学位论文—加工中心换刀机构课程设计说明书论文.doc
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1、任务分配总体方案设计:传动系统设计:动力电机系统设计:控制电路设计:软件编程:电力供电系统:附上整体效果图【图片】毕业设计(论文)原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺:所呈交的毕业设计(论文),是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知,除文中特别加以标注和致谢的地方外,不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果,也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体,均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作 者 签 名: 日 期: 指导教师签名: 日期: 使用授权说明本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计
2、(论文)的规定,即:按照学校要求提交毕业设计(论文)的印刷本和电子版本;学校有权保存毕业设计(论文)的印刷本和电子版,并提供目录检索与阅览服务;学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文;在不以赢利为目的前提下,学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名: 日 期: 学位论文原创性声明本人郑重声明:所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名: 日期: 年 月 日学
3、位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定,同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅。本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名:日期: 年 月 日导师签名: 日期: 年 月 日指导教师评阅书指导教师评价:一、撰写(设计)过程1、学生在论文(设计)过程中的治学态度、工作精神 优 良 中 及格 不及格2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度 优 良 中 及格 不及格3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的
4、能力 优 良 中 及格 不及格4、研究方法的科学性;技术线路的可行性;设计方案的合理性 优 良 中 及格 不及格5、完成毕业论文(设计)期间的出勤情况 优 良 中 及格 不及格二、论文(设计)质量1、论文(设计)的整体结构是否符合撰写规范? 优 良 中 及格 不及格2、是否完成指定的论文(设计)任务(包括装订及附件)? 优 良 中 及格 不及格三、论文(设计)水平1、论文(设计)的理论意义或对解决实际问题的指导意义 优 良 中 及格 不及格2、论文的观念是否有新意?设计是否有创意? 优 良 中 及格 不及格3、论文(设计说明书)所体现的整体水平 优 良 中 及格 不及格建议成绩: 优 良 中
5、及格 不及格(在所选等级前的内画“”)指导教师: (签名) 单位: (盖章)年 月 日评阅教师评阅书评阅教师评价:一、论文(设计)质量1、论文(设计)的整体结构是否符合撰写规范? 优 良 中 及格 不及格2、是否完成指定的论文(设计)任务(包括装订及附件)? 优 良 中 及格 不及格二、论文(设计)水平1、论文(设计)的理论意义或对解决实际问题的指导意义 优 良 中 及格 不及格2、论文的观念是否有新意?设计是否有创意? 优 良 中 及格 不及格3、论文(设计说明书)所体现的整体水平 优 良 中 及格 不及格建议成绩: 优 良 中 及格 不及格(在所选等级前的内画“”)评阅教师: (签名) 单
6、位: (盖章)年 月 日教研室(或答辩小组)及教学系意见教研室(或答辩小组)评价:一、答辩过程1、毕业论文(设计)的基本要点和见解的叙述情况 优 良 中 及格 不及格2、对答辩问题的反应、理解、表达情况 优 良 中 及格 不及格3、学生答辩过程中的精神状态 优 良 中 及格 不及格二、论文(设计)质量1、论文(设计)的整体结构是否符合撰写规范? 优 良 中 及格 不及格2、是否完成指定的论文(设计)任务(包括装订及附件)? 优 良 中 及格 不及格三、论文(设计)水平1、论文(设计)的理论意义或对解决实际问题的指导意义 优 良 中 及格 不及格2、论文的观念是否有新意?设计是否有创意? 优 良
7、 中 及格 不及格3、论文(设计说明书)所体现的整体水平 优 良 中 及格 不及格评定成绩: 优 良 中 及格 不及格(在所选等级前的内画“”)教研室主任(或答辩小组组长): (签名)年 月 日教学系意见:系主任: (签名)年 月 日目录任务分配0第1章 绪论21.1 设计背景21.2 立式数控铣床2第2章 方案设计42.1 课题内容42.2确定其自动换刀装置的形式42.3加工中心自动换刀装置(ATC)形式、特点及各自应用范围52.4刀库及刀具交换装置72.4.1刀库的形式72.4.2刀具的选择方式82.4.3刀具(刀座)识别装置102.4.4刀具交换装置15第3章 换刀机械手结构设计173.
