小型立式加工中心刀库自动换刀装置及控制系统设计-开题报告

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(完整版)数控机床刀库与换刀装置设计开题报告

阶段成果
1
4.5---4.9
翻译外文资料，查阅相关文献
翻译外文资料
5000多字
2
4.10---4.16
确疋整体方案，进仃整体构思
完成整体结构草图
3
4.17—4.30
进行传动功能设计，绘制草图
完成总装草图一一张
4
5.8---5.19
优化方案，设计计算及绘制装配图
完成装配图和零件图若干5 Nhomakorabea5.22---5.31
预期目标是达到一次换刀时间在0.8到2分钟之间，刀具重量为每把12公斤。通过这次毕业设计熟悉掌握机电产品从设计、制定方案、元器件购置、检测、外协加工、装配和到成品的全部生产过程。
四、所需要的仪器设备、材料：
计算机及相关的绘图软件、公式编辑软件、图纸、各种绘图
五、课题分阶段进度计划：
序
号
起止日期
工作内容
完善装配图及绘制零件图
完成装配图及零件图若干
6
6.1——6.11
最终检查，整理资料，准备答辩
完成毕业论文的书写
7
6.12---6.14
答辩
指导教师意见:
签字:
200年月日
二、近年来国内外研究现状：
目前，机床的自动换刀系统主要采用单片机或PLC控制，可以正反转和高低速控制。它通过几条与主控机的联络信号线以及系统内设置的自诊断、自适应功能实现对换刀系统的全自动控制管理。采用高性能弹簧夹头夹持刀具，使用外驱动机械手完成刀具的夹紧、放松，系统配置扩展型链式刀库和刀具交换装置，整机米用电磁机械传动、PLC控制，换刀系统具有夹紧力大、
毕业设计开题报告（理工类）
设计题目
数控机床刀库与换刀装置设计（机械手转90巧

机电专业加工中心自动换刀装置的结构及控制设计

加工中心自动换刀装置的结构及控制设计摘要加工中心正向着工件在一台机床一次装夹即可完成多道工序或全部工序加工的方向发展，这类多工序加工的加工中心在加工过程中要使用多种刀具，因此必须有自动换刀装置，也就是所说的刀库，以便选用不同刀具，完成不同工序的加工工艺。

本设计是开发设计出一种体积小、结构紧凑、价格较低、生产周期短的小型立式加工中心刀库。

首先介绍了国内外加工中心研究现状及发展趋势，阐明了本课题研究的目的、意义。

然后进一步介绍本加工中心刀库总体结构和各部件方案的选择，并在此基础上进行了加工中心刀库的机械结构和控制部分的设计计算，主要包括刀库转动定位机构设计、刀库总体机构设计、机械手部分设计以及液压、PLC的控制设计。

