加工中心刀具库系统设计之电气控制 四川职业技术学院加工中心刀具库系统设计系 部：机 械 工 程 系学生姓名：专业班级：学 号： 课题简介题 目：加工中心刀具库系统设计之电气控制摘 要： 加工中心（Machining Center）简称NC，是由机械设备与数控系统组成的适用于复杂零件的高效率自动化机床。它能实现三轴或三轴以上的联动控制，以保证刀具进行复杂表面的加工。随着科学技术的发展世界先进制造技术的兴起和不断成熟，而对作为现代制造业非常重要的加工中心提出了更高的要求，超高速切削、超精密加工等技术的应用，对加工中心的各种组成部分提出了更高的性能指标。由于加工中心备有刀具库，大大增加了刀具的储存容量。有利于提高主轴的刚度，独立的刀库，大大增加了刀具的储存数量，有利于扩大机床的功能，并能较好的隔离各种影响加工精度的干扰因素。本设计采用PLC对刀具库系统的自动控制，自动换刀装置在随机换刀时只识别刀具不识别刀套，因此可以把刀具编号，并且按顺序将刀具插入刀库中对应号和刀套上。由数控系统的PLC设定刀号，使刀具号和刀库中的刀套地址对应的记在PLC上，一经设定，机床在以后的使用中，不论刀具在哪个刀套上PLC始终记忆着它的踪迹。简化了控制系统的硬件和界限，减小了控制器的体积，提高了控制系统的灵活性，同时，PLC有较完善的自诊断和自保护能力，可以增强系统的抗干扰能力，提高系统的可靠性。应用表明，PLC的简洁、快捷在自动换刀装置中得到了广泛的应用。关键词：刀库；存储；功能；自动控制目 录 前言1第一章、对加工中心刀具库的选择31.1 加工中心的组成部分31.2 刀库的驱动及定位5第二章、刀库的自动换刀装置 62.1 概述62.2 换刀装置6第三章、刀库选刀83.1 解释关键词83.2 选刀 83.3 获取“换刀位置”寄存器中刀具数据 12 3.4 机械手刀库的换刀13 3.5 刀套标签和实际刀具的对应关系14第四章、换刀子程序的调用164.1 概述 164.2 换刀子程序 16第五章、液压控制 175.1 概述175.2 加工中心部分液压系统175.3 系统特点21第六章、结束语22参考文献23第一章 前言数控技术的发展历程 回顾数控技术的发展已经经历了两个阶段，六代的发展历程。第一个阶段叫做NC阶段，经历了电子管、晶体管、和小规模集成电路三代。自1970年开始小型计算机开始用于数控系统就进入了第二个阶段，叫做CNC阶段，成为第四代数控系统：从1974年微处理器开始用于数控系统即发展到第五代。经过十多年的发展，数控系统从性能到可靠性都得到了根本性的提高。实际上从20世纪末期直到今天，在生产中使用的数控系统大部分都是第五代数控系统。但第五代数控系统以及以前各代都是一种专用封闭的系统，而第六代开放式数控系统将代表着数控系统的未来发展方向，将在现代制造业中发挥越来越重要的作用。 数控加工中心的基本功能 带有自动换刀刀具交换装置（ATC Automatic Tool Change）的数控机床称为加工中心。它通过刀具的自动交换，可以一次装夹完成多道工序的加工，实现了工序的集中和工艺的复合，从而缩短了辅助加工时间，提高了机床的效率，减少了零件安装、定位次数，提高了加工精度。加工中心是目前数控机床中产量最大、应用最广的数控机床。 带有刀具自动交换装置、能一次集中完成多种工序加工的数控加工设备。数控机床实现了中、小批量加工自动化，改善了劳动条件。此外，它还具有生产率高、加工精度稳定、产品成本低等一系列优点。为了进一步发挥这些优点，数控机床遂向“工序集中”，即一台数控机床在一次装夹零件后能完成多任务序加工的数控机床(即加工中心)方面发展。 钻、镗、铣、车等单功能数控机床只能分别完成钻、镗、铣、车等作业，而在机械制造工业中，大部分零件都是需要多任务序加工的。在单功能数控机床的整个加工过程中，真正用于切削的时间只占30左右，其余的大部分时间都花费在安装、调整刀具、搬运、装卸零件和检查加工精度等辅助工作上。在零件需要进行多种工序加工的情况下，单功能数控机床的加工效率仍然不高。加工中心一般都具有刀具自动交换功能，零件装夹后便能一次完成钻、镗、铣、攻丝等多种工序加工。 我国数控系统的发展概况 在对内搞活，对外开放的方针指引下，于1980年开始引进日本就有70年代末期水平的微处理器数控系统和直流伺服拖动技术。并于1981年开始生产，到1988年又开始引进美国的GE和DYNAPATH公司的数控系统和拖动技术，在上海市机床研究所和辽宁精密仪器厂组织生产。1985年以后，我国的数控机床的可供品种已超过300种，其中数控机床占40%，加工中心占27% ，其它品种为重型机床、镗铣床、电加工机床、磨床、齿轮加工机床等。目前我国数控机床生产厂家共有100多家，其中能批量生产的企业有42家，平均年产量4050台，几家重点企业年产量可以达到400700台；数控系统生产企业约50家，但生产具有一定批量的只有8家，生产数控机床配套产品的企业共计300余家，产品品种包括八大类2000种以上。