篇一：加工中心自动换刀系统的设计-开题报告
开题报告
综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义
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。
在加工中心中，刀库和机械手组成自动换刀装置（Automatic Tool Changer,简称ATC），而自动换刀装置的好坏，将直接影响加工中心的好坏，从目前情况看，加工中心的主机部分基本定型，变化不大，但自动换刀装置种类繁多，五花八门，是最难搞好的部分。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，尤其机械手这部分更是如此。
刀库的形式和容量主要是为满足机床的工艺范围，目前常见的刀库类型如下：
（1） 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。
（2） 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。
（3） 格子箱式刀库结构紧凑，刀库空间利用率高，换刀时间较长。布局不灵活，通
常刀库安装在工作台上，应用者较少。
（4） 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。
目前常见的换刀机械手类型有：①单臂单手式机械手结构较简单，换刀各动作均需顺序进行，时间不能重合，故换刀时间较长。
②双手式机械手向刀库还回用完的刀具和选取新刀，均可在主轴正在加工时进行，故换刀时间可较短。
③回转式单臂双手机械手这类机械手可以同时抓住和拔、插位于主轴和刀库里的刀具。与单臂单手式机械手相比，可以缩短换刀时间。应用最广泛，形式也较多。 ④多手式机械手使用者较少。
研究的基本内容，拟解决的主要问题
在确立数控机床的设计技术规范时，应该考虑专业市场上的供求情况、顾客潜在的选择，从有关商业文献中获得竞争产品所能达到的技术要求、价格等因素，最后再根据所要求的数控机床性能来确定自动换刀装置的设计技术要求。所研究的主要内容有：
1、掌握加工中心的基本结构、工作原理；
2、刀库、换刀机械手结构设计；
3、刀库电机的选择及计算；
4、绘制装配图、零件图。
研究所考虑的设计基本原则是：结构简单、价格低廉、容易制造，拆卸、装配、维修方便，配件容易得到等。
研究步骤、方法及措施
1、查阅有关的立式加工中心自动换刀装置文献或资料，掌握立式加工中心的基本结构。
篇二：加工中心自动换刀控制系统毕业设计
摘要
机床的发展与应用，大大降低了零件加工的辅助时间，极大的提高了生产率。
随着数控机床的普及应用，机械加工的自动化程度大大提高，数控机床发展成了当 今普遍应用的一种更新、更先进的制造设备即加工中心。加工中心带有刀库和自动 换刀装置，能对工件按预定程序进行多工序加工的高度自动化的多功能的数字控制 机床。
自动换刀装置应当满足换刀时间短、刀具存储量足够、刀具的安置空间小以及
安全可靠等基本要求。加工中心的关键在于 CNC 对刀库的自动选刀和刀库、机械 手与主轴间的自动换刀，加工中心出现故障 80%都在上述方面本课题就是针对现有 的自动换刀装置进一步减少换刀时间，利用 PLC 对刀库的选刀控制和刀库、机械 手与主轴间的自动换刀控制以及刀库精确定位。利用 PLC 控制液压传动机构，使 液压传动更加稳定和精确。
关键词：ATC，刀库，PLC，自动选刀，液压传动
I
Abstract
With the development of NC, the automatic tool changer system is More and more
important in the modern advanced manufacture, because the ATC can shorten the cycle time of product manufacturing, improve the precision of product machining. The latest
requirements of machine tool user comprise of diversification of control object,
complexity of process, flexible of application and high reliability.
The function of tool magazine is that stores the tool and moves the tool which will be
used in the next manufacturing process to the right changeover position and robot will
finish the change over tool When the tool magazine's capacity is so big and the distance of tool position is more far away the principal axis, there need the tool exchanging unit
to implement the changeover work between the principal axis and tool magazine. The
framework of this function include the robot, tools rotation station and changeover robot. PLC control the use of hydraulic transmission, made hydraulic transmission to more
stable and accurate.
