自動(dòng)換刀系統(tǒng)設(shè)計(jì)

數(shù)控車床將向中高檔發(fā)展，對(duì)數(shù)控刀架需求量將大大增加。隨著數(shù)控車床的發(fā)展，數(shù)控刀架也向快速換刀、電液組合驅(qū)動(dòng)和伺服驅(qū)動(dòng)方向發(fā)展。本設(shè)計(jì)采用電液組合驅(qū)動(dòng)，主要完成了八工位臥式刀架的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和利用三菱FX2N可編程控制器(PLC)對(duì)自動(dòng)換刀系統(tǒng)的控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。機(jī)械設(shè)計(jì)主要包括分度機(jī)構(gòu)及定位機(jī)構(gòu)的選擇和刀架主軸的設(shè)計(jì)等?？刂撇糠譃樽詣?dòng)和手動(dòng)換刀兩種工作方式。關(guān)鍵詞數(shù)控刀架，PLC控制，液壓控制!!所有下載了本文的注意：本論文附有刀架主軸、箱體零件圖紙和裝配圖圖紙共3張CAD圖紙，凡下載了本文的讀者請(qǐng)留下你的聯(lián)系方式(郵箱),我把圖紙發(fā)給他，純免費(fèi)的。最后，希望此文能夠幫到你!directionwiththedevelopmentofNClathes.controllerPLCoftheeigincludesthepositioningto!!所有下載了本文的注意：本論文附有刀架主軸、箱體零件圖紙和裝配圖圖紙共3張CAD圖紙，凡下載了本文的讀者請(qǐng)留下你的聯(lián)系方式(郵箱),我把圖紙發(fā)給他，純免費(fèi)的。最后，希望此文能夠幫到你! 2.1刀座的設(shè)計(jì) 2.1.1刀座基本形狀及尺寸的確定 2.2刀盤(pán)主要尺寸的確定 2.3傳動(dòng)齒輪的設(shè)計(jì) 2.4刀架主軸的設(shè)計(jì) 2.5共軛分度凸輪機(jī)構(gòu)基本參數(shù)的確定 2.5.1共軛分度凸輪的介紹 2.5.2主要運(yùn)動(dòng)參數(shù)的選擇 2.6端齒盤(pán)的選擇 2.6.3端齒盤(pán)主要參數(shù)的設(shè)計(jì)計(jì)算 2.7液壓缸的結(jié)構(gòu)及主要尺寸的設(shè)計(jì) 2.8箱體的基本形狀及尺寸確定 2.9液壓馬達(dá)及接近開(kāi)關(guān)的選擇 2.9.1液壓馬達(dá)的選擇 2.9.2接近開(kāi)關(guān)的選擇 3.1換刀系統(tǒng)的工作原理 3.2PLC簡(jiǎn)介 3.2.1PLC的分類 3.2.2PLC的特點(diǎn)及主要功能 3.3PLC控制系統(tǒng)的硬件選擇和資源配置 3.3.1自動(dòng)換刀控制系統(tǒng)要求 253.3.2PLC型號(hào)的選擇 3.4控制系統(tǒng)元件列表 3.5PLCI/0地址的分配 3.6PLC外圍接線圖 4.1系統(tǒng)流程圖的確設(shè)計(jì) 4.2PLC程序設(shè)計(jì) 4.2.1程序結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 31 4.3程序的調(diào)試 換裝置的工作方式，則會(huì)影響機(jī)床的換刀效率。自性能有所提高，而且使其總體造價(jià)大幅度下降。被中小廠廣泛接收。數(shù)控車床今后將向中高檔發(fā)展，中形式主要有排式刀架和回轉(zhuǎn)刀架兩種。排式刀架通過(guò)刀架的旋轉(zhuǎn)分度定位來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)床的自動(dòng)換刀動(dòng)作，擇刀座安裝刀具的方式，因?yàn)榈蹲惭b方式既可以頭或絲錐等其它刀具安裝在上面從而擴(kuò)大了車擇，定位裝置是保證自動(dòng)換刀系統(tǒng)加工精度的重要對(duì)較高的端齒盤(pán)進(jìn)行重復(fù)定位，進(jìn)而保證其重復(fù)定位精度確定，傳統(tǒng)的圓柱分度裝置精度低、換刀速度不能太快精度較高的接近開(kāi)關(guān)組。接近開(kāi)關(guān)價(jià)格比較便宜，并且動(dòng)換刀系統(tǒng)的造價(jià)?？