数控机床自动换刀装置及其控制研究

摘要

随着科技的飞速发展，工业化生产方式发生着巨大的变化。从手工作坊式的劳动，逐渐迈向智能化、自动化。目前，在机械的加工过程中，很多企业还是采取人工换刀的传统方式，这种人工换刀方式效率低、精度不高。为了适应新一轮加工制造的需要，近年来，自动换刀装置在加工制造中的作用变得越来越重要。由于现在市场上直接购买的自动换刀装置一般按普适性设计，普遍结构比较大、价格较高且针对性不强。针对一些小型企业依然普遍采用效率较低的手工换刀这一状况，本文以我校XK7132数控铣床为对象，研究并开发了一个基于机床自身参数的自动换刀装置，既结构简单、小巧、成本低廉，又比手工换刀有更高的效率，具有很强的实用性，为进一步研发低成本自动换刀装置打下基础。　　首先，通过调研和搜集的相关文献，分析了国内外数控机床自动换刀装置的研究现状，重点分析了现有各种数控机床自动换刀装置的结构设计特点。对比各种设计方案，从而得出本文设计经济型、实用型自动换刀装置的研究思路和和方向。并利用CAD/CAM技术对自动换刀装置的各个部件进行设计和分析，最后建立数控机床自动换刀装置的样机模型。　　其次，对数控机床自动换刀装置的设计进行了研究。介绍了常见的数控机床自动换刀装置的主要类型、特点及适用范围、ATC的作用及其组成等；并通过对常见自动换刀装置的选刀、换刀方式、机械手的运动等各个方面进行比较，从而确定本次设计的总体方案。　　再次，通过对数控机床自动换刀装置的机械结构设计和自动控制进行了研究。通过分析与计算，设计出底座、机械手等结构，并选出气缸和导向装置等元器件，对于机械手臂的设计，本文特运用直线运动来实现装、卸刀的动作，且运动过程较简单，同时提高了装、卸刀的效率。并且还确定了自动换刀装置的自动控制系统和工作流程，对PLC进行了选型。根据换刀机械手的工作要求，设计了PLC控制流程图，并结合机械手的抓刀、换刀等动作用选定的PLC进行编程来实现对机械手的自动控制。　　最后，通过反复调试数控机床的自动换刀装置，加工了汽车上面的零部件法兰盘,并对产品的加工工艺进行设计和研究。本文对主要研究内容以及取得的研究成果进行了相应的总结，并提出了现有研究存在的问题和不足，最后对数控机床的自动换刀装置技术的应用提出了展望。

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1.绪论

1.1 课题研究的背景

1.2 国内外自动换刀技术的研究述评

1.3本课题的研究价值与意义

1.4 本文主要研究内容

1.5 本章小结

2.数控机床自动换刀装置的总体方案

2.1 常见的数控机床自动换刀装置的主要类型、特点及适用范围

2.2 ATC的作用及其组成

2.3 本次设计的自动换刀装置的总体方案的确定

2.4 自动换刀装置材料的选择

2.5 本章小结

3.自动换刀装置的机械结构设计与程序控制

3.1 底座结构设计

3.2换刀臂结构设计及计算

3.3中臂结构设计及计算

3.4导向装置的确定

3.5安装板结构设计

3.6 机械手结构设计

3.7 自动换刀装置的自动控制

3.8 本章小结

4.自动换刀工艺设计与数控加工案例

4.1.零件分析

4.2 零件的数控加工工艺设计

4.3 法兰盘钻Φ10孔夹具工序工艺装备的设计

4.4 零件的编程与仿真加工

4.5 零件的数控加工

4.6 本章小结

5.研究结论与展望

5.1 研究结论

5.2 展望

致谢

参考文献

附录