数控加工中心自动换刀系统设计

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数控铣床自动换刀化改造(刀库式加工中心)

第一章绪论1.1 数控设备的发展历史>第一代数控系统：1952年至1959年，采川电子管元件。

>第二代数控系统：1959年开始，采刖晶体管元件。

>第三代数控系统：1965年开始，采川集成电路。

>第四代数控系统：1970年开始，采刖人规模集成电路及小型通用计算机。

>第五代数控系统：1974年开始，采用微处理机和微型计算机。

1.2 自动换刀系统的意义从换刀系统发展的历史米看，1956年日本富士通研究成功数控转塔式冲床，美国IBM公司同期也研制成功了“APT”（刀具程序控制装置）。

1958年美国K&T公司研制出带ATC(自动刀具交换装置)的加工中心。

1967年出现了FMS（柔性制造系统）。

1978年以后，加工中心迅速发展，带有ATC装置，可实现多种工序加工的机床，步入了机床发展的黄金时代。

1.1.1 加工中心加工中心机床的出现，加之CAD技术、信息技术、网络控制技术以及系统工程学的发展，为单机数控自动化向计算机控制的多机制造系统自动化方向发展，创造了必要的条件．计算机群控系统即直接数控(Direct NC-DNC)系统，就是这一发展趋向的具体体观。

DNC系统使用一台较大的计算机，控制与管理多台数控机床和数控加工中心，能进行多品种、多工序的加工。

加工中心机床配备有装载多把刀具的刀具库，有自动更换刀具的功能，一次装夹中可以完成钻、镗、铣、铰等工序，特别适用于箱体类零件的多面、多工序加工。

它能完成车削加工的同时，兼有铣、镗、钻孔、攻丝等功能。

1.1.2 柔性制造单元柔性制造单元(FMC)是由中心控制计算机、加工中心与自动交换工件(AWC，APC)装置所组成。

工件一次装夹后可在柔性制造单元中的加工中心上加工，使得加工的柔性（可编程性）、加工精度和生产效率更高。

在柔性制造单元中，中心控制计算机负责作业调度、自动检测与工况自动监控等功能。

工件装在自动交换工件装置（工作台）上在中心控制计算机控制下传送到加工中心上加工；加工中心接收中心控制计算机传送来的数控程序进行加工，并将工况数据送中心控制计算机处理，如工件尺寸自动检测和补偿，刀具损坏和寿命躲控等。

加工中心自动换刀系统设计(盘式)

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…………………………………………………………2.4.2蜗杆轴的结构设计………………………………………………2.4.3蜗轮轴的结构设计………………………………………………2.4.4轴系零、部件的校核………………………………………………3.刀库结构设计………………………………………………………………3.1刀盘设计………………………………………………………………3.2刀库设计………………………………………………………………4.液压系统的设计……………………………………………………………4.1液压缸的载荷计算…………………………………………………4.2液压缸的主要参数计算……………………………………………结论…………………………………………………………………………………致谢…………………………………………………………………………………参考文献…………………………………………………………………………前言目前机床发展的主要趋势是加工中心，其在机械制造业中得到了大规模的应用，而且加工中心还在不断地向高速化、高效率、高精度的目标发展着，在机床结构方面，多轴化、复合加工等方面的创新也日趋活跃。

FANUCOiMD数控系统斗笠式刀库实现自动换刀

如附图ｅ所示，进行抓刀动作。主轴刀具夹紧。夹紧传感器Ｄ发出确认信号。
Ｎ１Ｍ９９
％
（换刀结束，返回主程序）
（２）ＰＭＣ与ＮＣ程序的配合。斗笠式刀库实现自动换刀是ＰＭＣ与ＮＣ程序的配合来完成的。
ＰＭＣ在整个换刀过程中主要控制刀库的正／反
转、刀库的前进／后退、松刀／紧刀阀的动作以及换刀动作顺序。主轴的上升、下降和定位都是由
ＮＣ系统程序控制的。
（８）刀库向远离主轴中心位置侧平移如附图ｆ
所示，直￣ＪＩＰＬＣ接收到传感器Ａ发出的反馈确认信
步。
斗
换取，根据刀库选取的不同，换刀系统的控制方式也不同。加工中心常用的刀库有斗笠式、凸轮式、链条式等，斗笠式刀库是加工中，Ｏｌ：ｋ较常见的一种换刀装置，换刀过程简单，体积小、安装方便、易于控制和维护等优点，因此在中小型加工中心上得到了广泛的应用。但对刀库的定位要求高，而且在换刀过程中需要轴配合其动作，而ＰＬＣ是无法直接参与数控轴的控制。基于ＦＡＮＵＣ０ｉＭＤ数控系统利用ＮＣ宏程序可以把轴控制与ＰＭＣ控制有机地结合，它可以按一定的逻辑控制ＰＭｃ和进给轴，从而实现包含轴移动的换刀控制。在本文中，笔者结合
后，这时刀库转动，当目标刀具对正主轴正下方时，主轴下移，使刀具进入主轴锥孔内，刀具夹紧后，刀库退回原来的位置，换刀结束。刀库具体动作过程如下：