关键词：刀库；机械手；液压控制；PLC控制AbstractWith the direction of One machining center can manufacture several process only by one fixing .These manufacture needs different toolings , so it have to have automatic switching system. It means the machine have to own a tooling storeroom. Then it can select different tooling to finish different process during manufacture.This design is to develop design a small volume, compact structure, low price, short production cycle of small vertical machining center tool library. First introduced the processing center research status and development trend at home and abroad, illustrates the this topic research purpose and meaning. Then further introduces theoverall structure and parts machining center tool storage scheme choice, on the basis of the machining center tool library of mechanical structure and control part of the design and calculation, mainly including library rotational positioning design, knife library overall organization design, mechanical parts and hydraulic design, PLC control design.Keywords: Knife library, Mechanical, Hydraulic control, PLC control.目录摘要 (1)Abstract (1)目录 (2)第1章绪论 (5)1.1国内外的研究现状和发展趋势 (6)1.1.1当前世界NC机床的研究现状 (6)1.1.2我国数控机床产业的发展状况 (7)1.1.3我国数控机床研究存在的问题 (13)1.2加工中心简介 (9)1.2.1加工中心的发展简史 (9)1.2.2加工中心的结构组成 (10)1.2.3加工中心的分类 (11)1.2.4加工中心的功能及特点 (17)1.2.5加工中心的发展动向 (19)1.3自动换刀系统产品化的意义和前景 (22)1.4本设计研究的目的和意义 (25)1.5本设计完成的主要工作 (25)第2章总体方案的设计 (26)2.1运动方案的设计 (26)2.1.1运动数目的确定 (26)2.1.2运动方案的确定 (26)2.2功能部件的设计方案 (23)2.2.1主传动系统 (23)2.2.2进给伺服系统 (30)2.2.3自动换刀系统 (28)2.2.4基础部件 (30)2.2.5数控系统 (30)2.2.6辅助装置 (31)2.3方案的分析论证及确定 (31)2.3.1 机械结构方案的提出 (31)2.3.2传动方案的提出 (31)2.3.3机械结构方案的可行性分析 (32)2.3.4传动方案的可行性分析 (32)2.3.5机械结构方案的确定 (33)2.3.6传动方案的确定 (33)2.4总体布局 (34)2.5主要技术参数 (34)第3章刀库的设计 (40)3.1刀库简介 (40)3.1.1 刀库的类型 (40)3.2刀库的结构设计 (42)3.2.1刀库主要参数的确定 (42)3.2.2刀库转动定位机构的设计 (39)3.2.3刀库主轴的设计 (41)3.2.4刀库转动电机的选择计算 (45)3.2.5滚动轴承的选择计算 (51)3.2.6键的选用与计算 (53)3.2.7刀库的支承部分的设计 (53)第4章机械手的设计 (51)4.1确定换刀机械手形式 (51)4.1.1单臂双爪机械手的结构及工作原理 (52)4.2机械手的结构设计 (54)4.2.1齿轮的设计计算 (54)4.2.2机械手轴的设计计算 (57)4.2.3滑动轴承的选型计算 (61)第5章自动换刀装置的液压控制设计 (62)5.1液压传动系统简介 (63)5.1.1液压传动系统的组成 (63)5.1.2液压传动系统的结构 (63)5.1.3液压传动系统的控制原理 (64)5.2自动换刀装置的液压系统原理图 (64)5.2.1自动换刀装置换刀动作的顺序控制过程 (65)5.3 执行元件的选型计算 (65)5.3.1液压缸的计算 (65)5.4动力元件的选型 (72)5.4.1液压泵的选型 (72)5.5 控制元件的选型 (72)5.5.1方向控制阀的选型 (73)5.5.2流量控制阀的选型 (73)5.5.3控制元件的计算结果 (73)5.6 辅助元件的选型 (73)5.6.1管道的选型计算 (73)5.6.2管接头的选型 (70)5.6.3 过滤器的选型 (70)5.6.4 油箱的选型 (70)5.7 工作介质的选择 (71)5.7.1 液压油的选择 (71)第6章自动换刀装置的PLC控制设计 (72)6.1 PLC概述 (72)6.1.1 PLC简介 (72)6.1.2 PLC的主要特点 (72)6.2 PLC控制设计 (72)6.2.1 机械手控制系统PLC的选择 (72)6.2.2 机械手的工作流程 (73)6.2.3 机械手自动换刀系统的原理 (73)6.2.4 工步时间分配 (74)6.2.5 PLC的硬件I/O单元 (74)6.2.6 PLC的硬件I/O接口原理图 (75)6.2.7 PLC的控制流程图 (76)6.2.7 PLC的梯形图 (81)6.2.8 指令表 (82)结论............................................. 错误！未定义书签。

加工中心换刀装置的设计

XKA5032A/C数控立式铣床自动换刀装置设计摘要本设计介绍的是XKA5032A/C数控立式升降台铣床自动换刀装置（刀库式）的设计，刀库式的自动换刀装置是由刀库和刀具交换装置（换刀机械手）组成。

它是多工序数控机床上应用最广泛的换刀装置。

换刀时，先在刀库中进行选刀，由机械手从刀库和主轴上取出刀具，然后交换位置，把新刀插入主轴，旧刀放回刀库。

存放刀具的刀库具有较大的容量，其容量为六把刀具,采用盘形结构,安装在机床的左侧立柱上。

设计成采用轴向放置的鼓盘式刀库形式和回转式双臂机械手组成。

刀具按预定工序的先后顺序插入刀库的刀座中，使用时按顺序转到取刀位置。

用过的刀具放回原来的刀座内，也可以按加工顺序放入下一个刀座内。

该法不需要刀具识别装置，驱动控制也比较简单，工作可靠。

数控铣床用4把刀就可完成大多数的铣削加工。

所以这个容量为6把刀的刀库，几乎不存在加工过程中需要重复利用刀具的情况，所以刀具的选择方式确定为顺序选择刀具。

两手互相垂直的回转式单臂双手机械手的优点是换刀动作可靠，换好时间短，缺点是刀柄精度要求高，结构复杂，联机调整的相关精度要求高，机械手离加工区较近。

一般来说，这种机械手用于刀库刀座轴线与机床主轴轴线垂直，刀库为径向存取刀具形式的自动换刀装置，因此，在XKA5032A/C数控立式升降铣床的自动换刀装置中可采用这种机械手形式。

