长沙航空职业技术学院毕业设计（论文） 诚信证明毕业论文（设计）加工中心自动换刀控制及常见故障分析院 系 航空机械制造工程学院 专 业 数控设备应用与维护 班 级 数设1101 学 号 姓 名 指导老师 黄登红 二一四年 月 日诚 信 声 明本人郑重声明：所呈交的大专毕业论文（设计），是本人在指导老师的指导下，独立进行研究所取得的成果。尽我所知，除了设计（论文）中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 毕业论文（设计）作者签名： 年 月 日长沙航空职业技术学院毕业设计（论文） 目 录 目 录摘要 （01）引言 （02）第一章 加工中心的发展历史（03） 1.1加工中心的定义 （03） 1.2加工中心的发展历程 （03） 1.3加工中心国内外现状 （03） 1.4国产加工中心目前存在的问题及未来发展趋势 （05） 1.5加工中心的分类 （06）第二章 12刀位斗笠式刀库组成结构及动作原理（08）2.1换刀控制流程图 （09）2.2 加工中心斗笠式刀库旋转及移动与主轴拉刀概述 （11）第三章 斗笠式刀库自动换刀装置电气原理控制（12）3.1 计数器和数据表的设置 （12）3.2 本文加工中心信号地址表 （13）3.3 加工中心斗笠式PLC电气控制原理图 （15）第四章 PMC程序设计与实现 （18） 4.1 本文斗笠式刀库自动换刀PMC控制梯形图 （18） 4.2 本文梯形图说明之加工中心斗笠式还刀控制与选刀 控（21）第五章 自动换刀装置常见故障及维修（24）5.1刀库乱刀故障处理方法 （24）5.2刀具交换时掉刀 （24）5.3加工中心刀库自动换刀故障维修实例 （26）第六章 致谢 （28）第七章 参考文献 （29） 加工中心无机械手自动换刀摘要：现代机械加工中为了进一步提高数控机床的加工效率，数控机床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的发展，因此出现了各种类型的加工中心，加工中心机床加工过程中要使用多种刀具，因此必须有自动换刀装置，以便选用不同的刀具完成不同工序的加工工艺.它是用手动方式把刀具装夹在主轴上，再通过调用换刀子程序将主轴上的刀具装入刀库.首先按预定的程序轨迹及其它要求, 实现抓取、搬运工件或操纵工具的自动化装置而可编程控制器（PLC)由于其具有的高可靠性、编程方便、易于使用和修改, 易于扩展和维护, 环境要求低、体积小巧, 安装调试方便, 在工业控制中有着广泛的应用。根据我们所设计的加工中心无机械手，应用(PLC)移位寄存指令可以很方便、灵活地对刀具进行控制。所以在加工中心机床中得到广泛应用，从而更有效的提高了机床的加工效率。但由于自动换刀控制过程中的故障率也比较高、加工中心无机械手自动换刀装置故障也比较多，所以掌握好无机械手自动换刀控制和一些常见故障处理方法非常重要。 数控加工中心由于配有刀具库和自动换刀系统，能实现一次装夹完成，多道工序，大大减少了专用工夹具的数量，缩短了生产准备时间，同时减少了多次安装造成的定位误差，提高加工精度，能实现高精高效的加工，而被各企业广泛的使用，加工中心的关键在于自动换刀系统的控制。本文着重讨论PMC 对加工中心自动换刀系统的控制，并阐述了数控加工中心自动换刀的原理，分析加工中心主轴准停，计算机随机自动换刀的PMC控制思路，以及无机械手换刀动作的分析，本文以FANUC Oi数控系统为例，给出了PMC控制程序，并对其进行了深入的分析。关键字：自动换刀；数控；可编程机床控制器；无机械手；机械准停长沙航空职业技术学院毕业设计（论文） 引 言引言加工中心是指在一次装夹中，能够实现自动铣削、钻孔、镗孔、铰孔、攻丝等多工序的数控机床。更为明确的说法是：加工中心就是自动换刀数控镗铣床。这就把加工中心和自动换刀数控车床和车削中心区别开来。加工中心区别于别的数控镗铣床的主要特点就在于它具有根据工艺要求自动更换所需刀具的功能，机自动换刀(ATC)机能。 加工中心的自动换刀系统,通常是由刀库和PLC组成,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的效益。