8、1确定换刀机械手形式173.2换刀机械手的工作原理183.3机械手的自动换刀过程的动作顺序183.4两手相互垂直的回转式单臂双手机械手193.5机械手回转轴4上的齿轮齿条设计203.6自动换刀装置的相关技术要求203.6.1主轴准停装置203.6.2换刀机械手的安装与调试213.7确定刀库容量213.7.1确定刀库形式213.7.2初步估计刀库驱动转矩及选定电机213.7.3刀库转位机构的普通蜗轮蜗杆的相关设计233.7.4确定刀具的选择方式243.7.5刀库结构设计24第4章 PLC控制系统设计264.1机械手控制系统PLC的选择264.2机械手的PLC控制系统限位开关的布局示意图274.3
9、机械手自动换刀系统的工作流程274.4机械手自动换刀系统的原理294.5 PLC的硬件I/O接口原理图304.6自动换刀系统PLC程序的设计304.6.1编程软件304.6.2 PLC的控制流程图324.6.3梯形图334.6.4 指令表34课程设计心得35附录136附录237附录338参考文献39千万不要删除行尾的分节符,此行不会被打印。在目录上点右键“更新域”,然后“更新整个目录”。打印前,不要忘记把上面“Abstract”这一行后加一空行第1章 绪论1.1 设计背景加工中心(Machining Center,MC)是适应省力、省时和节能的时代要求而迅速发展起来的自动换刀数控机床,它是综合
10、了机械技术、电子技术、计算机软件技术、拖动技术、现代控制理论、测量及传感技术以及通信诊断、刀具和编程技术的高科技产品。由于加工中心能集中完成多种工序,因而可减少工件装夹、测量和调整时间,减少工件周转、搬运存放时间,使机床的切削利用率高于通用机床3倍4倍,所以说,加工中心不仅提高了工件的加工精度,而且是数控机床中生产率和自动化程度最高的综合性机床。1958年,美国卡尼,特雷克(Kearney&Trecker)公司首次把铣、钻、镗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
11、生产,不断扩大和完善机床的功能,成为数控机床中发展最快、需求量最大的商品之一。如今,世界上出现了立式、卧式、龙门式、落地式等各种加工中心,据不完全统计,大约有1000多个品种规格。未来加工中心的发展动向是高速化、进一步提高精度和愈发完善的机能。加工中心是数控机床的代表,是高新技术集成度高的典型机电一体化机械加工设备,我国的加工中心从70年代开始,已有很大发展,但技术、品种和数量上都还远不能适应我国经济、技术发展的需要。随着我国工业的不断发展,推动了模具制造业、机械加工业的巨大发展,使得数控机床的使用越来越普遍,而加工中心更是以其高自动化程度得到广泛应用。然而,目前市场上生产和销售的都是以大、中
12、型的加工中心为主,小型加工中心几乎是空白,而机械加工业、小型模具的制造、工科院校、技工学校等对小型加工中心存在着大量的需求。为加速我国加工中心的发展,需进一步加强对加工中心的研究、设计、制造和应用。1.2 立式数控铣床立式数控铣床的主轴轴线与工作台面垂直,是数控铣床中最常见的一种布局形式。立式数控铣床一般为三坐标 ( X 、 Y 、 Z )联动 , 其各坐标的控制方式主要有以下两种:1 )工作台纵、横向移动并升降,主轴只完成主运动。目前小型数控铣床一般采用这种方式 。2 ) 工作台纵、横向移动,主轴升降。这种方式一般运用在中型数控铣床中 。立式数控铣床的功能分为一般功能和特殊功能。一般功能是指
13、各类数控铣床普遍所具有的功能。如点位控制功能、刀具半径自动补偿功能、镜象加工功能、 固定循环功能等。特殊功能是指数控铣床在增加了某些特殊装置或附件后,分别具有或兼备的一些特殊功能。如刀具长度补偿功能、靠模加工功能、自动变换工作台功能、自适应功能、数控采集功能等。数控铣床的主轴开启与停止,主轴正反转与主轴变速等都可以按输入介质上编入的程序自动执行。不同的机床其变速功能与范围也不同。有的采用变频机组,固定几种转速,可自选一种编入程序,但不能在运转时改变。有的采用变频器调整,将转速分为几档,编程时可任选一档,在运转中可通过控制面板上的旋钮,在本档范围内自由调节;有的则不分档,编程时可在整个范围内无级
14、调速。但是在实际操作中,调速不能有大起大落的突变,只能在允许的范围内调高或调低,只能在允许的范围内一般都设有自动拉、退刀装置,能在数秒内完成装刀与卸刀,换刀比较方便。此外,多坐标数控铣床的主轴可以绕X、Y或Z轴作数控摆动,扩大了主轴自身的运动范围,但是主轴结构更加复杂。第2章 方案设计2.1 课题内容依据设计任务书,我们的任务是给数控立式铣床设计安装合适的自动换刀装置,以力涛-CNC1000数控立式升降台铣床为例。主要技术参数为: 工作范围 X轴行程 1050mm Y轴行程 650mm Z轴行程 500mm 立柱最前端至主轴中心 650mm 工作台加工面积(长宽) 1400320mm 工作台承