关键词：数控铣床，自动换刀装置，刀库，换刀机械手The XKA5032A/C Number Controls The Sign Type Working Panel Miller To Change The Knife DeviceABSTRACTthe introduction is the design that the XKA5032 A/C number controls the sign type working panel lifter miller to change the knife device(the knife database type) automatically.The knife database type automatically change the knife device is have by the knife database and the knife to exchange device(change the knife the machine hand) to constitute.It is many work ordinal numbers to control the top of the tool machine to apply to change the knife device most extensively, it is whole to lead to change the knife process more complicated.First process process in need to be use of all knifes have to install on the haft of the standard, pressing certain way to pack into the knife database after the tool machine carry on size to prepare to adjust outside.Be in the knife database carry on choosing knife first while change the knife, the design becomeses the adoption stalk toward the drum dish type knife database form and the turn-over type double the arm machine hand for place to constitute.The knife has to press to schedule to the work preface insert the knife of the knife database order of sequence, usage turn to take knife position in order.The knife for using puts back the original knife inside, can also press to process sequence to put into the next knife.That method doesn't need the knife to identify device, driving a control also more simple, work credibility. scaled the auto change the knife device.Can know the number controls miller to use 4 make the knife complete most milling and can pare to process.So this capacity is 6 knife databases of knifes, almost the nonentity process to need to make use of the circumstance that the knife have again in the process, so theknife have of the choice method assurance for in proper order choice the knife have.Two hands are mutual perpendicular of the advantage of the turn-over type single arm hands machine hand change the knife action credibility, changing good time short, the weakness is the haft accuracy to have high request, structure complications, the linking machine adjust of the related accuracy have high request, the machine hand leaves to process area nearer.Generally speaking, this kind of machine hand useds for the knife database knife the stalk line and the tool machine principal axis stalk line perpendicular, the knife database has a form to change the knife device automatically toward the access knife for the path, therefore can adopt this kind of machine hand form in the XKA5032 A/C number control the sign type rise and fall miller the auto change the knife the device.KEY WORDS:numerical control milling machines, Automatic tool changer, Tool storage , tool changing-manipulator目录前言 (1)第1章数控机床概述 (2)1.1 数控机床知识 (2)1.1.1 数控铣床的分类 (2)1.1.2 数控铣床的结构特征 (4)1.1.3 数控铣床的主要功能及加工对象 (5)1.1.4 自动换刀装置（ATC）及其形式 (5)1.1.5 自动换刀装置应当满足的基本要求 (7)第2章总体方案的确定 (8)2.1 刀库系统的设计 (8)2.1.1 确定刀库容量 (8)2.1.2 确定刀库形式 (9)2.1.3 刀库结构设计 (9)2.1.4 初选电动机与降速传动装置 (11)2.1.5 初估刀库驱动转矩 (11)2.1.5 刀库转位机构的普通圆柱蜗杆传动的设计 (12)2.1.6 刀库驱动转矩的校核 (17)2.1.7 花键联接的强度计算 (17)2.1.8 夹紧机构插销剪切强度的校核 (18)2.1.9 确定刀具的选择方式 (18)2.10 刀库的定位与刀具的松夹 (19)第3章刀具交换装置的设计 (21)3.1 换刀机械手的设计 (21)3.1.1 确定换刀机械手形式 (21)3.1.2 换刀机械手的工作原理 (23)3.1.3 机械手的自动换刀过程的动作顺序 (23)3.1.4 自动换刀装置的相关技术要求 (25)3.1.5 换刀机械手的安装与调试 (25)第4章自动换刀装置的控制原理 (26)4.1 自动换刀装置的液压系统原理图 (26)4.2 自动换刀装置换刀动作的顺序控制过程 (26)第五章典型零件的设计 (28)5.1 联轴器的设计 (28)5.1.1 联轴器 (28)5.1.2 联轴器的选用 (28)5.1.3 联轴器的校核 (29)5.1.4 蜗杆蜗轮传动设计的一些相关技术要求 (29)5.1.5 托架的设计 (29)结论 (30)谢辞 (31)参考文献 (32)外文资料翻译 (34)前言数字控制是20世纪中期发展起来的一种自动控制技术，是用数字信号进行控制的一种方法。

数控加工中心开题报告

毕业设计(论文)开题报告题目：立式加工中心设计（总体设计、主轴箱设计、Z方向进给系统设计）学生姓名：许丽松学号： *********专业：机械设计制造及其自动化指导教师：陈征宇（副教授）2011年月日1 文献综述1.1 数控加工中心的概述及发展随着计算机技术的高速发展，传统的制造业开始了根本性变革，各工业发达国家投入巨资，对现代制造技术进行研究开发，提出了全新的制造模式。

目前，数控技术正在由专用型封闭式开环控制模式向通用型开放式实时动态全闭环控制模式发展。

数控加工中心也应运而生。

在现代制造系统中，数控技术是关键技术，它集微电子、计算机、信息处理、自动检测、自动控制等高新技术于一体，具有高精度、高效率、柔性自动化等特点，对制造业实现柔性自动化、集成化、智能化起着举足轻重的作用。

加工中心（Machining Center，简称MC）是一种备有刀库，具有自动换刀功能，是对工件一次装夹后进行多工序加工的数控机床。

它是适应省力、省时和节能的时代要求而迅速发展起来的，它是综合了机械技术、电子技术、计算机软件技术、起动技术、拖动技术、现代控制理论、测量及传感技术以及通讯诊断、刀具和应用编程技术的高技术产品，将数控铣床、数控镗床、数控钻床的功能并聚集在一台加工设备上，且增设有自动换刀装置和刀库，可在一次安装工件后，数控系统控制机床按不同工序自动选择和更换刀具，自动改变机床主轴转速、进给量和刀具相对工件的轨迹及其他辅助功能；依次完成多面和多工序的端平面、孔系、内外倒角、环形槽及攻螺纹等加工。