数控加工中心自动换刀系统的研究

数控加工中心自动换刀系统的研究郑新武;章明众;李春木;李寅;陈永明【摘要】自动换刀系统( ATC)包括刀库机构、换刀机构以及控制系统3个部分,是加工中心的重要组件之一.为了解决数控加工中心自动换刀速度慢、稳定性低及控制系统编程复杂等问题,将一种软件式内置PLC技术应用于自动换刀系统中.在分析自动换刀系统的基本结构、工作原理以及研究圆盘刀臂式自动换刀系统的控制流程的基础上,结合ServoWorksCNC技术,开发了适用于各种自动换刀机构的PLC程序以及宏程序.最后,将所开发的控制系统应用于YY-1060立式加工中心,其在4s～6s内可完成整个换刀过程.研究结果表明,换刀过程快捷、准确、可靠,完全能够满足使用的要求.%The automatic tool changer(ATC),which includes a magazine,a tool changer and a control system,is one of the key components of the machining center (MC). General issues of theATC,however,are its slowness and low stability during tool changes and the complexity of control system programming. To solve those problems,one type of software and its internal PLC technology were investigated. Based on an analysis of the fundamental structure and operating principle of the ATC system and a research of the control procedure of the "disc with arm"-type ATC, the PLC program and macro programs combined with Servo Works CNC technology were developed. Finally, it was shown that the newly designed control system can complete the whole process of changing tools in 4 to 6 seconds on the YY-1060 vertical MC. The results indicate that the process is rapid, accurate and reliable enough to completely meet the practical requirements.【期刊名称】《机电工程》【年(卷),期】2011(028)012【总页数】4页(P1457-1460)【关键词】加工中心;自动换刀;可编程逻辑控制器【作者】郑新武;章明众;李春木;李寅;陈永明【作者单位】厦门大学机电工程系,福建厦门361005;厦门大学机电工程系,福建厦门361005;厦门大学机电工程系,福建厦门361005;厦门大学机电工程系,福建厦门361005;厦门大学机电工程系,福建厦门361005【正文语种】中文【中图分类】TG71;TH39;TD2730 引言利用刀库（MAG）实现自动换刀是目前加工中心大量使用的换刀方式，独立的刀库大大增加了刀具的存储数量，有利于扩大机床的功能，并能较好地隔离各种影响加工精度因素的干扰[1]。

加工中心的自动换刀系统

加工中心自动换刀系统
加工中心自动换刀装置
一、加工中心自动换刀装置的类型 1.转塔式更换主轴换刀装置（1）脱开主轴传动（2）转塔头抬起（3）转塔头转位（4）转塔头定位（5）主轴传动重新接通
加工中心自动换刀装置
加工中心自动换刀装置
加工中心自动换刀装置
一、加工中心自动换刀装置的类型 2.成套更换式（1）更换转塔（2）更换主轴箱（3）更换刀库
六、几种典型换刀过程 1、无机械手换刀
加工中心自动换刀装置
加工中心自动换刀装置
六、几种典型换刀过程 2、机械手换刀
加工中心自动换刀装置
六、几种典型换刀过程 3、带刀套机械手换刀
加工中心自动换刀装置
加工中心自动换刀装置
二、加工中心刀库形式 2.链式刀库
加工中心自动换刀装置
二、加工中心刀库形式 3.格子式刀库
加工中心自动换刀装置
二、加工中心刀库形式 3.格子式刀库
加工中心自动换刀装置
三、加工中心刀库结构
加工中心自动换刀装置
三、加工中心刀库结构
加工中心自动换刀装置
四、JCS-018A加工中心机械手结构 2、机械手抓刀部分的结构
五、其他类型机械手 2、两手互相垂直的回转式单臂机械手
加工中心自动换刀装置
五、其他类型机械手 3、两手平行的回转式单臂机械手
加工中心自动换刀装置
五、其他类型机械手 4、双手交叉式机械手（1）机械手移动到机床主轴处-卸装刀具（2）机械手移动到刀库处送回卸下的刀具
加工中心自动换刀装置
加工中心自动换刀装置
加工中心自动换刀装置
四、JCS-018A加工中心机械手结构 2、机械手抓刀部分的结构
பைடு நூலகம் 加工中心自动换刀装置