刂葡到y(tǒng)選擇PLC進(jìn)行控制，因?yàn)榭删幈阋?、可靠性高等特點(diǎn)。它不僅可以取代傳統(tǒng)的繼電2.1.1刀座基本形狀及尺寸的確定Z軸最大行程Z向快速移運(yùn)速度X軸最大行程20mm×20mm數(shù)可知此型號(hào)車床為中小型車床，其切削力及最大加工直徑均不大，所以選擇刀具材料為硬質(zhì)合金，其基本尺寸為：刀具寬度b和高度h均為20mm,其長(zhǎng)刀桿的長(zhǎng)度為125mm,短刀桿的長(zhǎng)度為80mm。根據(jù)刀具安裝及其尺寸確定刀座①切削力的計(jì)算要進(jìn)行刀具強(qiáng)度的計(jì)算必須先計(jì)算出切削力，要計(jì)算切削力就要先確定工件的材料、刀具的幾何參數(shù)及切削要素。由于車床在切削時(shí)主要加工的是鋼件和鑄鐵，所以在計(jì)算切削力時(shí)選擇具有代表性的45鋼作為計(jì)算的依據(jù)。在計(jì)算最大切削力時(shí)，應(yīng)以粗加工時(shí)作為計(jì)算依據(jù)。粗加工時(shí)主要影響切削力的刀具主偏角k75°背吃刀量a,進(jìn)給量f切削速度v0.75mm/r5m/s③對(duì)刀座進(jìn)行受力分析對(duì)刀座進(jìn)行受力分析，切削力Fz最大且對(duì)刀座的影響最大，所以在對(duì)刀座根據(jù)材料力學(xué)可知其受力可以簡(jiǎn)化如下：圖2.3刀座受力簡(jiǎn)圖④強(qiáng)度計(jì)算根據(jù)q,計(jì)算刀座強(qiáng)度，由刀座的尺寸及受力可知刀座的下部是危險(xiǎn)截面，所以只需對(duì)下部進(jìn)行強(qiáng)度校核。由于在進(jìn)行受力分析的時(shí)候只考慮了切削力F所以受力分析不夠準(zhǔn)確，為此在計(jì)算刀座強(qiáng)度時(shí)取一安全系數(shù)k=1.5。強(qiáng)度計(jì)所以刀座強(qiáng)度服合要求對(duì)刀座安裝在刀盤(pán)上的圓柱形齒條進(jìn)行強(qiáng)度校核強(qiáng)度服合要求2.2刀盤(pán)的主要尺寸的確定根據(jù)所選機(jī)床的型號(hào)，查[3]選擇刀具的尺寸，從而確定刀盤(pán)的尺寸。由于本設(shè)計(jì)選擇的車床型號(hào)為CK6136,此型號(hào)車床為中小型車床，其切削力及最大加工直徑均不大，所以選擇刀具的基本尺寸為：刀具寬度b和高度h均為20mm,其長(zhǎng)刀桿的長(zhǎng)度為125mm,短刀桿的長(zhǎng)度為80mm。由于本設(shè)計(jì)的刀具數(shù)量為8把刀，所以選擇臥式的自動(dòng)換刀結(jié)構(gòu)，采用刀盤(pán)夾持刀具。由于是選用刀座安裝刀具，考慮到刀具安裝時(shí)不發(fā)生干涉，確定刀盤(pán)的直徑為300mm,考慮刀盤(pán)的強(qiáng)度及安裝刀座的情況，確定刀盤(pán)的厚度為60mm。刀座是通過(guò)刀座上面的齒條由螺栓和錐形圓柱齒安裝在刀盤(pán)上面。由于圓柱型齒條直徑為30mm,所以必須在刀盤(pán)上設(shè)計(jì)相應(yīng)的安裝刀座的圓孔，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定圓孔中心所在的直徑為240mm,其上均布8個(gè)圓孔用于安裝刀座。固定刀座的錐形圓柱齒的直徑略小于齒條為28mm,錐形圓柱齒用沉頭螺釘緊固在刀盤(pán)上，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選擇M8的螺釘，所以需要在刀盤(pán)上鉆相應(yīng)螺紋孔，為了保證在裝刀的時(shí)候每次錐形圓這樣就可以保證每次裝刀的時(shí)候錐形圓柱齒都能安裝在固定的位置，從而保證①選定齒輪類型、精度等級(jí)、材料及齒數(shù)按傳動(dòng)方案，選用直齒圓柱齒輪傳動(dòng)。自動(dòng)換刀系統(tǒng)是精密的工作部件、是數(shù)控機(jī)床加工精度的重保證，速度較高，故選用6級(jí)精度。查[3]中189頁(yè)表10-1。小齒輪材料為40Cr(調(diào)質(zhì)),硬度為280HBS,大齒輪的材料選用45鋼(調(diào)質(zhì))硬度為240HBS,其材料硬度相差40HBS。