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3~4倍，达80%以上。

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的综合性机床。

1.2 加工中心的特点与应用1.2.1 加工中心的特点加工中心是典型的集高新技术于一体的机械加工设备，它的发展代表了一个国家的设计、制造水平，因此，在国内外企业界都受到高度重视。

小型立体加工中心的换刀装置设计与控制研究

摘要本论文主要是研究设计小型立式加工中心自动换刀装置，要保证其空间利用率小、价格实惠、运行时间短。

首先对小型立式加工中心的发展现状和未来发展方向做了介绍，接下来对自动换刀装置的发展意义和其应用前景做了描述，最后进一步对小型立式加工中心自动换刀装置总体结构进行分析选择，并对传动部分的零部件进行设计计算与校核。

查阅相关资料。

通过对各种类型的刀库、机械手结构进行分析比较，清楚的知道加工中心上大多选用圆盘型刀库，结构紧凑，定位精度高。

回转式单臂双手机械爪装卸刀动作可共同进行，换刀动作少，缩短了换刀时间。

在此基础上明确总体设计方案。

选择圆盘式刀库和回转式单臂双手机械手，并对刀库的涡轮蜗杆轴进行设计计算与校核。

根据机械手及刀库的工作原理及要求，制定合理高效的可编程序控制器的控制方案，并不断对程序进行调试，保证 PLC 对自动换刀的精准控制。

关键词：加工中心；自动换刀装置；蜗轮蜗杆；PLC控制1 绪论1.1 加工中心概述现代工业水平飞速发展。

许多生产厂家对加工中心提出了更高的要求，加工中心已成为人们关注的焦点。

数控加工中心是目前制造业中不可或缺的设备，它适用于大多数结构复杂，精度较高的零件加工。

加工加工中心与普通数控机床最大的不同在于拥有自动换刀装置。

自动换刀装置包含多个组成部分。

刀库能够放置多把刀具，并将下一道工序所用到的刀具准确无误地送到换刀位置,使主轴上的旧刀与刀库里的新刀进行交换。

当刀库较大时,其与主轴的距离会增大，换刀时间会增长,因此需要在主轴和刀库之间配备一个换刀机构来缩小换刀时间。

想要实现这一功能需添加辅助机构机械手[1]。

它的主要作用是实现新刀具与旧刀具的装卸和主轴头与刀库之间的刀具转换。

驱动装置需要控制系统发出指令，驱动刀库和机械手完成换刀，一般选择步进电机或液压(或气液机构)或凸轮机构[2]。

每台数控加工中心设备都有自己的刀库，可以实现自主换刀，这也是和其他数控设备的根本区别。

数控加工中心的切削利用率很高，工件装夹一次就可以实现多道工序的加工，缩短了加工时间，提高了生产效率，特别符合高精密零件的加工要求。

小型立式加工中心无机械手自动换刀装置的设计

如图 4所示 , 它由主动曲柄、槽轮、拨销和锁止盘组
成。
外啮合槽轮机构的主动曲柄回转轴线与槽轮回转
轴线平行 , 通常主动曲柄作等速回转 , 当主动曲柄上
的拨销进入槽中 , 就拨动槽轮作反向转位运动 , 当拨
销从槽中脱出 , 槽轮即静止不动 , 并由锁止盘定位。
当只有一个拨销时 , 主动曲柄转一周 , 槽轮作转一个
11512 刀爪尺寸的设计
刀爪的外型尺寸根据 30号刀柄设计。
11513 夹块的设计
夹块在刀爪抓刀时插入到键下半部中 , 以及刀具
在刀库中时夹块一直插在键中 , 起准确定位的作用。
因此 , 夹块的宽度尺寸精度要求很高。夹块宽度的尺
寸主要由键的宽度来决定。
116 刀库转动定位机构的设计
11611 刀库转动定位机构的选择
RS
为滚子中心到锁止盘中心的距离
P
。
如果 TFC ≤电机的额定转矩 , 则符合要求。
11713 最大加速转矩 Tcam
y双向精11床身21xy精密数控工作台31刀库移动部件41刀库51z向进给部件61立柱71电主轴图1mcv2520小型立式加工中心总体结构示意图为使加工中心的结构紧凑减小加工中心的外形尺寸降低成本在设计自动换刀装置时应在满足使用要求的前提下尽量使其结构简单紧凑价格低廉易制造拆卸装配维修方便备件容易得到
性间歇运动 , 常用于
各种分度转位机构中。
槽轮机构有三种基本图 4 外啮合槽轮机构
类型 : 外啮合槽轮机
的工作原理图
构、内啮合槽轮机构和球面槽轮机构 [2, 4 ] 。刀库即可
采用外啮合槽轮机构也可采用内啮合槽轮机构。设计
中采用外啮合槽轮机构。外啮合槽轮机构的工作原理