基于PLC的加工中心刀库换刀控制系统设计

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 Design[ 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。

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（上海大学ＣｌＭＳ和机器人中心，海２０７）上００２
ＤｅｉｎｏｕｏｍａｉｏｌｈｎｅｏｔｏｙｔｍｏｒｓｇｎａｔｔｔｏａｇｒｎｒＩｓｅｆｃｉｅｃｎｅｃｃｃｓｍａｈｎｅｔｒ
第５期２１年５月０１
文章编号：０１３９（０）５０３— ３１０ — ９７２１０ — １７０１
机械设计与制造
ＭａｈｎｒＤｅｉｎｃｉｅｙｓｇ＆Ｍａｕａｔｒｎｆｃｕｅ１７３
加工中心盘式刀库自动换刀控制系统设计米
０々∽ ０ ∽ ０ ∽ ∽ ∽ ＇∽ ∽ ０々∽ ０ ∽ ６ ∽ ∽ ∽ ０＇∞ ０ ∽ ● ∽ ０＇ ∽ ０ ∽ 々０々∽ ６０∽ ：５０々０： ∽ ∽ 々０００ ∽ ０ ∽ ｏ ∽ ０ ∽ 々０００００００ ∞ ∽ ６ｅ
中图分类号：Ｈ１，Ｐ７＋４文献标识码：Ｔ６Ｔ２１．Ａ
１引言
．
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目。为了填补市场的空白，台自主研发制作的微型立式加工中心应运而生。加工本中心工作台采用 — ｙ双向精密数控工作台；以进行Ｘ、Ｚ三可Ｙ、个方向的进给；配装自动换刀系统，可以完成铣、、、、、钻扩铰锪攻丝等多种加工工序，体积小、紧凑，结构不但可满足本科实验教学的需要，还能进行小型板类、盘类、叉架类和箱体类等复杂零件的多品种中小批量加工。整体结构，如图１所示。加工中心的关键技术在于自动换刀系统装置。针对自主研发制作的微型立式加工中

基于802DSL数控系统斗笠式刀库自动换刀程序设计

须用系统变量编程。（）统变量￥Ａ— Ｂｎ，节型；￥Ａ— ４系ＤＢ［］字
位
位
一
２；）
一
Ｔ７储存主轴还刀刀位临时值；Ｍ［］
Ｔ０Ｍ［］表示刀库旋转找刀的３种情况。刀库就近找刀３种情况及其刀位差一ＳＲ［］ＺＦ０的
Ｖ４０００说明任务已完成。固定循环一旦发现￥Ｂ９００１
Ａ
—
（）刀：３换主轴上有刀具，先将主轴上刀具还回刀库原来位置上，将目标刀具取到主轴上。再斗笠式刀库采用固定刀位管理，具号与刀库刀刀位号相同，了使用方便，为我们对程序设计提出３点要
Ｄｅｉｎｏｕｏａｉｔｏｈｎｅｐｏｒｍｏｒｅｓｔｐｓｇｆｔｍｔｏｌａｇｒｇａｆｒａｍｌｓｙｅａｃｃ
ＡＴＣｂｓｄｏ０ａｅｎ８２ＳＬＣＮＣｓｓｅＤｙｔｍ
Ｋｙｏｄ：ｒｌｓＤｕｉｙｅＡｅ；ｒｇａａｌＬｇｃＣｎｒｌｒＵｅａ；ＳｓｍＶｒｂｅＡｔｍｔｅｗｒｓＡｍｅ（ｏｌｓ）ＴｐＴＰｏｒｍｍｂｅｏｉｏｔｌ；ｓｒＤｔｙｔａａｌ；ｕｏａｃｏｅａｅｉｉ
２００９
孙德茂）（收稿日２１－０２）期：１１—００
如果您想发表对本文的看法。请将文章编号填入读者意见调ｒＮｅｎａ

