加工中心盘式刀库自动换刀控制系统设计
数控加工中心自动换刀系统设计
摘要本文主要对数控加工中心自动换刀系统及控制系统进行设计。
本文主要对数控加工中心自动换刀系统及控制系统进行设计。
第一，了解数控加工中心的分类，其按换刀形式的分类以及加工中心刀库的形式；然后根据给定的参数进行刀库类型的选择以及电动机的确定；接着对刀库的转位定位机构进行了设计；最后是对于控制系统进行了简单设计。
关键字：加工中心，换刀系统，刀库，PLC。
目录1绪论 (3)2.刀库的总体设计方案 (5)2.1课程设计的任务及要求 (5)2.2刀库的类型选择 (5)3.电机的选择 (6)3.1电机的选型及相关参数 (6)3.2各部分转动惯量的计算 (6)3.3预选电机 (6)3.4电机的校核 (7)4.机械系统的设计 (7)4.1刀库转动定位机构的设计 (7)4.2滚动轴承的选择计算 (9)4.2 轴的校核计算 (10)4.3 键的设计计算 (10)5.控制系统的设计 (11)5.1 刀库的换刀动作如下： (11)5.2利用PLC实现随机换刀 (12)参考文献 (15)1绪论在现代数控机床中，加工中心(MC-Machining Center)能进行自动换刀、自动更换工件，实行平面、任意曲面、孔、螺纹等加工，成为一种独特的多功能高精、高效、高自动化的机床，并迅速向高速化、复合化、环保化、五轴联动等方向发展，己成为当今国际机床展上最大的亮点。
加工中心特别适合于箱体、框架、叶片等特殊复杂零件的柔性高效加工，能减省一些普通铣床、钻床、键床，提高加工精度和效率，减少转换时间，降低生产成本。
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的市场需求在不断增多。
特别是在要求适量柔性、大批高效生产的汽车工业、单件、小批重切、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。
1996年国产加工中心与进口加工中心的台数比，仅为百分之几，到2005年逐步增长到39.4%。
2005年与2000年相比，进口的加工中心数量增加4.8倍。
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课件之家精心整理资料--欢迎你的欣赏加工中心自动换刀系统 1前言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[1]工。
人们一直寻求各种方式，提高加工中心的加工效率。
如提高进给与移动速度、提高主轴转速、加大主轴电机功率、加大切削用量、采用高质量刀具等。
在高节拍多次换刀的加工过程中，缩短换刀时间，可大大提高生产效率。
国内外加工中心生产厂家都投入大量的资金和精力，研制自动换刀装置，以缩短换刀时间，提高工作效率和竞争力。
自动换刀装置是专门为大中型加工中心配套，实现其刀具储备及自动交换功能的重要功能部件，是高档加工中心和重型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，以提高生产率，降低生产成本，进而提升机床乃至整个生产线的生产力。
自动换刀装置的换刀速度和可[2]靠性，是数控机床系统先进与否的一个重要标志。
2、自动换刀系统的组成[2,3,5]自动换刀系统一般由刀库、机械手和驱动装置组成。
一般来说，刀库容量可大可小，其装刀数量在20,180把之间。
刀库的功能是存储刀具并把下一把即将要用的刀具准确地送到换刀位置，供换刀机械手完成新旧刀具的交换。
当刀库容量大时，常远离主轴配置且整体移动不易，这就需要在主轴和刀库之间配置换刀机构来执行换刀动作。
完成此功能的机构包括送刀臂、摆刀站和换刀臂，总称为机械手。
具体来说，它的功能是完成刀具的装卸和在主轴头与刀库之间的传递。
[4]驱动装置则是使刀库和机械手实现其功能的装置，一般由步进电机或液压(或气液机构)或凸轮机构组成。
机械手完成刀库里的刀与主轴上的刀的交换工作。
由于数控加工中心的刀库容量、换刀可靠性及换刀速度直接影响到加工中心的效率，而自动换刀就是进一步压缩非切削时间，提高生产效率，改善劳动条件。
所以数控机床为了能在工件一次装夹中完成多道加工工序，缩短辅助时间，减少课件之家精心整理资料--欢迎你的欣赏课件之家精心整理资料--欢迎你的欣赏多次安装工件所引起的误差，必须带有自动换刀装置。
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。
加工中心的自动换刀系统
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
加工中心自动换刀系统设计(盘式)——刀库设计开题报告
（4）直线式刀库 刀库容量少，一般在十几把左右，多用于自动换刀数控车床，钻床上也有采用。
目前常见的换刀机械手类型有：①单臂单手式机械手 结构较简单，换刀各动作均需顺序进行，时间不能重合，故换刀时间较长。
1958年，美国卡尼，特雷克（Kearney&Trecker）公司首次把铣、钻、镗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。
二、国内外研究综述：