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。

自动换刀装置开题报告

（3）合理布局各个组成元件，简化刀库结构，达到理想的经济效益；
（4）开发一种结构合理，性能稳定，制造性能良好的圆盘刀库。
4.设计方案
翻刀机构：将整个装置前置，使得刀库整体结构简单，减少了零部件的数量，缩短机械手臂，这样可以减少换刀时间，增强机床以及生产线的效率。气缸的选型依据为刀具重量及行程速度。
机械传动：齿轮传动在机械行业应用广泛，有其独有的优点。传动的速度和功率范围很大；传动效率高，一对齿轮可达98%以上；传动比准确；精度越高，效率越高；对中心距的敏感性小，装配和维修比较方便；易于进行精确加工。故选择齿轮传动。
（1）通过分析现有BT40-24P圆盘刀库产品，了解各组成部分功能及运动特点，提出可行的优化方案；
（2）根据刀柄尺寸设计刀套，以刀具最大中心距确定刀盘的结构；
（3）研究刀库的分度机构，设计齿轮分度结构，分析齿轮传动影响因素，设计齿轮的消隙结构；
（4）根据换刀速度，刀具重量等条件，进行电动机的选择；
（5）设计翻刀机构，缩短抓刀机械手臂，减少换刀过程中的转动惯量，以达到快速换刀的目的；
美国于1958年研制出来带有刀库的第一台数控机床，从此各国开始不断研究和发展，到上世纪70年代步入了自动换刀的多工序数控机床发展的兴盛时期。直到1983年，有了统一的椎柄标准，自动换刀装置才逐渐走向标准化模式。目前，很多国家为提高加工效率，使得刀库成为不可缺少的配件。这些工业发达的国家在高速加工中心上的竞争与比拼，一些高端的技术便应运而生，而且得到合理化的应用。例如，由奥地利ANGERG公司生产的多主轴自动换刀机床仅需0.4s便可以完成切削及换刀，采用电动机直连驱动单一的刀具，由夹具快速位移来完成换刀，这种换刀系统是目前世界上切屑到切屑换刀时间最短的机床；德国Burkardt公司生产的MC325数控加工中心，采用了凸轮分度的方式，虽然换刀总时间是换位及进给时间总和，但是由该装置实现的切削对切削换刀时间却仅需2秒。为了让数控机床行业向多功能、高效率、高速化、高可靠性的方向发展，以往出现的一些常见故障（机械手动作不到位、掉刀、机械手抓刀不稳、刀库动作不到位等）必须得以解决。同时各企业的不断竞争与发展，以及需求量的不断增长，建立起了刀库生产的健全体系，例如台湾吉辅的产品性能优良、型号多样，达到了世界级的先进水准，其生产的大型链刀库HK100A-240CH，在刀重及容量上都可以与发达国家相媲美。此外其研发的40CV立式刀库，结构简单、可靠性强，实现了刀对刀换刀时间1.41s的突破。为了提高数控加工中心综合性能，对换刀时间的要求也相对较短。直到20世纪80代我国才开始致力于加工中心的研发。20世纪90年代以来，我国大力发展机械制造业，走大国兴起的道路。圆盘刀库作为ATC的核心部件，由于技术力量薄弱，遏制了我国数控加工中心的自主研发和生产。国内自主研发的自动换刀装置虽然也取得了显著的成绩，但是由于各种原因，与欧美、日韩等国家相比，我国的刀库事业还相差甚远。目前，国内相对先进的加工中心，换刀时间可以控制在10s以内；例如华中科技、沈阳机床厂生产的机床可实现5轴联动的功能；大连机床集团生产的数控加工中心最短时间可达2s以内。

