）如果寄存器数据 VW0=VW2，则到位指 示灯亮，机械手开始取刀。 （3）如果寄存器数据 VW0﹤VW2，直接相减
基于 PLC 的自动换刀系统研究
Research of automatic tool changer system based on PLC
牛军燕，顾寄南
NIU Jun-yan, GU Ji-nan
（江苏大学 制造业信息化研究中心，镇江 212013） 摘 要：随着社会进步和科学技术的发展，工业生产逐步变成了自动化、智能化的生产方式。为了适应
1. 底座 2. 安装板 3.中臂 4. 汽缸 5. 换刀臂 6、7 汽缸 8.手爪部分 9. 轴承座 10. 电机架 11. 旋转步进电机
图 1 机械手结构示意图
2 刀库自动选刀系统分析
2.1 刀库自动选刀系统概述 本研究设计的带 刀库的换刀装置由刀库、刀
具、选刀机构、机械手等几部分组成。 刀库的作用就是储备一定数量的刀具，机械手实
现刀架上刀具的互换。刀库一般是链式刀库和盘式刀 库，本系统采用了盘式刀库，刀库容量为六把刀。 2.2 刀具选择方式分析
目前刀具选刀一 般有四种控制方式：刀套编
收稿日期：2009-08-13 作者简介：牛军燕（1984－），女，河南安阳人，硕士研究生，研究方向为机械设计及理论。
第 32 卷 第 6 期 2010-6 【35】
2007. [6] 裴旭明,张东初,邓红霞.基于控制的加工中心随机换刀方
式研究[J]. 现代制造工程,2004(8). [7] 罗宇航.流行 PLC 实用程序及设计(西门子 S7-200 系
列).西安：西安电子科技大学出版社,2006.
第 32 卷 第 6 期 2010-6 【87】
是一个负数，结果出错，因而将 VW0 加上刀具总 数 6 后减去 VW2，将得出的数据在下一逻辑行中比 较。重复以上的过程，最后使得 VW0= VW2，机 械手进行取刀操作 。
4 结束语
基于 PLC 的自动换刀系统将充分发挥现有数控 设备的功能，节省人工换刀时所需要的时间，提 高车间的生产效率，同时能够实现一次装夹完成 多道工序，缩短了生产准备时间。该控制方案主 要适用于盘式刀库换刀控制，也可供制造大容量 刀库参考应用。
表 1 刀库部分选择 PLC 的输入输出分配表
图 2 换刀流程图
3.2 刀库的自动控制过程 1）初始状态时，PLC 记录当前刀号。 2）当按下按钮 SB1～SB6 中的任意一个时，
PLC 记录该刀号，然后刀盘按照离请求刀号最近的 方向转动。转盘转动到达刀具位置时，到位指示
【下转第 87 页】
[3] 李淑萍,崔延.基于 PMAC 的电火花成型加工机床控制系 统的研究[J].苏州大学学报(工科版)2007(12):38-41.
换刀机械手是实现自动换刀的主要机构。换 刀机械手由手爪、换刀臂、中臂、支架、底座、 安装板、汽缸、步进电机等几部分组成。机械手 手爪，用来夹持刀具的刀柄；换刀臂上的伸缩缸 在取刀和放刀前后以及装刀和卸刀前后使用，以 便防止机械手和刀库等发生干涉；手爪处的气缸 用来驱动完成手爪夹持刀具，保证转换刀具时的 夹紧，防止脱落等；中臂上的汽缸用在装刀和卸
生 产的需要， 基于 PLC 的自动换刀 系统应运 而生。本文 分析了带 刀库的自动 换刀系统 的具体
换刀步骤，介绍了采用 PLC 对其进行控制的方法。
关键词： 自动换刀系统； PLC； 控制
中图分类号：TP242
文献标识码：B
文章编号：1009-0134(2010)06-0035-03
Doi: 10.3969/j.issn.1009-0134.2010.06.12
[4] 王强,罗学科,谢富春.基于 PMAC 的开放式数控系统在 全
自动打胶机中的应用[J].机电工程技 术,2006(02):85-87. [5] 陈松敏,康敏.基于 PMAC 卡的数控超声加工控制系统开 发[J].现代制造工程 2008(02):61-63.
[6] PCOMM32PRO SOFTWARE REFERENCE MANUAL, DELTA TAU Data System, Inc.
[6]
信号至 PLC,来确定是否到达目的位置 。换刀流 程如图 2。
3 选刀自动控制系统设计
3.1 刀库选择控制方案 刀库有六把刀组成，按钮 SB1～SB6 分别为六
【36】 第 32 卷 第 6 期 2010-6
种刀具选择按钮；ST1～ST6 分别为六种刀具的到 位行程开关。在设计 PLC 程序之前，必须先定义好 输入输出号。定义的输入输出号如表 1 所示：
今后本课题组将要进一步研究实现机床上嵌入 式控制器与自动换刀系统的无线通信技术。这种通 信技术具有良好的灵活性和移动性且安装便捷、故 障定位容易等优点。最终形成连线安装简单、易于 查错、容易控制且定位准确的自动换刀系统。
参考文献：
[1] Jeong,Y.H.1;Tae,H.2 ;Min,B.-K.1;Cho,D.-W.3Virtual automatictool changer of a machining centre with a real-time simulation. International Journal of Computer Integrated Manufacturing, 2008,21(8):885-894.
码方式、顺序选刀方式、刀具编码方式、随机换 刀方式[4] 。 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。这种方法有利于 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，这样降低了刀具和刀库的 利用率。 2.2.3 刀具编码方式
0 引言
一个零件一般都需要多工序的加工，而单功
能的数控机床只能完成单工序的加工。因此，在 制造一个零件的过程中，大量的时间用于更换刀 具上。为了缩短非切削时间，自动换刀系统的作 用就显得越来越重要 [1] 。这种自动换刀系统使生产