基于PLC自动换刀系统设计说明书---精品资料

华东交通大学理工学院课程设计说明书题目：基于PLC自动换刀系统设计姓名：刘刚李省吴芸高峰学号：306312314302班级:09机电（3）班专业:机械电子工程指导教师:余宏涛目录一、摘要...............................................................3二、自动换刀系统机械设计...............................................42.1数控卧式铣床的结构.................................................42.2最优方案设计.......................................................42.2.1刀库横移装置....................................................42.2.2刀库分度装置....................................................42.3刀库结构组成.......................................................52.3.1刀库装置主要技术参数...........................................52.3.2刀库容量的确定.................................................52.4刀库驱动转矩的计算.................................................62.4.1刀库分传动设计及计算...........................................62.4.2旋转部件转动惯量计算...........................................82.4.3刀库驱动转矩计算...............................................82.5选择电动机容量.....................................................82.6刀库驱动转矩的校核.................................................92.7直齿圆锥齿轮传动设计..............................................102.7.1齿轮疲劳强度设计..............................................102.8气缸设计和选择....................................................112.8.1气缸的选择要点................................................112.8.2气缸初选......................................................112.8.3驱动力校核....................................................122.9丝杠传动工作台总体设计方案........................................122.9.1工作台的尺寸设计.............................................122.9.2导轨类型设计.................................................122.9.3电机的选择...................................................122.9.4减速器的选择................................................122.9.5联轴器和轴承的选择..........................................132.10工作台的设计....................................................132.10.1工作台外形尺寸及重量初步估计................................132.10.2工作台简图..................................................132.11导轨的设计......................................................132.11.1导轨材料和类型选择.........................................132.11.2导轨额定载荷的预算........................................142.12丝杠的设计......................................................14三、PLC控制硬件设计.................................................163.1PLC简介..........................................................163.2自动换刀控制系统要求.............................................163.3PLC型号的选择....................................................163.4系统控制元件列表..................................