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。

立式数控加工中心的自动换刀和刀具管理技术

立式数控加工中心的自动换刀和刀具管理技术立式数控加工中心是一种高效、精度高的自动化加工设备，广泛应用于各个行业的零部件加工中。

在立式数控加工中心的工作中，自动换刀和刀具管理技术是非常重要的一环。

本文将介绍立式数控加工中心的自动换刀和刀具管理技术的原理、优势和操作要点。

立式数控加工中心的自动换刀技术是指加工时自动完成刀具的更换，使得加工过程更加高效、自动化。

自动换刀技术主要通过刀库、刀夹、刀具检测装置以及数控系统的协调工作来实现。

刀库是立式数控加工中心自动换刀的核心组成部分，它是专门用来存放刀具的仓库。

刀库内按照不同的刀具类型和规格进行分类存放，并通过数控系统的指令来实现自动换刀的动作。

刀库的设计需要考虑存放空间、刀具的容量、良好的刀具保护等因素。

刀夹是刀具固定在刀库中的装置，其作用是保证刀具的稳定性和可靠性。

在刀夹的设计中，需要考虑刀具的尺寸、形状、材质等因素，并保证刀具能够在高速切削中不产生振动和变形。

刀具检测装置用于检测刀具的状况，主要包括刀具的长度、直径、磨损程度等参数。

通过刀具检测装置，可以及时检测和替换已经磨损或损坏的刀具，以保证加工质量和效率。

数控系统是实现立式数控加工中心自动换刀的关键部分，它通过预先设定的加工程序和刀具数据来控制自动换刀的动作。

数控系统可以根据加工程序的要求，自动选择合适的刀具进行加工，并在必要时自动更换刀具，提高加工效率和质量。

立式数控加工中心的自动换刀技术具有以下优势：首先，自动换刀技术能够提高加工效率。

传统的人工换刀方式需要停机、手动更换刀具，耗费了大量的时间和人力。

而自动换刀技术能够在加工过程中实现刀具的快速更换，减少了停机时间，提高了生产效率。

其次，自动换刀技术能够保证加工质量。

刀具在加工过程中会因为磨损而影响加工质量，传统的人工更换刀具方式不能及时检测和替换已经磨损的刀具。

而自动换刀技术可以通过刀具检测装置及时检测刀具状况，并自动更换磨损的刀具，保证了加工质量。

数控加工中心刀具库自动换刀系统

职业技术学院毕业论文题目：数控加工中心自动换刀系统学生：学号：院（系）：专业：指导教师：2013 年 5 月 3 日数控加工中心刀具库自动换刀系统摘要本设计介绍了加工中心自动换刀装置的机械手运动的部分设计及控制系统的设计，最终实现自动换刀动作，介绍了目前加工中心常用的刀库，及其在加工中心上的应用情况，从而可以看出在数控方面的发展趋势。

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，动作间的相互协调多，进而自动换刀系统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。

关键字：数控加工中心，机械手，自动换刀，系统目录摘要 (Ⅰ)第一章毕业设计（论文）任务书 (2)第二章毕业论文分析及参数设置 (4)2.1 刀具自动换刀分析 (4)2.2 换刀系统参数设置 (4)第三章毕业设计过程 (5)3.1 PLC介绍 (5)3.1.1可编程控制器的功能及特点 (6)3.1.2可编程控制器的应用 (6)3.1.3可编程控制器的作用 (7)3.1.4可编程控制器的发展 (7)3.1.5可编程控制器的基本组成 (7)3.2 PLC的工作原理 (8)3.2.1P L C的工作过程 (9)3.2.2P L C的内部运作方式 (10)3.2.3P L C的选择依据 (11)3.3 I/O配置表 (11)3.4 刀盘取刀示意图 (13)3.5 梯形图及指令表 (14)3.6 本系统改进 (18)3.6.1研究适用于机床主轴结构并能满足自动换刀要求的高性能弹簧夹头结构模式 (19)3.6.2研究确定弹簧夹头与机床主轴头部可靠联结的结构方案 (19)3.6.3 换刀机械手与驱动装置的研究 (19)3.6.4 刀库结构及刀库驱动方式的研究 (19)3.6.5 智能型控制系统的研究 (19)3.7总结 (20)致谢 (21)参考文献 (22)陕西科技大学职业技术学院毕业设计（论文）任务书机电一体化专业机电101 班级学生：题目：数控加工中心刀具库自动换刀系统设计毕业设计（论文）从2013 年 2 月1 日起到2013 年5 月 1 日课题的意义及培养目标：数控加工中心刀具换刀系统要求针对斗笠式刀库的6把刀具，以机械手位置为基准通过PLC控制刀盘顺时针和逆时针旋转从而实现换刀，要求学生主要就换刀系统硬件总体、组成及PLC控制方面进行设计。