在加工中心中，刀库和机械手组成自动换刀装置（Automatic Tool Changer,简称ATC），而自动换刀装置的好坏，将直接影响加工中心的好坏，从目前情况看，加工中心的主机部分基本定型，变化不大，但自动换刀装置种类繁多，五花八门，是最难搞好的部分。它是加工中心的象征，又是加工中心成败的关键环节。因此各加工中心制造厂家都在下大力研制动作迅速、可靠性高的自动换刀装置，以求在激烈的竞争中取得好效益，正因为自动换刀装置是加工中心的核心内容，各厂家都在保密，极少公开有关资料，尤其机械手这部分更是如此。
[6] 林宋，田建君编.现代数控机床.北京：化学工业出版社，2003
[7] 曹秋霞，马国亮.小型立式加工中心圆盘式刀库的设计.机电产品开发与创新，2005
[8] 向金林.TH7130立式加工中心自动换刀系统的设计.装备制造技术，2006
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。
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。
本科毕业论文-加工中心自动换刀系统设计
加工中心自动换刀系统设计摘要本次毕业设计的题目是加工中心自动换刀系统设计，加工中心作为新时代数控机床的代表，已在机床领域广泛使用，自动换刀系统作为加工和中心最重要的部分之一，它的发展也直接决定了加工中心的发展。
自动换刀系统解决了工件一次装夹后多工序连续加工中，工序与工序间的刀具自动更换任务，实现了一次装夹完成多种加工。
本论文主要介绍的是加工中心自动换刀系统的整体设计过程，设计过程共分为以下几大部分：一、机械结构部分。
自动换刀系统机械结构的设计与计算，主要分为两大部分，刀库部分和机械手部分。
这一部分分别介绍了传动机构的工作原理、选型计算、校核等，如轴类零件、蜗轮蜗杆副、齿轮、花键、电机等。
二、气压部分。
气压部分主要包括气压系统的整体设计与气压元件的选用和计算。
整体设计包括气压系统原理图的绘制，气压回路的构成；气压原件的选择主要为气压缸、气压泵和各种阀类元件。
三、控制部分。
其中包括了控制器的选用、控制流程图的绘制、硬件电路图的绘制、控制程序的编写。
通过分析加工中心的整体结构和自动换刀系统的特点、应用条件，设计要求等，并结合在数控机床上对刀库和换刀机械手的需要，实现了自动换刀系统灵活换刀、快速换刀的目的。
关键词：加工，中心刀库，机械手AbstractThe graduation design topic is processing center for ATC system design.As the new times representative of numerical control machines, automatic processing center had been widely used in the fields all over the world. As the most important parts of processing center, the development of ATC system had point out the development direction of the center.The ATC system had solved the program of milling cutter change between procedure. The system realize many kinds of machining one time.This thesis mainly introduces the design process of processing center for ATC systemThe design process is divided into the following sectionPart 1 Mechanism systemThe mechanical design and structure of ATC system had been is divided into two point: magazine tool and manipulator. This part had introduced the principle, model selection ,checking and so on .For instance ,the component of axle, turbine, spline and the dynamo.Part 2 Pressure systemThis part contain the overall design, and pneumatic components of the selection and calculation,the overall design contain how to drawn up the diagram of Pressure system ,the compose of Pressure system and choice of air lift pump , pneumatic cylinder and many kinds of elementPart 3 Control systemThis part