毕业设计任务书-数控加工中心的自动换刀装置

陕西科技大学毕业设计（论文）任务书机电学院机械设计制造及其自动化专业机械056 班级学生：题目：数控加工中心的自动换刀装置毕业设计（论文）从2009年 2 月18 日起到2009年6 月15日课题的意义及培养目标：数控车削中心转塔动力刀架设计使学生将所学的知识系统化，并得到扩大和补充，将理论和实践结合，不仅使学生学会独立解决实际工程技术问题的初步技巧，培养学生的调研能力以及正确进行设计计算的能力，还使学生能够用图纸和说明书来表达设计思想和结果，此外还大大培养了学生的创新意识。

毕业设计是大学学习阶段最后也是最为重要的环节，这对学生走入社会提供了一次很好的锻炼机会。

设计（论文）所需收集的原始数据与资料：1、数控车削中心各部分组成及要求2、工位数：8工位（卧式）3、机械设计手册4、机械设计5、重复定位精度6、换刀时间7、加紧力课题的主要任务（需附有技术指标分析）：1、五张左右的A0图纸工作量，包括：（1）数控车削中心结构简图（2）刀架总装配图（3）刀架传动系统总图（4）刀架行星轮系、多齿盘等部件、零件图（5）刀架电气控制原理图及接口电路图2、完成1.5万~2万字的毕业设计说明书。

设计（论文）进度安排及完成的相关任务（以教学周为单位）：周次设计（论文）任务及要求第1周熟悉、理解毕业设计题目，查找、借阅各种参考资料第2、3周毕业实习收资，继续搜集与设计课题有关的素材，整理书写实习报告第4-10周总装图、部件装配图第11-15周部分零件图及电器控制图第16周整理书写毕业设计说明书第17周答辩准备及预答辩学生签名：日期：指导教师：日期：教研室主任：日期：。

自动换刀装置的形式---回转刀架换刀

8.4.1 自动换刀装置的形式自动换刀装置是加工中心的重要执行机构，它的形式多种多样，目前常见的有以下几种。

1．回转刀架换刀数控机床使用的回转刀架是最简单的自动换刀装置，有四方刀架、六角刀架，即在其上装有四把、六把或更多的刀具。

回转刀架必须具有良好的强度和刚度，以承受粗加工的切削力：同时要保证回转刀架在每次转位的重复定位精度。

图8-17为数控车床六角回转刀架，它适用于盘类零件的加工。

在加工轴类零件时，可以用四方回转刀架。

由于两者底部安装尺寸相同，更换刀架十分方便。

图8-17 数控车床六角回转刀架1－活塞2－刀架体3、7－齿轮4－齿圈5－空套齿轮6－活塞8－齿条9－固定插销10、11－推杆12－触头回转刀架的全部动作由液压系统通过电磁换向阀和顺序阀进行控制，它的动作分为4个步骤：(1)刀架抬起当数控装置发出换刀指令后，压力油由a孔进入压紧液压缸的下腔，活塞1上升，刀架体2抬起，使定位用的活动插销10与固定插销9脱开。