立卧式加工中心自动换刀装置的研制的开题报告

立卧式加工中心自动换刀装置的研制的开题报告一、研究背景现代制造业中，高效、精密的自动化生产已经成为发展方向。

立卧式加工中心作为一种重要的机床，广泛应用于金属加工领域，在工艺、生产效率等方面都得到了很大的改进和提升。

但是，立卧式加工中心中刀具的更换仍然是一道难题。

传统更换刀具的方法需要人工干预，耗时耗力且易出错，难以满足现代制造业中对高效产能的要求。

因此，研制出自动换刀装置已经成为立卧式加工中心智能化改造的热点之一。

二、研究意义自动换刀技术的应用可以提高机床加工的自动化水平，减少操作人员劳动强度，提高生产效率和加工精度，降低生产成本。

通过自动换刀技术可以实现立卧式加工中心的连续生产，提高机床的开动率和利用率，同时还可以避免由于人为原因引起的刀具磨损、刀具不一致等生产问题，从而保证加工质量。

三、研究内容和方法本研究的主要内容是基于立卧式加工中心的自动换刀需求，设计和研制出一种自动换刀装置。

具体来说，研究目标包括：1. 设计一种有效的刀具固定和切换系统。

2. 设计一种系统控制模块和信号传输模块，确保切换和操作的可靠和稳定。

3. 通过实验和数据分析验证系统的实际效果和稳定性。

研究方法主要包括文献资料查阅、市场调查和实验验证。

通过调研和分析市场上常见的自动换刀装置，并结合目前立卧式加工中心的实际需求，设计出一种切实可行的方案。

同时，采用试验验证的方法，确定可靠的技术参数和性能指标。

四、预期结果和展望本研究预期能够研制出一种适用于立卧式加工中心的自动换刀装置，提高机床的自动化程度和加工效率，同时大幅降低操作难度和人为误差的风险。

通过此项研究，可以实现机床生产的高效安全和智能化控制，促进制造业的现代化进程。

同时，本研究对于其他机器人和自动化领域也有一定的参考价值。

PLC控制的刀库的自动选刀开题报告

PLC控制的刀库的自动选刀开题报告
1.课题名称：PLC控制的刀库的自动选刀
2.课题来源
该课题是老师根据我们的情况与学校毕业设计的要求相结合提出来的。

这个方向是我根据自己的考研和未来准备发展的方向选定的。

3.选题的目的和意义
目的——以高速化为先导，提高数控机床的综合性能。

根据工艺要求，利用可编程控制器研究刀库和主轴间自动换刀的程序设计。

意义—①可以了解研究开发的大概流程。

②可以锻炼查找和利用各种资源的能力，培养良好的学习习惯。

③可以锻炼提高对数控机床，PLC，机电控制系统等的了解，使我们的专业知识得到充分的运用。

④增加实际设计经验，明确对系统硬件，完成刀库、PLC、液压系统等的具体设计。

加工中心自动换刀控制系统毕业设计(机械CAD图纸)

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)国内外数控机床的现状 (1)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)可编程控制器的特点 (3)可编程控制器的应用 (4)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)自动回转刀架 (8)转塔头式换刀装 (9)带刀库的自动换刀系统 (9)2.2ATC的作用及其组成 (10)TC的作用 (10)TC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)CPU的能力 (16)I/O点数 (16)响应速度 (17)指令系统 (17)机型选择的其它考虑 (18)3.2 PLC控制系统设计 (18)本机I/O与扩展I/O的地址分配 (18)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。

数控加工中心自动换刀装置的设计

数控加工中心自动换刀装置的设计摘要数控机床的发展与运用，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运用，加工机械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、机械手与主轴间自动换刀，加工中心出现故障80%都在上述方面。

本课题就是对自动换刀装置进行设计，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。

关键词：自动换刀装置；弧面分度凸轮；滚齿凸轮；机械手。

ABSTRACTThe numerical control engine bed development and the utilization, greatly reduced the components processing non-cutting time, enormous enhancement productivity.Along with the numerical control engine bed popularization utilization, processes the machinery the automaticity to enhance greatly, the numerical control engine bed develops now has been common the application one kind of renewal, the more advanced manufacture equipment is the processing center.The processing center has the knife storehouse and trades the knife installment automatically, can carry on the multi-working procedure processing to the work piece according to the pre-set sequence the high automation multi-purpose numerical control engine bed Trades the knife equipment to have automatically to trade the knife time satisfiedly short, the cutting tool reserves enough, the cutting tool placement space small as well as safe reliable and so on the basic request.The processing center key lies in CNC to choose the knife and between automatically the knife storehouse, the manipulator and the main axle to the knife storehouse trades the knife automatically, the processing center appears breakdown 80% all in the above aspect.This topic is to trades the knife installment to carry on the design automatically, chooses the knife control and between the knife storehouse, the manipulator and the main axle using PLC to the knife storehouse trades the knife control automatically.Keywords:Trades the knife installment automatically; Cambered surface indexing cam; Rolls the tooth cam; Manipulator.目录前言 (1)第1章绪论 (2)1.1国内外数控机床的的发展情况 (2)1.1.1 加工中心发展简史 (2)1.1.2 加工中心的主要优点 (3)1.1.3 加工中心的发展趋势 (3)1.2编程控制器的特点 (4)第2章方案设计 (6)2.1ATC设计特点及设计要求 (6)2.2自动换刀装置主要结构的论证及分析 (7)2.3方案确定 (7)2.3.1 刀库选刀 (9)2.3.2 机械手取刀和换刀 (9)2.3.3 方案确定 (9)第3章机械手结构设计和设计计算 (10)3.1机械手的装配 (10)3.1.1 机械手爪的装配 (10)3.1.2 手臂装配图 (11)3.2机械手手爪加紧力的计算 (12)第4章刀库的结构设计和计算 (13)4.1刀库的功能和形式 (13)4.2刀库的结构设计 (15)4.2.1 刀库的结构及其工作原理 (15)4.2.2 刀库各零部件结构 (15)4.2.3 刀库的装配 (17)4.3刀库的设计计算 (18)4.3.1 刀库驱动电动机的选定 (18)4.3.2 刀库传动方式及计算 (20)4.4刀库的选刀方式 (20)4.5刀套准停措施 (21)第5章机械手驱动与松刀装置设计 (23)5.1机械手驱动装置设计 (23)5.2机械手松刀装置设计 (23)第6章换刀装置的换刀动作及程序设计 (26)6.1换刀动作分析 (26)6.2换刀装置的液压机构分析 (27)6.2.1 液压分析 (27)6.2.2 换刀动作顺序表 (28)6.2.3液压泵的选择 (29)6.3自动换刀的程序设计 (30)小结 (34)参考文献 (35)致谢 (36)附录 (37)前言大学四年学习即将毕业，在各位老师的辛勤指导和培育下，我完成了基础课和机械设计与制造专业课程的学习。