account for the choice of controller , how to drawn up the flow chart , how to drawn up diagram and write scriptBy analyzing the overall of processing center of ATC system structure, automatic system features and conditions, the design demands magazine tool , numerical control and manipulator And make it change magazine tool one to another system automatically quickly and flexible.Keywords: processing center, magazine tool , manipulator.目录第1章绪论 (1)1.1 加工中心用途和特点 (1)1.2 加工中心自动换刀系统概述 (2)1.3 题目的来源及意义 (3)1.4 设计内容 (4)1.5 加工中心自动换刀系统方案设计 (4)1.5.1 刀具的选择方式 (4)1.5.2 刀库的选择 (5)1.5.3 换刀形式的选择 (5)1.5.4 机械手结构形式的选择 (6)1.5.5 自动换刀系统的工作过程 (6)1.5.6 加工中心自动换刀系统外形图 (7)第2章机械结构的设计 (9)2.1 刀库结构的设计 (9)2.1.1 刀库总体传动方案的设计 (9)2.1.2 刀库中刀座处结构的设计 (10)2.1.3 刀具系统 (11)2.1.4 刀库主要设计参数 (12)2.1.5 电动机的初选 (13)2.1.6 确定传动装置的传动比 (14)2.1.7 确定各轴转速、转矩和功率 (14)2.1.8 电动机的校核 (16)2.1.9 刀库转位机构的设计 (17)2.1.10 蜗轮轴的校核 (22)2.1.11 键的选择及校核 (28)2.1.12 联轴器的选择 (29)2.1.13 轴承的选择 (29)2.2 机械手结构的设计 (29)2.2.1 机械手总体传动方案的设计 (29)2.2.2 齿轮齿条的设计计算 (32)2.2.3 机械手上的花键选择及校核 (34)第3章气压系统的设计 (36)3.1 气压系统原理图 (36)3.2 气压原件的选择 (37)3.2.1 气缸的选择 (37)3.2.2 气压阀类元件的选用 (40)3.2.3 气源装置及气动辅助元件的选用 (41)第4章控制系统的设计 (44)4.1 控制器的选择 (44)4.2 控制流程图 (45)4.3 利用PLC实现随机换刀 (45)4.4 硬件电路的设计 (49)4.5 电器元件介绍 (50)第5章总结 (51)参考文献 (52)致谢 (53)附录 (54)第1章绪论1.1加工中心用途和特点数控机床的发展与应用，大大降低了零件加工的辅助时间，极大的提高了生产率。
三菱盘式刀库加工中心机床控制设计
２ 大小刀的换刀控制的分析研究
通过系统控制解 决了大端 由于用户在使用机床 时常会用到端 面飞刀等大直径的刀具 司项 目要求并兼顾 成本和机床 功能， 为客户提 高生产 效率， 从而提 （ 简 称大刀 ） ， 这些 刀具装 入刀库后左右相 临的刀套 内 就 无法 面刀等大直径刀具 的换刀 问题 ， 高其经济效益做 出了 一定的贡献 。 圆盘 式 （ 机 械手） 刀库采用的 放入刀具 。 圆盘 式 （ 机械手 ） 刀库采用 的是 随机 换刀， 刀具所在 刀具所在 的刀套并不固定， 如果换大直径的刀就有 的刀套并不固定， 如 果换大直径的刀就有可能和相 临的刀具发 是随机换 刀， 所 以Ｐ Ｌ Ｃ 需要对此种情 况进行处 生碰 撞 ， 所 以Ｐ Ｌ Ｃ 需要对此种情 况进行处理。 Ｐ Ｌ Ｃ 程序设计思路 可 能和刀位 空出来 ， 和解 决方法 ： 要解决此 问题最关 键的就是要让大 刀两侧 的刀位 理 。 然 后再进行换 空出来， 当换刀 时首先把 大刀放入 两侧 是空刀 的刀套里 。 本次 当换刀时首先把大 刀放 入两侧是空刀的刀套里 ， 在此设计 中还为客户完善了使用过程中的一些辅助功能 ， 使 设计 的刀库为２ ４ 把刀 的圆盘 式刀库， 由于大 刀要 占用 左右 的刀 刀。 更安全 ， 得到 了客户的认可。 通 过三菱圆盘式 套位 ， 极 限情 况下２ ４ 位可 以装下 ｌ ｌ 把刀， 但 由于实 际使 用中 几乎 客户使用更方便、
设计分析 ・
三菱盘式刀库加工中心机床控制设计
章 俊（ 武汉利德 工业技 术服务有限公 司， 湖 北 武汉 ４ ３ ０ ０ ０ ０ ）
摘 要： 为满足 客户 需求 ， 根 据公 司项 目 要求并 兼顾 成本 和 机床 功能 ， 设 计 圆盘 式 （ 机 械手 ） 刀库加 工中心的系统控 制 。 要求 系统 功能完 整， 保 护周 全。 对 用户在 使 用机床 时常会用到端 面飞刀等 大直径 的刀具 （ 简称 大刀 ） 遇 到的换 刀问题 进行 分析 ， 由于圆盘 式 （ 机 械手 ） 刀库采 用的
加工中心自动换刀系统设计(盘式)
摘要刀库是自动换刀装置中最主要的部件之一，其容量、布局以及具体结构对加工中心的设计有很大影响。