由于較多的齒數(shù)有利于傳動(dòng)的平穩(wěn)性、并且充分考慮自動(dòng)換刀系統(tǒng)的體積，所以取小齒輪齒數(shù)z=40,大齒的模數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)m=1.25。大齒輪Z2的主要參數(shù)：經(jīng)過(guò)計(jì)算可得：齒厚為s=πm/2=1.96mm由[6]第201頁(yè)知金屬切削機(jī)床的齒輪傳動(dòng)，傳遞的功率不大時(shí)，齒寬系數(shù)φ,可小到0.2。由于本齒輪主要是傳遞運(yùn)動(dòng)、且為了使換刀系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更加緊湊，所以取大齒輪的齒寬系數(shù)為φa=0.3,所以大齒輪的齒寬為B=φd?=30mm。小齒輪的寬度通常比大齒輪的寬度大幾毫米，所以取小齒輪的寬度為35mm。由于換刀系統(tǒng)在換刀的時(shí)候要抬刀才能實(shí)現(xiàn)換刀，所以必須設(shè)計(jì)相應(yīng)的結(jié)構(gòu)。本設(shè)計(jì)采用軸軸向移動(dòng)而齒輪不產(chǎn)生軸向移動(dòng)的方式，采用導(dǎo)向鍵導(dǎo)向的結(jié)構(gòu)，這樣對(duì)軸的摩擦相對(duì)較小，有利于提高軸的使用壽命。由于齒輪傳遞的主要是運(yùn)動(dòng)而不是力所以不而需要進(jìn)行強(qiáng)度校核。2.4刀架主軸的設(shè)計(jì)由于主軸不承受切削力、只承受換刀時(shí)產(chǎn)生的慣性力所以對(duì)主軸的強(qiáng)度要求不高。只需計(jì)算出軸的最小截面，然后根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，不需要進(jìn)行強(qiáng)度校核。2.4.1初步確定軸的最小直徑首先選取軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理。產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的主要是刀盤(pán)，根據(jù)工式J=mR2/2。根據(jù)手冊(cè)查得鋼的密度為p=7.78×103kg/m3,刀盤(pán)的質(zhì)量由。由于在分析轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的時(shí)候沒(méi)有考慮軸本身及軸上零件等因素，所以要取一安全系數(shù)k=1.5。由此產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩M=kJa,由馬達(dá)的基本參數(shù)知其加速度為4πrad/s2,主軸的加速度為馬達(dá)的二分之一即2πrad/s2得轉(zhuǎn)矩M=kJα=1.5×0.37×2π=3.48Nm。根據(jù)最小直徑工式得：主軸的最小直徑顯然是安傳動(dòng)齒輪處軸的直徑d?(如圖2.5)。綜合考慮換刀系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)取其最小軸的直徑為26mm。由于軸的最小直徑為4.6mm,所以最小直徑取26mm強(qiáng)度足以滿足要求。軸的長(zhǎng)度根據(jù)齒輪的尺寸及換刀系統(tǒng)的要求，取l?,=78mm。2.4.2軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)①根據(jù)軸向定位和結(jié)構(gòu)的要求確定軸的各段直徑和長(zhǎng)度1)6—7軸段需安裝齒輪，由于軸需要軸向運(yùn)動(dòng)，所以齒輪不需要進(jìn)行軸向定位。左端軸即軸ds?的直徑根據(jù)經(jīng)驗(yàn)取為31mm,其長(zhǎng)度由主軸的結(jié)構(gòu)決定，其長(zhǎng)度確定為68mm。2)d?4尺寸的確定。ds?