Key words: ATC，tool magazine，PLC，tool exchange at random，Hydraulic transmission
II
目录
第一章 绪 论………………………………………………………………………1
1.1 国内外数控机床的发展情况…………………………………………….....1
1.1.1 国内外数控机床的现状…………………………………………………..1
1.1.2 数控机床发展趋势…………………………………………………….....2
1.2 可编程控制技术的现状及发展情况…………………………………….....3
1.2.1 可编程控制器的特点……………………………………………………..3
1.2.2 可编程控制器的应用……………………………………………………..4
1.2.3 可编程控制器的发展趋势………………………………………………...6
1.3 本文的主要研究意义与内容…………………………………………….....7
第二章 机械手的自动换刀装置研究………………………………………………8
2.1 数控机床自动换刀装置的主要类型、特点及适用范围………………….8
2.1.1 自动回转刀架……………………………………………………………8
2.1.2转塔头式换刀装………………………………………………………….9
2.1.3带刀库的自动换刀系统…………………………………………………..9
2.2 ATC 的作用及其组成…………………………………………………....10
2.2.1 ATC的作用……………………………………………………………..10
2.2.2 ATC的主要组成………………………………………………………...10
2.3 加工中心机械手自动换刀过程…………………………………………..13
第三章 PLC 控制系统设计………………………………………………………16
3.1 PLC 机型的选择…………………………………………………………...16
3.1.1 CPU的能力…………………………………………………………….16
3.1.2 I/O 点数………………………………………………………………..16
3.1.3 响应速度……………………………………………………………....17
3.1.4 指令系统……………………………………………………………....17
3.1.5 机型选择的其它考虑…………………………………………………..18
3.2 PLC 控制系统设计………………………………………………………..18
3.2.1 本机I/O 与扩展I/O的地址分配………………………………………..18
III
3.2.2 电器的选择……………………………………………………………20
3.3 PLC 外部接线图设计……………………………………………………..21
3.4 应用 S7-200 编制梯形图………………………………………………...25
第四章 液压传动部分的设计……………………………………………………28
4.1 液压传动系统的特点…………………………………………………….28
4.2 液压传动系统的选择…………………………………………………….28
4.3 液压传动回路设计……………………………………………………….29
第五章 机械手三维模型设计…………………………………………………..33
5.1 PRO/E软件介绍…………………………………………………………..33
5.2 应用 PRO/E进行模型设计………………………………………………33
第六章 毕业设计结论…………………………………………………………..39
参 考 文 献………………………………………………………………………40 致 谢 信………………………………………………………………………….42 声 明……………………………………………………………………………43
IV
篇三：加工中心自动换刀装置结构设计
加工中心自动换刀装置结构设计
[摘要]
本论文完成的是立式加工中心盘式刀库的传动设计、结构设计以及机械手部分的传动设计、结构设计。盘式刀库在数控加工中心上应用非常广泛，其换刀过程简单，总体结构简单、紧凑，定位精度高。刀库传动部分采用蜗轮蜗杆减速装置，可提高输出轴的传动平稳性能，即提高刀盘的运转平稳性。刀库满载装刀16把，采用单环排列方式放置。本次设计中的机械手采用单臂双手式机械手，可以同时完成插刀和拔刀动作，结构简单，换刀时间短。机械手传动部分采用一个液压升降缸和液压回转缸带动花键轴，进而带动机械手的运动。
[关键词]
立式加工中心；盘式刀库；机械手；自动换刀装置
Automatic tool changer structural design of machining
centers
Abstract
what finished in this paper is drive design, structural design and the power transmission parts design of disc tool magazine in vertical machining center. This tool magazine is widely applied in NC machining center. And the process of changing tools is simple, short change time , high precision, simple and compact of structure, reliable, easy maintenanced and low cost. The transmission part of this tool magazine adopts gear reducer. The design of worm gearbox device can improve the stationarity of output shaft, namely, increasing the operation stability and smooth transmission properties of tool magazine.Transmission device of tool magazine adopts a adjusting sleeve to eliminate the transmission clearance of worm.This tool magazine can load 16 cutting tools which are arranged with monocylic and according to the principle of nearby to choose the right tool. The manipulator of this design is the manipulator with one arm and pair of hands.The advantage of this manipulator is that it can complete the action of inserting tool and pulling out the tool at the same time,simple structure and short change time. Mechanical transmission part adopts a hydraulic lift cylinder and hydraulic cylinder drives the spline shaft rotation, thus drive the motion of the manipulator.