16刀刀库是在小型加工中心应用最为广泛，根据使用的场合和实际运用的要求，设计了相应的16刀的圆盘式刀库，并且对它的控制进行了一定的研究。
论文首先对16刀刀库总体设计方案进行阐述，阐述其各部件的工作原理，然后就刀库的结构设计与控制分章节对各个部分进行计算与设计。
刀库的结构设计是本文研究的重点，传动部分为蜗杆蜗轮的一种减速装置，对于该装置中的蜗杆、蜗轮以及相关的轴都进行了详细的计算;控制部分为刀库送刀部分，由液压控制和PLC控制完成。
关键词：加工中心，刀库，蜗杆蜗轮，液压，PLC。
ABSTRACTTool storage is one of the main components of the automatically-trading-knife installment. Its capacity, position and structure have great influence to the design of the machining centre.16-tool tool storage is widely used in the machining centre. Based on the situation and requirement the 16-tool used, the disc-style tool storage of the 16-tool is designed and some research about its control is made in this paper. The paper illustrates the design project of the 16-tool tool storage firstly, and then explains its operation principle, and at last calculates and designs the structure and control of the tool storage separately by chapters.The design of the structure of the tool storage is the key point of this research. Driving part is a decelerating set of the worm and worm gear. The sizes of the worm, worm gear and axis are calculated. The control parts are tool storage delivering parts, which is completed by the hydraulic pressure and PLC control.Key words: machining centre, Magazine, worm, worm gear, hydraulic pressure, PLC目录摘要 (1)绪论 (3)1引言 (3)1.1加工中心简介 (4)1.1.1加工中心的发展简史 (4)1.1.2加工中心的结构组成 (6)1.1.3加工中心的分类 (7)1.1.4加工中心的发展趋势 (10)2刀库的类型 (13)2.1刀库的类型 (14)2.2刀库的结构与传动 (17)2.3刀库驱动电动机的选定 (20)2.3.1按负载转矩选 (20)2.3.2按加速时的最大转矩选 (22)2.3.3校验 (23)2.3.4分配传动比 (23)3刀库传动机构的设计 (24)3.1初定刀套线速度 (24)3.2刀库传动方式 (24)4.1轴的材料 (32)4.2蜗杆轴的初步估算 (32)4.2.1初步估算轴的最小直径 (32)4.2.2选择联轴器 (32)4.2.3确定滚动轴承的类型 (34)4.2.4初步估计蜗杆轴各段的尺寸 (34)4.3蜗轮轴的初步估算 (35)4.3.1初步估算轴的最小直径 (35)4.3.2确定轴伸处的最小直径 (36)4.3.3确定滚动轴承的类型 (36)4.3.4初步估计蜗轮轴的各段尺寸 (36)4.4轴径的设计与校核 (37)4.4.1 蜗杆轴 (37)4.4.2蜗轮轴的计算 (43)5轴承的校核 (49)5.1蜗杆轴 (49)5.2蜗轮轴 (49)6其它零部件尺寸的设计与计算 (51)6.1回零减速撞块尺寸的计算 (51)6.2刀盘与刀套的设计 (52)6.2.1 刀套 (52)6.2.2 刀盘 (53)6.3刀具（刀座）识别装置 (53)7液压系统的设计 (55)7.1液压缸的载荷组成和计算 (55)7.2液压缸内径以及其它尺寸的确定 (55)7.2.1计算液压缸的主要结构尺寸 (56)7.2.2 油缸壁厚的计算 (57)7.2.3 缸底厚度计算 (58)7.3油缸长度L的确定 (59)7.4液压系统初步设计 (59)8 PLC控制 (61)9结论 (64)10致谢 (66)参考文献 (67)本章首先从数控机床的发展历程引出加工中心的发展趋势，再具体到本次设计针对的刀库的任务要求，明确了本设计任务的主要内容。
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。