我国的数控系统分为三种类型，经济型、普及型、和高级型。在经济型数控系统中，我国具有很大优势，在当前每年数千台经济型数控车床和电加工机床的市场上，国产数控系统占据了绝大份额。在普及型数控系统的市场上，我们正在取得进展。当然，拥有自主知识产权的数控系统在市场的开拓上仍要尽更大的力量。新开发的国产数控机床产品大部分达到国际80年代中期水平，部分达到90年代水平，在技术上也有所突破，如高速主轴制造技术、快速进给、快速换刀、柔性制造、快速成型制造技术等为下一代国产数控技术的发展奠定了基础。 数控系统的发展趋势 国际上，数控系统的发展趋势正朝着高速度高精度化、高可靠性、多功能化、智能化、集成化、具有开放性、网络化数控系统、并联机床及数控系统的方向发展。第二章 加工中心刀具库的选择2.1加工中心的组成部分 2.11概述加工中心分两大部分：数控机床和刀具自动交换装置。刀具自动交换装置应能满足以下几个方面的要求： 换刀时间短； 刀具重复定位精度高； 识刀、选刀可靠，换刀动作简单； 刀库容量合理，占地面积小，并能与主机配合，使机床外观完整； 刀具装卸、调整、维护方便。刀具自动交换系统由刀库、刀具交换装置、刀具传送装置、刀具编码装置、识刀器等五个部分组成。 2.11、刀库刀库存贮加工所需各种类型刀具的仓库。它是刀具自动交换系统中的重要组成部分，具有接受刀具传送装置送来的刀具和将刀具给予刀具传送装置的功能。它的容量、布局和具体结构对整个加工中心的总体布局和性能有很大的影响，按其结构、形状可分为以下六种： 圆盘式刀库，又分为轴向式(刀具中心线与圆盘中心线平行)、径向式(刀具中心线与圆盘中心线垂直)和多盘式(在一根旋转轴上分设几层圆盘刀库)。 转塔式刀库，又分倾斜式和水平式。 鼓轮式刀库。 链式刀库。 格子式刀库。 直线式刀库。 应当根据被加工零件的工艺要求合理的确定刀库的存储量。根据对车床、铣床和钻床的所需刀具的数的统计表明，在加工过程中经常使用的刀具数目并不很多，对于钻削加工，用14把不同的规格的刀具就可以完成约80%的加工，即使要求完成90%的工件加工，用20把刀具也就足够了。对于铣削加工，需要的刀具更少，用4把不同规格的铣刀就能完成约90%加工，用5把不同规格的铣刀可以加工95%的工件。因此从使用角度来看，刀库的存储量一般为2040把较为合适，多的可达60把刀，超过60把刀的很少。采用链式刀库。本次设计的刀库容量为32把刀，为中型加工中心刀库。 2.12、刀具交换装置(机械手) 它的职能是将机床主轴上的刀具与刀库或刀具传送装置上的刀具进行交换，其动作循环为：拔刀新旧刀具交换装刀。换刀机械手种类繁多，可以说每个厂家都推出自己的机械手，基本上换刀装置按交换方式又分为两类。无机械手换刀，由刀库与机床主轴的相对运动实现换刀。在这类装置中，刀库一般为格子式，装在工作台上。换刀时，先使工作台与主轴相对运动，将使用过的旧刀送回刀库，然后再使工作台与主轴相对运动一次，从刀库中取出新刀。这种换刀方式的换刀时间长，另外刀库设置在工作台上，减少了工作台的有效使用面积。采用机械手换刀，机械手刀具交换装置，有单臂单手式机械手、回转式单臂双机械手、双臂机械手、多手式机械手。特别是双臂机械手刀具交换装置具有换刀时间短、动作灵活可靠等优点，应用最为广泛。双臂机械手中最常用的几种结构有：钩手；抱手；伸缩手；叉手。双臂机械手进行一次换刀循环的基本动作为：抓刀(手臂旋转或伸出，同时抓住主轴和刀库里的刀具)；拔刀(主轴松开，机械手同时将主轴和刀库中的刀具拔出)；换刀(手臂转180，新、旧刀交换)；插刀(同时将新刀插入主轴，旧刀插入刀库，然后主轴夹紧刀具)缩回(手臂缩回到原始位置)。机械手的手爪，大都采用机械锁刀的方式，有些大型的加工中心，也有采用机械加液压的锁刀方式，以保证大而重的刀具在换刀中不被甩出。对于本次设计采用双机械手换刀装置。2.13、运刀装置当刀库容量较大、布置得离机床较远时，就需要安排两只机械手来完成新旧刀的交换动作，一只靠近刀库，称为后机械手，完成拔新刀、插旧刀的动作；一只靠近主轴，称为前机械手，完成拔旧刀、插新刀的动作。在前后机械手之间则设有运刀装置。它一方面将前机械手从主轴上拔出的旧刀运回刀库旁，以便后机械手将该旧刀拔出并插回刀库；另一方面则将后机械手从刀库中拔出的新刀运到主轴旁，以便前机械手将该新刀拔出并插入主轴。运刀器的职能就是在前后机械手之间来回运送新、旧刀具。此设计无此动作。 2.14、刀具编码装置将加工所需的刀具自动地从刀库中选择出来称为自动选刀，有顺序选择和编码选择两种方式。顺序选择方式： 将在加工中心上加工某一零件所需的全部刀具按工序先后依次插入刀库中。加工时按加工顺序一一取用。采用这种选刀方式不需要识刀器，刀库结构及其驱动装置都非常简单，每次换刀时控制刀库转位一次即可。采用顺序选刀方式时，为某一个工件准备的刀具，不能在其他工件中重复使用，这在一定程度上限制了机床的加工能力。 固定地址选择方式：这是一种对号入座的方式，又称为刀座编码方式。这种方式是对刀库的刀座进行