加工中心刀库自动换刀装置结构设计.doc

加工中心刀库自动换刀装置结构设计绪论1.1背景及研究意义随着机械加工工业的发展，制造行业对于具有高效高性能的加工中心的需求量越来越大。

自动换刀装置作为加工中心的重要组成部分其主要的作用在于减少加工过程中的非切削时间，以提高生产率、降低生产成本，进而提升机床及至整个生产线的生产率，所以自动换刀装置在交工中心中扮演着重要角色。

1.2自动换刀装置国内外发展与现状从换刀系统发展的历史来看，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。

1983年国际标准化组织制定了数控刀具锥柄的国际标准，自动换刀系统便形成了统一的结构模式。

目前国内外数控机床自动换刀系统中，刀具、辅具多采用锥柄结构，刀柄与机床主轴的联结、刀具的夹紧放松机构及驱动方式几乎都采用同一种结构模式。

在这种模式中，机床主轴常采用空心的带有长拉杆、碟形弹簧组的结构形式，由液压或气动装置提供动力，实现夹紧放松刀柄的动作。

切削加工正在进入以高速切削（HSC）为特征的发展阶段，因高速切削而切削效率飞速提高，因此，进一步减少机床加工辅助时间的技术也伴随高速切削的发展而不断发展。

快速换刀技术是减少加工辅助时间重要手段，而且正在处于发展阶段。

许多研究人员利用各种方法来缩短换刀时间来提高切削速度。

下面介绍几种常用加工中心的换刀方法:1、多主轴换刀这种机床没有传统的刀库和换刀装置，而是采用多个主轴并排固定在主轴架上，一般为3~18 个。

每根主轴由各自的电动机直接驱动，并且每个主轴上安装了不同的刀具。

换刀时不是主轴上的刀具交换，而是安装在夹具上的工件快速从一个主轴的加工位置移动到另一个装有不同刀具的主轴，实现换刀并立即加工。

立式加工中心主轴组件的结构设计开题报告

立式加工中心主轴组件的结构设计开题报告立式加工中心主轴组件的结构设计1 综述1.1 本课题研究的目的和意义装备工业的技术水平和现代化程度决定着整个国民经济的水平和现代化程度，数控技术及装备是发展高新技术产业和尖端工业（如：信息技术及其产业，生物技术及其产业，航空、航天等国防工业产业）的使能技术和最基本的装备。

制造技术和装备就是人类生产活动的最基本的生产资料，而数控技术又是当今先进制造技术和装备最核心的技术。

当今世界各国制造业广泛采用数控技术，以提高制造能力和水平，提高对动态多变市场的适应能力和竞争能力。

此外世界上各工业发达国家还将数控技术及数控装备列为国家的战略物资，不仅采取重大措施来发展自己的数控技术及其产业，而且在“高精尖”数控关键技术和装备方面对我国实行封锁和限制政策。

总之，大力发展以数控技术为核心的先进制造技术已成为世界各发达国家加速经济发展、提高综合国力和国家地位的重要途径。

加工中心是典型的集高新技术于一体的机械加工设备，它的发展代表了一个国家设计、制造的水平，因此在国内外企业界都受到了高度重视。

本课题的目的是进行立式加工中心主轴组件的结构设计，主轴组件作为加工中心的执行元件，它带动刀具进行切削加工、传递运动、动力及承受切削力等，并需满足相关的技术指标要求。

1.2 本课题拟解决的关键问题各类机床对其主轴组件的要求，主要是精度问题，就是要保证机床在一定的载荷与转速下，主轴能带动工件或刀具精确地、稳定地绕其轴心旋转，并长期地保持这一性能。

主轴组件的设计和制造，都是围绕着解决这个基本问题出发的。

为了达到相应的精度要求，通常，主轴组件应符合以下几点设计要求：1）旋转精度指机床在空载低速旋转时，主轴前端安装工件或刀具部位的径向和轴向跳动值满足要求。

目的是保证加工零件的几何精度和表面粗糙度。

2）刚度指主轴组件在外力的作用下，仍能保持一定工作精度的能力。

刚度不足时，不仅影响加工精度和表面质量，还容易引起振动。