基于PLC的刀库自动换刀控制系统设计
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毕业设计：盘式刀库及其自动换刀装置的设计说明书
1 绪论1.1数控加工中心自动换刀装置概述机床是制造机器的机器，机床工业的技术水平决定着装备制造业乃至整个国民经济的技术水平。
当今社会，数控机床几乎已经扩展到了所有加工领域，许多工厂为了适应产品的频繁更新、提高加工精度、降低生产成本、缩短产品交货周期和减轻劳动强度，在中等批量、甚至大批量生产中应用数控机床，并取得了良好的经济效益。
数控加工中心带有刀库和自动换刀装置，是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（ATC）是加工中心的重要组成单元，其设计质量的好坏，直接影响加工中心的质量。
ATC由刀库和机械手组成，它的机构和运动复杂、性能要求高。
刀库的功能是储存刀具，并且按程序指令，把即将要用的刀具迅速、准确地送到换刀位置，因此刀库的位置、体积大小能否适合加工中心的整体设计，刀库的运动机构能否使刀库平稳运转并准确地停在换刀位置，运动过程有无干涉、卡死等现象，都是设计人员非常关心的问题。
机械手的功能是把刀库上的刀具送到主轴上，再把主轴上已用过的刀具送回刀库。
它的动作要求迅速而准确，所以对机构的结构、定位、运动、夹持力的大小等都有很高的要求，一旦有运动故障或定位、运动误差过大，都会造成换刀动作失败，掉刀。
当今时代，高速加工中心已成为加工行业未来的发展趋势。
高速功能部件如电主轴、高速丝杠和直线电动机的发展应用极大地提高了切削效率。
为了配合机床的高效率，作为加工中心的重要部件之一的自动换刀装置的高速化也相应成为高速加工中心的重要技术内容。
未来机床产业的发展，均以追求高速、高精度、高效率为目标。
随着切削速度的提高，切削时间的不断缩短，对换刀时间的要求也在逐步提高；换刀的速度已成为高等级机床的一项重要指标。
因此，对数控机床的刀库及其自动换刀装置的研究和发展有着重要的意义。
1.2国内外自动换刀装置设计的发展情况自动换刀系统是数控机床的重要组成部分。
刀具夹持元件的结构特性及它与机床主轴的联结方式，将直接影响机床的加工性能。
数控加工中心刀库换刀系统
数控加工中心刀库换刀系统————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：郑州电力职业技术学院课程设计说明书题目机电一体化技术与系统课程设计--数控加工中心刀具换刀系统的设计系别机电工程系专业机电一体化班级09级机电四班姓名设计时间指导教师二○一一年二月一日郑州电力职业技术学院目录一、课程设计任务 (2)二、课程设计要求 (2)三、课程设计的参数设置 (2)四、课程设计过程 (2)第一节PLC基本介绍 (2)第二节阐述PLC的工作原理 (6)第三节列出I/O配置表 (10)第四节刀盘取刀示意图 (11)第五节本系统梯形图及指令表 (13)第六节本系统的开发环境 (17)第七节本系统的改进 (19)第八节总结 (21)参考文献 (22)五、指导教师评价 (23)课程设计任务书一、课程设计任务设计一个数控加工中心刀具库换刀系统。
二、课程设计要求刀具由PLC控制来实现其功能。
斗笠式刀库装6把刀，从上向下看顺时针编号，如图4-1所示。
以机械手位置为基准，刀号变大方向连续3把刀盘逆时针换刀；刀号变小连续2把刀采用顺时针旋转换刀。
例如：假设1号刀为停留在机械手位置处时，调去1号刀时刀盘不动作；调取5、6号刀时刀盘顺时针旋转，调去2、3、4号刀时，刀盘逆时针旋转。
三、课程设计的参数设置1、寄存器D0;机械手当前位置寄存器。
2、寄存器D1：程序刀号寄存器。
3、寄存器D3：偏差寄存器。
4、参数K：参数K1、K2、K3、K4、K5、K6分别为1、2、3、4、5、6。
四、课程设计过程第一节PLC基本介绍可编程控制器( Programmable Controller )简称PC,为了避免和通用计算机的简称PC 同意，在很多书中对可编程控制器仍沿用PLC的简称。
1968年美国的汽车工业首先提出了可编程控制器的概念，1969年美国数字设备公司制造出了世界上第一台PLC，这时的可编程控制器只能用于执行逻辑判断、定时、计数等顺序控制功能，所以称为可编程控制器，简称PLC。
加工中心自动换刀装置结构设计
加工中心自动换刀装置结构设计作者：ee（ee）指导教师：ee[摘要]本论文完成的是立式加工中心盘式刀库的传动设计、结构设计以及机械手部分的传动设计、结构设计。
盘式刀库在数控加工中心上应用非常广泛，其换刀过程简单，总体结构简单、紧凑，定位精度高。
刀库传动部分采用蜗轮蜗杆减速装置，可提高输出轴的传动平稳性能，即提高刀盘的运转平稳性。
刀库满载装刀16把，采用单环排列方式放置。
本次设计中的机械手采用单臂双手式机械手，可以同时完成插刀和拔刀动作，结构简单，换刀时间短。
机械手传动部分采用一个液压升降缸和液压回转缸带动花键轴，进而带动机械手的运动。