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. 加工中心自动换刀装置有两种形式：有机械手换刀和无机械手换刀。加工中心的自动换刀装置，大都采用有机械手换刀方式。在有机械手换刀的过程中,使用一个机械手将加工完毕的刀具从主轴中拔出,与此同时,另一机械手将在刀库中待命的刀具从刀库拔出,然后两者交换位置,完成换刀过程。有机械手的系统在刀库配置、与主轴的相对位置及刀具数量上都比较灵活。因而大大减少了装卸工件和换刀等辅助时间, 消除由于多次安装造成的定位误差, 比一般数控机床更能实现高精度、高效率、高度自动化加工。ATC换刀时, 根据数控系统选刀指令, 从刀库中将所需要的刀具转到取刀位置, 称为自动选刀然后由机械手从刀库和主轴上取出刀具, 进行刀具交换, 将新刀具装人主轴, 用过的旧刀具放回刀库。 无机械手换刀方式是直接在刀库与主轴(或刀架)之间换刀的自动换刀方式。因无机械手，所以结构简单。换刀时必须首先将用过的刀具送回刀库，然后再从刀库中取出新刀具，这两个动作不能同时进行，所以换刀过程较为复杂，换刀时间较长。但是刀库回转是在工步与工步之间，即非切削时进行的，因此可免去刀库回转时的振动对加工精度的影响。无机械手换刀方式适用于40号以下刀柄的小型加工中心或换刀次数少的用重型刀具的重型机床 。长沙航空职业技术学院毕业设计（论文） 正 文 第一章 加工中心的发展历史 1.1加工中心的定义加工中心（MachiningCenter,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。1.2加工中心的发展历程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。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。1.3加工中心国内外现状由于加工中心在机械加工中的重要作用，各个工业发达国家都极为重视，在技术和产量上都发展很快。目前全球加工中心年生产量为50,00055,000台左右，并且以日本、欧盟、美国及中国台湾、韩国等为最具代表性的生产基地。日本市场消费能力强，年生产量超过10,000台。主要机种为立式加工中心，年产量约5,0006,000台，而且不断研发高速、高精密、五面加工、五轴联动加工等技术，满足特殊与复杂曲面加工工件的要求，日本生产加工中心的厂家有MAZAK、大隈、庄田、三菱等公司。德国生产最佳品质与高加工效益的加工中心，近年来生产量每年约在4,0005,000台左右。代表性机种为卧式加工中心，年生产量约1,5002,000台。其他加工中心年生产量约2,0003,000台左右，德国生产加工中心的厂家有西门子、MAKA、GEISS、科恩等公司。美国是全球机床生产代表性国家之一，但近年来由于其国内消费能力不足，再加上出口也面临市场竞争，导致其生产有逐渐下滑的趋势，年生产加工中心仅约为5,0006,000台左右，生产厂家有哈挺、MAG、Hurco等公司。台湾是全球加工中心生产量最大的供货基地，年生产量可达到16,00018,000台，其中有部分是空机台，未加装微机控制器等，平均单价有偏低的情形。韩国是全球加工中心主要生产国家之一。其加工中心主要用于韩国汽车工业、模具工业及机械工业，年生产加工中心在4,0005,000台左右。未来加工中心的生产基地则有可能是大陆，特别是日本、美国、德国、中国台湾、韩国已竞相到大陆设厂生产加工中心，再加上大陆本身的企业研发与制造，未来技术成熟、品质稳定、成本降低后，必将会成为全球重要供应基地之一。20世纪70年代我国研制的加工中心，多数因配套件和设计、制造的缺陷而不能正常使用。进入80年代后，由于引进了日本FANUC、德国SIEMENS等公司的数控系统、直流进给伺服电机和主轴电机及其伺服单元之后，数控系统的可靠性有了很大提高。但就整机而言，可靠性还不够高。20世纪90年代中期以来，随着加工中心技术的进步和配套的完善，国内生产企业注意到了采用标准功能部件来取代产品的某些部件，同