Key words
Vertical machining center; Disc tool magazine; Manipulator; Automatic Tool Changer
毕业论文﹙设计﹚任务书
一、毕业设计题目加工中心自动换刀装置结构设计
二、毕业设计工作自_ 2012 年__11_ 月__19 _日 起至 2013 _年 6 月_10 _日止
三、毕业设计进行地点: 校 内
四、毕业设计内容要求： 随着机械加工业的发展，制造行业对于带有自动换刀系统的高效高性能加工中心的需求量越来越大。本设计主要任务是进行加工中心自动换刀装置结构设计：
1、查阅有关自动换刀系统方面的相关文献，分析自动换刀系统设计要点、难点，撰写开题报告；
2、翻译一篇科技文献（英译汉或汉译英）；
3、换刀动作过程的设计；
4、绘制换刀装置结构工程图；
5、撰写毕业设计说明书。 进度安排：
(一)、第一阶段（1-4周）
1、开题报告（含文献综述、参考资料等） 2、方案论证和方案设计（含初步的设计及计算） 3、完成ppt文档，准备第一阶段考核
（二）、第二阶段（5-10周）
1、完成第一张A0 2、完成第二或第三张的草图绘制（包括主要结构） 3、准备外文翻译资料
4、完成ppt文档，准备第二阶段考核
（三）、第三阶段（11-17周）
1、绘制要求的其余设计图纸 2、完成外文翻译资料 3、撰写说明书准备答辩
主要参考文献：
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149-151
指 导 教 师 系(教 研 室)
系(教研室)主任签名批准日期 接受设计任务开始执行日期 学生签名
目 录
引 言 .................................................. 错误！未定义书签。 1 绪论 ................................................. 错误！未定义书签。
1.1加工中心的定义 .................................................... 2
1.2加工中心的发展历程 ................................................ 2
1.3加工中心国内外现状 ................................................ 2
1.4国产加工中心目前存在的问题及未来发展趋势 .......................... 3
1.5加工中心的分类 .................................................... 4(本文来自：wwW.xIAocAofaNwEn.com 小 草范 文 网:加工中心自动换刀装置毕业设计英文翻译) 2 加工中心自动换刀装置概述 ........................................... 5
2.1加工中心自动换刀装置（ATC）形式、特点及各自应用范围 ............... 5
2.2刀库及刀具交换装置 ................................................ 6
2.2.1刀库的形式 ................................................... 6
2.2.2刀具的选择方式 ............................................... 7
2.2.3刀具(刀座)识别装置 ........................................... 7
2.2.4刀具交换装置 ................................................. 8 3 总体方案设计 ........................................................ 10
3.1刀库的方案设计 ................................................... 10
3.1.1换刀过程 .................................................... 10
3.2.2刀库的传动 .................................................. 12
3.2机械手的方案设计 ................................................. 12
3.2.1换刀过程 .................................................... 12
3.2.2机械手的传动 ................................................ 13 4 刀库的设计 .......................................................... 13
4.1刀库电机的选用 ................................................... 14
4.1.1按负载转矩选 ................................................ 14
4.1.2按加速时的最大转矩选 ........................................ 14
4.1.3电机的校验 .................................................. 15
4.1.4分配传动比 .................................................. 16