[关键词]立式加工中心；盘式刀库；机械手；自动换刀装置Automatic tool changer structural design of machiningcentersAuthor：ee(ee)Tutor：eeAbstractwhat finished in this paper is drive design, structural design and the power transmission parts design of disc tool magazine in vertical machining center. This tool magazine is widely applied in NC machining center. And the process of changing tools is simple, short change time , high precision, simple and compact of structure, reliable, easy maintenanced and low cost. The transmission part of this tool magazine adopts gear reducer. The design of worm gearbox device can improve the stationarity of output shaft, namely, increasing the operation stability and smooth transmission properties of tool magazine.Transmission device of tool magazine adopts a adjusting sleeve to eliminate the transmission clearance of worm.This tool magazine can load 16 cutting tools which are arranged with monocylic and according to the principle of nearby to choose the right tool. The manipulator of this design is the manipulator with one arm and pair of hands.The advantage of this manipulator is that it can complete the action of inserting tool and pulling out the tool at the same time,simple structure and short change time. Mechanical transmission part adopts a hydraulic lift cylinder and hydraulic cylinder drives the spline shaft rotation, thus drive the motion of the manipulator.Key wordsV ertical machining center; Disc tool magazine; Manipulator; Automatic Tool Changer目录引言 ................................................... 错误!未定义书签。
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。
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第５ 期 ２ １ 年 ５月 ０１
文章编号 ：０ １３ ９ （０ ）５ ０ ３— ３ １０ — ９ ７ ２ １ ０ — １ ７ ０ １
机 械 设 计 与 制 造
Ｍａ ｈ ｎ ｒ Ｄｅ ｉｎ ｃ ｉ ｅｙ ｓｇ ＆ Ｍａ ｕ ａ ｔ ｒ ｎ ｆ ｃｕ ｅ １７ ３
加 工 中心盘 式刀库 自动换 刀控 制 系统设计 米
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中图分 类号 ： Ｈ１ ， Ｐ ７ ＋４ 文献标 识码 ： Ｔ ６Ｔ ２ １． 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
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【 要】 摘 针对 自 主研发制作的微型盘式刀库加工中心， 了 阐述 其具体的换刀过程， 出了一条基于 提 单片机的 自 动换刀控制方案； 重点介绍了通信和 Ｐ ＷＭ脉冲输 出 等外围电 ；Ｏ电路 中采用光隔， 高了 路 Ｉ 提 系统 的稳 定性 。 该方案根 据模 块化 的思想把 自动换 刀控 制 系统作 为一个独 立 的单元进行 设计 ，并通 过 Ｒ ２２ Ｓ３ 和数控 系统进行通信 ， 了对数控 系 降低 统的依赖性， 结构简单 ， 成本低， 通用性好 ， 并通过多次重复 试验验证 了其稳 定可靠性 。 关键 词 ： 自动换刀 ； 盘式刀 库 ； 单片机 ； 加工 中心
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