同时，活塞杆下端的端齿离合器与空套齿轮5结合。

(2)刀架转位当刀架抬起后，压力油从c孔进入转位液压缸左腔，活塞6向右移动，通过联接板带动齿条8移动，使空套齿轮5作逆时针方向转动。

通过端齿离合器使刀架转过60º。

活塞的行程应等于齿轮5分度圆周长的1/6，并由限位开关控制。

(3)刀架压紧刀架转位之后，压力油从b孔进入压紧液压缸上腔，活塞1带动刀架体2下降。

齿轮3的底盘上精确地安装有6个带斜楔的圆柱固定插销9，利用活动插销10消除定位销与孔之间的间隙，实现反靠定位。

刀架体2下降时，定位活动插销10与另一个固定插销9卡紧，同时齿轮3与齿圈4的锥面接触，刀架在新的位置定位并夹紧。

这时，端齿离合器与空套齿轮5脱开。

(4)转位液压缸复位刀架压紧之后，压力油从d孔进入转位液压缸的右腔，活塞6带动齿条复位，由于此时端齿离合器已脱开，齿条带动齿轮3在轴上空转。

如果定位和夹紧动作正常，推杆11与相应的触头12接触，发出信号表示换刀过程已经结束，可以继续进行切削加工。

加工中心自动换刀装置的设计

加工中心自动换刀装置的设计
黄泽正，刘冲，陈志辉
（中国地质大－９武汉研究生院，湖北武汉４３００７４）
摘要：介绍了加工中心自动换刀装置结构的部分设计，并利用单片机实现自动换刀过程。
（１）利用单头蜗轮蜗杆传动实现刀库的旋转，此传动机构在使用中可随时调整蜗轮蜗杆的传动间隙实现准确的转位分度，保证刀库工作的可靠性。蜗轮蜗杆的传动比为４８：ｌ，８把刀成数量级比例，方便软件编程控制以达到刀盘旋转的准确定位。
关键词：自动换刀装置；单片机；设计
中图分类号：ＴＧ６５９
文献标识码：Ａ
０引言
２Ｏ世纪９Ｏ年代以来，数控加工技术得到迅速的普及和发展，数控机床在制造业得到了越来越广泛的应用。带有自动换刀系统的数控加工中心在现代先进制造业中起着愈来愈重要的作用，它能缩短产品的制造周期，提高产品的加工精度，适合柔性加工。
当主轴上有刀时，即第二次接受到要求换刀及需要几号刀的信号后，刀库快进到主轴位置。首先判断此
收稿日期；２００６—０９—１９作者简介：黄泽正（１９７７），男，湖北大冶人，硕士研究生。
维普资讯
加工中心的自动换刀装置，能使加工中心在工件一次装夹中完成多种甚至所有加工工序，它能缩短辅助时间，减少多次安装工件所引起的误差，提高产品的加工精度。自动换刀装置将满足换刀时间短、刀具重复定位精变高、刀具储存量足够、刀具占地面积小以及安全可靠等要求。

加工中心自动换刀控制系统毕业设计

摘要机床的发展与应用，大大降低了零件加工的辅助时间，极大的提高了生产率。

随着数控机床的普及应用，机械加工的自动化程度大大提高，数控机床发展成了当今普遍应用的一种更新、更先进的制造设备即加工中心。

加工中心带有刀库和自动换刀装置，能对工件按预定程序进行多工序加工的高度自动化的多功能的数字控制机床。

自动换刀装置应当满足换刀时间短、刀具存储量足够、刀具的安置空间小以及安全可靠等基本要求。

加工中心的关键在于CNC对刀库的自动选刀和刀库、机械手与主轴间的自动换刀，加工中心出现故障80%都在上述方面本课题就是针对现有的自动换刀装置进一步减少换刀时间，利用PLC对刀库的选刀控制和刀库、机械手与主轴间的自动换刀控制以及刀库精确定位。

利用PLC控制液压传动机构，使液压传动更加稳定和精确。

关键词：ATC，刀库，PLC，自动选刀，液压传动AbstractWith the development of NC, the automatic tool changer system is More and moreimportant in the modern advanced manufacture, because the ATC can shorten the cycle time of produ ct manufacturing, improve the precision of product machining. The latestrequirements of machine tool user comprise of diversification of control object,complexity of process, flexible of application and high reliability.The function of tool magazine is that stores the tool and moves the tool which will be used in the n ext manufacturing process to the right changeover position and robot willfinish the change over tool When the tool magazine's capacity is so big and the distance of tool position is more far away the principal axis, there need the tool exchanging unitto implement the changeover work between the principal axis and tool magazine. Theframework of this function include the robot, tools rotation station and changeov er robot. PLC control the use of hydraulic transmission, made hydraulic transmission to morestable and accur ate.Key words: ATC，tool magazine，PLC，tool exchange at random，Hydraulic transmissionII目录第一章绪论 (1)1.1 国内外数控机床的发展情况 (1)1.1.1 国内外数控机床的现状 (1)1.1.2 数控机床发展趋势 (2)1.2 可编程控制技术的现状及发展情况 (3)1.2.1 可编程控制器的特点 (3)1.2.2 可编程控制器的应用 (4)1.2.3 可编程控制器的发展趋势 (6)1.3 本文的主要研究意义与内容 (7)第二章机械手的自动换刀装置研究 (8)2.1 数控机床自动换刀装置的主要类型、特点及适用范围 (8)2.1.1 自动回转刀架 (8)2.1.2转塔头式换刀装 (9)2.1.3带刀库的自动换刀系统 (9)2.2ATC的作用及其组成 (10)2.2.1 ATC的作用 (10)2.2.2 ATC的主要组成 (10)2.3 加工中心机械手自动换刀过程 (13)第三章PLC控制系统设计 (16)3.1 PLC机型的选择 (16)3.1.1 CPU的能力 (16)3.1.2 I/O点数 (16)3.1.3 响应速度 (17)3.1.4 指令系统 (17)3.1.5 机型选择的其它考虑 (18)3.2 PLC控制系统设计 (18)3.2.1 本机I/O与扩展I/O的地址分配 (18)3.2.2 电器的选择 (20)3.3 PLC外部接线图设计 (21)3.4 应用S7-200编制梯形图 (25)第四章液压传动部分的设计 (28)4.1 液压传动系统的特点 (28)4.2 液压传动系统的选择 (28)4.3 液压传动回路设计 (29)第五章机械手三维模型设计 (33)5.1 PRO/E软件介绍 (33)5.2 应用PRO/E进行模型设计 (33)第六章毕业设计结论 (39)参考文献 (40)致谢信 (42)声明 (43)第一章绪论1.1 国内外数控机床的发展情况随着数控技术的发展，带有自动换刀系统的加工中心在现代制造业中起着愈来愈重要的作用，它能缩短产品的制造周期，提高产品的加工精度，适合柔性加工。