15、载重量 800kg 主轴最高转速 8000rpm 快速进给速度X轴 5m/min 快速进给速度Y轴 5m/min 快速进给速度Z轴 5m/min 刀库刀具数 20把 定位精度 0.005/300mm 重复定位精度 0.003mm 加工精度 0.008mm 主轴锥孔 BT40 刀具最大直径 80mm 换刀时间(刀对刀) 4秒 最大进给速度 5000m/min 2.2确定其自动换刀装置的形式由于LT-CNC1000数控立式升降台铣床是一种使用范围较广的机床,且其可加工零件的精度要求也较高,比较上章介绍的几种换刀形式,决定选用带刀库的自动换刀形式。LT-CNC1000数控立式升降台铣床主轴箱上方没有
16、好的安装位置,安装在机床外又要增加刀具运输时间,降低效率,所以安装在机床侧面最合适,有些部件交错的地方,作适当的调整。设计成由由盘式刀库和回转式双臂机械手组成。设计增加自动换刀装置后的LT-CNC1000数控立式升降台铣床的外观图如图2-1所示。 图2-1数控立式升降台铣床的外观图2.3加工中心自动换刀装置(ATC)形式、特点及各自应用范围由刀库和机械手组成的自动换刀装置(Automatic Tool Changer,ATC)是加工中心的重要组成部分。加工中心上所需更换的刀具较多,从十几把到几十把甚至上百把,故通常采用刀库形式,其结构比较复杂,自动换刀装置种类繁多。由于加工中心上自动换刀次数比
17、较频繁,故对自动换刀装置的技术要求十分严格如要求定位精度高动作平稳,工作可靠以及精度保持性等。这些要求都与加工中心的性能息息相关。在使用立式数控铣床加工工件时,只要充分利用数控铣床的各种功能,就可以加工许多普通铣床难加工的工件。数控铣床的主要加工对象有:平面类零件;变斜角类零件;曲面类(立体类)零件。表2-1 加工中心上的换刀装置形式类别特点应用范围转塔式垂直转塔头1. 根据驱动方式不同,可分为顺序选刀或任意选刀2. 结构紧凑简单3. 容纳刀具数目少用于钻削中心水平转塔头刀库式无机械手换刀1. 利用刀库运动与主轴直接换刀,省去机械手2. 结构紧凑3. 刀库运动较多小型加工中心机械手换刀1. 刀
18、库只做选刀运动,机械手换刀2. 布局灵活,换刀速度快各种加工中心机械手和刀具运送器1. 刀库距机床主轴较远时,用刀具运送器将刀具送至机械手2. 结构复杂大型加工中心成套更换方式更换转塔1. 利用更换转塔头,增加换刀数目2. 换刀时间基本不变扩大加工工艺的钻削中心更换主轴箱1. 利用更换主轴箱,扩大组合机床加工工艺范围2. 结构比较复杂扩大柔性的组合机床更换刀库1. 扩大加工工艺,更换刀库,另有刀库存储器2. 充分提高机床利用率和自动化程度3. 扩大加工中心的加工工艺范围加工复杂零件,需刀具很多的加工中心2.4刀库及刀具交换装置刀库的功能是储存加工工序所需的各种刀具,并按程序指令,把即将要用的刀
19、具迅速、准确地送到换刀位置,并接受从主轴送回的已用刀具。所以说它是自动换刀装置中主要部件之一。 2.4.1刀库的形式根据刀库的容量和存取刀具的方式,刀库可设计成多种形式。目前常见的刀库类型如下:盘式刀库 此刀库结构简单,应用较多。此换刀装置的优点是结构简单,成本较低,换刀可靠性较好,缺点是换刀时间长,适用于刀库容量较小的加工中心上采用。如图2-2所示。链式刀库 此刀库结构紧凑,刀库容量较大,链环的形状可根据机床的布局制成各种形状,也可将换刀位突出以便于换刀,能充分利用机床的占地空间,通常为轴向取刀,位置精度较低,造价也较高。如图2-3所示。格子箱式刀库 结构紧凑,刀库空间利用率高,换刀时间较长
20、。布局不灵活,通常刀库安装在工作台上,应用者较少。如图2-4所示。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。如图2-5所示。 图2-2 盘式刀库 图2-3 链式刀库 图2-4 格子箱式刀库 图2-5 直线式刀库 2.4.2刀具的选择方式在自动换刀装置换刀时,按数控装置的刀具选择指令,从刀库中将所需要的刀具准确地自动地选出,并转换到取刀位置称为自动选刀。从刀库中选择刀具通常采用下述方式:(1)顺序选择方式 顺序选择方式是按零件加工的预定工序要求依次将所用刀具存入刀库的刀座中,使用时按顺序将其转到取刀位置。用过的刀具放回原来的刀座中,亦可以按加工顺序故入下一
21、个刀座中。这种方法不需要刀具识别装置,驱动控制也较简单,工作可靠,但刀具不能重复使用。即工艺相同的不同工序,也要重新安排刀具,故增加了刀具数量和刀库容量。一般用于刀具较少的中小型加工中心、加工批量较大但工件品种较少的加工中心、刀库与主抽之间直接换刀的加工中心、有自动换刀库的数控机床(当加工小批量零件时)。另外,在装刀时必要认真谨慎对号入座,否则将会产生严重后果。(2)任意选择刀具方式 这种方法根据程序指令的要求任意选择所需要的刀具,刀具在刀库中不必按照工件的加工顺序排列,可任意存放。每把刀具(或刀座)都编上代码自动换刀时,刀库旋转,每把刀具(或刀座)都经过“刀具识别装置”接受识别。当某把刀具的
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