................173.5PLC的I/O地址的分配..............................................183.6PLC程序梯形图....................................................183.7程序的调试........................................................19四、心得体会..........................................................20五、参考文献..........................................................21一、摘要随着数控车床的发展，数控刀架开始向快速换刀、电液组合驱动和伺服驱动刀库方向发展。电动刀架是数控车床重要的传统结构，合理地选配电动刀架，并正确实施控制，能够有效的提高劳动生产率，缩短生产准备时间，消除人为误差，提高加工精度与加工精度的一致性等.本设计采用电气组合驱动，主要完成了八工位卧式刀架的机械结构设计和利用三菱FX2N可编程控制器（PLC）对自动换刀系统的控制系统进行设计。其自动换刀的形式为无机械手换刀，换刀过程中刀盘需要横向移动到合适的位置，使机床主轴便于与刀库交换刀具。刀库的选刀方式为任意选刀，换刀过程中，刀盘需要转动从而进行选刀，这就需要刀库分度装置对装有刀具的刀盘进行分度，并且利用接触传感器对刀具进行计数，并把所得的电信号传递给数控系统，从而实现刀具的快速准确选择。在本设计中，刀库横移装置的设计利用的是气压传动机构来实现刀库的横移运动；而刀库分度装置的设计利用的是槽轮机构对刀盘进行分度。机械设计主要包括分度机构及定位机构的选择和刀架主轴，电机的选择，工作台和丝杆，气缸等设计。控制部分为自动换刀工作方式。关键词：数控刀架，PLC控制，电机，横移装置，分度装置，刀库二、自动换刀系统机械设计2.1数控卧式铣床的结构数控立卧式铣床主要由机床床身、机床数控系统，刀库装置，进给电机，单气缸等零部件组成。从数字控制技术特点看．由于效控机床采用了伺服电机，应用数字技术实现了对机床执行部件工作顺序和运动位移的直接控制，传统机床的变速箱结构被取消或部分取消了，因而机械结构也大大简化了。数字控制还要求机械系统有较高的传动刚度和无传动间隙，以确保控制指令的执行和控制品质的实现。同时．由于计算机水平和控制能力的不断提高，同一台机床上允许更多功能部件同时执行所需要的各种辅助功能已成为可能，因而数控机床的机械结掏比传统机床具有更高的集成化功能要求。2.2最优方案设计2.2.1刀库横移装置利用气压传动机构。气缸类型为双作用气缸，气压缸固定安装在刀库介面支架上，活塞杆则与刀库固定连接。通过气源的供给，可以使刀库沿着导轨轴作往复横向移动。这种方案比较直接，而且气缸所占用的空间要比使用电机要小许多，而且通过磁环开关的控制，能够较为精准地控制刀库的横向移动。2.2.2刀库分度装置通过圆锥齿轮机构来实现。其工作原理如下：刀盘与锥齿轮同轴固定连接，电动机通过联轴器与锥齿轮固定连接，这样就可以通过锥齿轮机构的传动来实现刀盘的旋转运动，完成选刀工作。这种机构可以较好的实现选到工作，锥齿轮机构可以将电动机的高转速转化成刀盘的低转速旋转运动。本设计的自动换刀装置，其刀库横移装置采用气压传动，而刀库分度装置则采用槽轮机构来实现。最终设计最优方案如下效果图：图1整体效果图2.3刀库结构组成：刀库结构组成如下图所示：图2结构图2.3.1刀库装置主要技术参数刀库装置技术参数表主轴鼻端BT40刀库规格BT40-T10刀具容量10马达规格M6IK200-A刀具换刀时间8Sec气缸规格Φ63×290行程气压管线Φ8气动压力0.5~0.6Mpa刀具最大长度250mm刀具最大重量8Kg刀具最大外径Φ90mm（满刀状态);φ150（临空刀状态)2.3.2刀库容量的确定在确定刀库容量时，要进行大量的分析调查，同时要考虑工艺需要及使用场合。一般来说，需要承担多个工件的切削任务时，需要配备的刀库容量较大。换句话来说，配备的刀具愈多，机床能加工工件的比率也越高，但它们并不是成正比例关系。图3.1为刀库容量与机床能加工工件的比率统计曲线。图3刀具数量统计刀库的刀具并不是越多越好，太大的容量会增和占地面积和刀库的尺寸，使选刀时间增长；储存量过小，则不能满足复杂零件的加工要求。因此，刀库容量应在经济合理的条件下，力图将一组类似的零件所需的全部刀具装入刀库，以缩短每次装刀所需的装调时间。对图3-1进行分析可知，5把刀可完成加工工件的95％左右的铣削工艺，15把孔加工刀具可完成80％的钻削工艺，20把刀的容量就可完成90％以上工件的钻铣工艺。本文设计的刀库如需能达到加工90％以上的工件要求，那刀库就需要有20把刀具的容量，故可将本刀库的容量设定为10。2.4刀库驱动转矩的计算2.4.1刀库分传动设计及计算下图为刀库效果图：图4刀库实物效果图刀库在换刀前，首先需要选刀。选刀的过程，就是使刀库轮毂满足一个周向间歇运动，也就是分度盘在分度过程中，转位开始与转位结束位置上的瞬时角速度ω=0。在图3.3中得出，为了使圆柱滚子能顺利进入和脱出分度盘上的径向槽，在槽口的瞬时位置时，必须使转臂中心线PQ与分度槽的中心线OQ相垂直，即∠OQP=90°。在圆柱滚子从进入至脱离径向槽的过程中，这位法兰的转动角度为162°，而刀盘转动的角度则为18°。设电机负载时，法兰盘上的滚子以ω1的角速度转动，转速为n1，此时分度盘以ω3的角速度转动，转速为n3；而电机空转时以n2=1.25n1转动，在滚子拨动分度盘一次的一个周期内的分度时间为t1，间歇时间为t2。1211cos1cos（－）（２＋）2221sin1cos（－１）（２＋）图5刀库分度装置运动分析简图t1=162°×60／(360°×n1)；t2=198°×60