基于S7-300的数控加工中心自动换刀程序设计

ＤＥＮＧａｇｉＬＣｈｎｑ．Ｕ０ｘｏｇＫｅｉｎ
（ｎｔｕｆｃａｉｌｎｌｔｃｌｎｉｅｒｇａｍｉｇＣｌｇ，Ｍａｍｎｕｎｄｎ２００，ＣｉａＩｓｔｔｏＭｅｈｎａａｄＥｅｒａＥｇｅｎ，ＭｏｎｏｌｅｉｅｃｃｉｎｉｅｏｉｇＧａｇｏｇ５５０ｈｎ）
基于ｓ — ０的数控加工中心自动换刀程序设计７３０
邓昌奇，罗科雄
（茂名学院机电学院，广东茂名５５０）２００
摘要：简述数控加工中心的组成和换刀的工艺过程。基于ｓ — ０可编程控制器，采取单步操作、单周期操作和顺序控７３０
ｒｔｎｉｔｒａｅｏｕｏｔｏｌｈｎｅｗｓｄｓｇｅｙＳｅｎｏｆｕａｉｎＷｉＣａｉｎｅｆｃｆｔｍａｉｔｏ— ａｇａｅｉｎｄｂｉｍｅｓｃｎｉｒｔｎＣ．Ｔｅｗｈｌｏｔｌａｔｄｐｅｙｒｕｉｏ・ｏａｃｃｇｏｈｏｅｃｎｒｒａｏｔｄｈｄａｌｃｎｏｐｃ
Ｋｅｗｏｒｙｄｓ：Ａｕｔｍａｉｏｌｃａｇｏｔｃｔｏ — ｈｎｅ；ＣｏｆｇｒｔｏｏｔｒＳ７３０；Ｗｉｎｕａｉｎｓｆｗａｅ；ｉ —０ｎＣＣ
数控加工中心（ａｈｉｇＣｎｒ简称ＮＣ，Ｍｃｉｎｅｔ）ｎｅＴ是由机械设备与数控系统组成用于加工复杂形状工件的高效率自动化机床。加工中心备有刀库，具有自动换刀功能，对工件一次装夹后可进行多工序加工。加工中心是高度机电一体化的产品，工件装夹后，数控系统能控制机床按不同工序自动选择、更换刀具，自动对刀、自动改变主轴转速和进给量等，可连续完成钻、镗、铣、铰、攻丝等多种工序。作者采用ＸＦ３２型数控铣床的自动换刀装置，基于ｓ—０Ｈ７１７３０可编程控制器开发自动换刀程序并在ＡＥｉＭＳｍ中进行仿真。

加工中心自动换刀系统设计说明书

摘要加工中心是现代机械加工中用得最多的设备之一，而自动换刀装置作为加工中心的核心部件，一直处在不断改进之中。

本课题要求设计一台小型加工中心的刀库及自动换刀装置。

本次设计分为两大部分。

首先，主要针对目前机床上常用的几种类型的刀库（鼓盘式刀库、链式刀库、格子盒式刀库等）进行了比较分析，最终选用链式刀库结构，选择伺服电机驱动，采用蜗杆蜗轮装置减速，并完成了链条的选择和链轮的设计计算。

另外，选择双臂单爪机械手结构，对其运动作了详细的分析，最终将换刀运动分解为手臂的伸缩，手架的伸缩和回转三个动作。

全部采用液压系统进行控制。

在合理选用液压缸之后，绘制出了液压系统控制图、机械手动作原理图，基本完成了自动换刀装置的设计工作。

关键词：伺服电动机驱动；链式刀库；机械手换刀；液压系统控制AbstractProcessing Center is a modern mechanical processing equipment used in one of the largest and automatic tool change device as the core parts processing center, has been in the continuous improvement of. The topics designed a small knife processing center for devices and automatic tool change. The design is divided into two parts. First of all, the main view of the current machine, commonly used for several types of knives (knives drum disc library, the chain knife, knife lattice cassette library, etc.) a comparative analysis, the final choice of the chain knife structure, choice of servo motor Driver, a worm worm deceleration devices, and completed the chain and sprocket of the choice of design and calculation. In addition, the choice of single-claw manipulator arms structure, its movement made a detailed analysis will eventually ATC campaign for the decomposition of the telescopic arm, hand-stretching and rotating the three movements. All the hydraulic system used to control. A reasonable choice of hydraulic cylinders, to map out plans of the hydraulic control systems, mechanical hand movements schematics, basically completed the installation of automatic tool change the design work.Keywords：The servo motor actuates; Chain knife storehouse; The manipulator trades the knife; The hydraulic system controls目录目录摘要 (I)Abstract (Ⅲ)1 绪论1.1 本课题的来源、目的及意义 (1)1.1.1 课题的来源 (1)1.1.2 本课题研究的目的 (1)1.1.3 本课题研究的意义 (1)1.2 课题背景及国内外研究现状 (2)1.3 本课题研究的主要内容 (3)2 刀库及换刀机构总体结构设计2.1 刀库的结构设计 (3)2.1.1 方案分析比较 (3)2.1.2 刀库容量的确定 (6)2.1.3 刀库选刀方式的确定 (6)2.1.4 刀库的设计及计算 (6)2.2 自动换刀装置设计 (13)2.2.1 方案分析比较 (13)2.2.2 机械手自动换刀工作流程设计 (13)2.2.3 换刀机械手结构设计 (22)2.2.4 换刀手手臂和手爪结构设计 (23)2.2.5 液压缸、活塞杆的选择 (24)2.2.6 液压系统工作原理 (26)设计总结 (27)致谢 (29)参考文献 (30)1 绪论1.1课题的来源及研究目的和意义1.1.1课题的来源刀库和机械手是加工中心稳定可靠运行的关键功能部件。

数控加工中心的自动换刀系统设计

数控加工中心的自动换刀系统设计摘要本设计介绍了加工中心自动换刀装置的机械手结构的部分设计、相关液压缸的结构设计以及控制系统的设计，最终实现自动换刀动作；介绍了目前实现快速自动换刀技术的基本方法和各种途径，及其在加工中心上的应用情况和实际达到的技术指标，从而可看出这方面的发展趋势。

换刀装置作为加工中心的重要组成部分，其主要作用在于减少加工过程中的非切削时间，提高生产率，降低生产成本，进而提升机床乃至整个生产线的生产力。

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。

加工中心的换刀过程较为复杂，动作多，动作间的相互协调关系多，因而自动换刀系统性能的好坏直接影响加工效率的高低。

带有自动换刀系统的数控加工中心在现代先进制造业中起着越来越重要的作用，它能缩短产品的制造周期，提高产品的加工精度，适合柔性加工。

加工中心是数控机床中较为复杂的加工设备，由于其具有多种加工能力而得到广泛的应用，其强大的加工能力和效率得益于其配置的自动换刀装置（Automatic Tool Changer）。

关键词：自动换刀，机械手，设计，加工中心CNC MACHINING CENTER AUTOMATIC TOOLCHANGING SYSTEMABSTRACTThis paper introduces the structure of Automatic Tool Changer,And the single chip microcomputer is used to achieve the process of automatic tool changing.The cutting tool recognition system uses the cutting tool encoding method, this way is to carries on every time the cutting tool the code, because has every time the cutting tool own code, therefore, may deposit in Y u Daoku any tool apron. In such knife storehouse, simultaneously also reduced the knife storehouse operating time; Simplified has traded the knife control wiring automatically. May complete grasps the knife to draw a sword the rotation slotting tool returns and so on a series of movements.Trades the knife installment to take the machining center the important component, its leading role lies in the reduction processing process the non-cutting time, raises the productivity, reduces the production cost, then promotes the engine bed and even the entire production line's productive forces. The machining center automatically trades the movement are many, the movement intercoordination relates much, thus trades the knife system performance automatically the quality immediate influence processing efficiency height. Has trades the knife system's numerical control machining center to play more and more vital role automatically in the modern advanced manufacturing industry, it can reduce product the manufacturing cycle, enhances the product the working accuracy, suits the flexible processing. The machining center is in the numerically-controlled machine tool the more complex processing equipment, because it has many kinds of working capacities to obtain the widespread application, its formidable working capacity and the efficiency benefit from its disposition trade the knife installment automatically (Automatic Tool Changer).KEY WORDS: automatic tool changer，single chip microcomputer，design，The machining center目录前言 (1)第1章设计任务书 (2)1.1 本课题的内容和要求 (2)1.2 毕业设计目的 (2)第2章总体方案的设计 (4)2.1 换刀过程 (4)2.2 伸缩与旋转运动的确定 (5)2.2.1 液压传动的优缺 (5)2.2.2 液压传动装置的组成 (6)2.2.3 液压系统中在机械手中主要实现的辅助功能 (6)2.3 主要参数的确定 (7)2.3.1 工作行程 (7)2.3.2 运动速度 (7)2.3.3 驱动方式 (8)2.3.4 定位精度 (8)2.3.5 液压系统元件的选择 (8)2.3.6 液压系统的控制原理 (8)2.3.7 机械手液压系统的工作原理图 (11)第3章机械手各部分的设计 (13)3.1 驱动液压缸的设计 (13)3.1.1 液压系统的优点 (13)3.1.2 液压缸的设计 (14)3.2 花键轴及轴套的设计与校核 (16)3.2.1 花键轴的设计 (16)3.2.2 花键的校核 (18)3.3 轴承的选择与润滑 (19)3.4 齿轮的设计与校核 (20)3.4.1 齿轮的设计 (20)3.4.2 齿轮的校核 (21)3.5机械手臂及手抓的设计 (23)3.5.1 对设计手臂的要求 (24)3.6 立柱和机座 (25)3.6.1 立柱 (25)3.6.2 机座 (25)3.7 刀库及换刀机械手的常见故障和维护 (26)3.7.1 刀库的故障 (26)3.7.2 换刀机械手故障 (26)结论 (28)谢辞 (29)参考文献 (30)外文资料翻译 (32)前言机械工业是国民的装备部，是为国民经济提供装备和为人民生活提供耐用消费品的产业。

加工中心自动换刀程序的设计与调试

ｓｃｒｅｅｎｏｆｔｈｅｔｏｕｃｈｓｃｒｅｅｎ．ＦａｃｔｈａｓｐｒｏｖｅｄｔｈａｔｔｈｅＡＴＣｍａｋｅｓｔｈｅｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｉｎａｇｏｏｄｒｕｎｎｉｎｇｓｔａｔｅ，ａｎｄｉｔｐｕｔｓｕｐｔｈｅｐｒｏ —
ＬＩＵＬｕ．ＣＨＡＮＧＸｉａｏｌｉｎｇ
（ＧｕａｎｇｄｏｎｇＩｎｄｕｓｔｒｙＣｏｌｌｅｇｅ，ＧｕａｎｇｚｈｏｕＧｕａｎｇｄｏｎｇ５１０３００，Ｃｈｉｎａ）
ｔｏｏｌｐｒｏｃｅｓｓ，ａｐｐｌｙｉｎｇｔｈｅｉｎｎｅｒＰＬＣｏｆＮＣ，ｔｈｅｐｒｏｇｒａｍｏｆＡＴＣｗａｓｄｅｓｉｇｎｅｄ．Ｔｈｅｄｅｂｕｇｇｉｎｇｗａｓｃｏｍｐｌｅｔｅｄｂｙｔｈｅｃｏｏｒｄｉｎａｔｉｏｎｏｆｔｈｅ
关键词：加工中心；自动换刀；ＰＬＣ；触摸屏
中图分类号：ＴＰ２７文献标识码：Ａ文章编号：１００１— ３８８１（２０１３）２０—０６４— ４
ＰｒｏｇｒａｍＤｅｓｉｇｎａｎｄＤｅｂｕｇｇｉｎｇｏｆｔｈｅＡＴＣｏｆｔｈｅＭａｃｈｉｎｅＣｅｎｔｅｒ