的直徑為31mm,考慮到其右端用螺母定位，初步選擇其直徑為42mm左右，為了使所選的軸直徑與軸承的孔徑相適應(yīng)，故應(yīng)先確定軸承，由于刀盤(pán)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩主要集中在此，所以軸承受的力較大且軸要求能實(shí)現(xiàn)軸向運(yùn)動(dòng)，所以軸3-4處采用一對(duì)推力軸承和滾針軸承。產(chǎn)品目錄中初d×D×T=40mm×60mm×13mm。所以安裝軸承處的直徑為軸承的內(nèi)徑取40mm,所以d?3處的直徑取40mm。軸的左端采用軸肩定位，軸肩高度h一般取h=(0.070.1)d,d為與零件相配處的軸的直徑，所以取軸肩的高度為3mm。定位，所以可以確定d?3直徑為46mm,其長(zhǎng)度根據(jù)經(jīng)驗(yàn)取8mm。其右端采用套筒加螺母定位。根據(jù)定位要求，選擇小螺母的規(guī)格為M36×1.5,其尺寸為動(dòng)，采用雙螺母定位，所以軸d?s的長(zhǎng)度應(yīng)大于2倍螺母的寬度，取其長(zhǎng)度為3)d?2軸的尺寸的確定與刀盤(pán)的聯(lián)結(jié)采用普通螺栓聯(lián)結(jié)，綜合考慮刀盤(pán)要加工的螺紋孔的直徑為6mm。4)d?-s軸的尺寸的確定根據(jù)軸d?,的直徑確定其直徑，其直徑確定為徑為d=5mm、軸的軸向位移為6.5mm,綜合考慮取分度檢測(cè)套筒的長(zhǎng)度為取75mm。6)dg,尺寸的確定8-9軸的主要作用是加套筒對(duì)左端的分度檢測(cè)裝置起度為l=25.5mm。其右端采用螺母定位，根據(jù)dg,的直徑選擇螺母的規(guī)格為d=16mm,為了防止螺母的松動(dòng)，采用雙螺母定位，所以其長(zhǎng)度應(yīng)大于2倍螺向定位的作用、還要起導(dǎo)向的作用，所以鍵的長(zhǎng)度應(yīng)該盡可能取得長(zhǎng)一些，綜合考慮相應(yīng)軸的尺寸取其長(zhǎng)度為56mm,同時(shí)為了稱中性，故選取齒輪輪轂與軸的配合為H7/g6;同樣，分度檢測(cè)套筒與軸的聯(lián)③確定軸上圓角和倒角尺寸2.4.3校核鍵的強(qiáng)度由于主軸上只有d?,的鍵才承受轉(zhuǎn)矩，所以只需對(duì)其進(jìn)行強(qiáng)度校核據(jù)[3]103頁(yè)公式6—1及104頁(yè)表6—2得聯(lián)接齒輪鍵的強(qiáng)度校核符合強(qiáng)度要求。2.5共軛分度凸輪機(jī)構(gòu)基本參數(shù)的確定2.5.1共軛分度凸輪的介紹共軛分度凸輪機(jī)構(gòu)用于兩平行軸間的間歇運(yùn)動(dòng)。要求在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中不能有沖擊，旋轉(zhuǎn)時(shí)不顫抖，而且定位要準(zhǔn)確可靠。在保證使用性能的前提下，要合理提高間歇運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)速，發(fā)揮設(shè)備效能，提高生產(chǎn)效率。比較目前應(yīng)用的各分度機(jī)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)：槽輪機(jī)構(gòu)與凸輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)沖擊力大，弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)加工難度大、成本高；共軛分度凸輪機(jī)構(gòu)定位準(zhǔn)確、轉(zhuǎn)動(dòng)平穩(wěn)，經(jīng)過(guò)分析確定選用共軛分度凸輪作為實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確分度的主機(jī)構(gòu)。主動(dòng)凸輪由前后兩片盤(pán)形凸輪組成，這兩片凸輪在制造時(shí)輪廓形狀完全相同，安裝時(shí)使前后再片成鏡像對(duì)稱，錯(cuò)開(kāi)一定的相位角。從動(dòng)端為裝著兩排滾子的從動(dòng)盤(pán)，如圖2.6所示，前排的滾子和凸輪輪廓線表示，后排的滾子和凸輪用虛線表示。在一個(gè)運(yùn)動(dòng)周期中，每個(gè)凸輪都要依次推動(dòng)若干個(gè)滾子，一段接一段推動(dòng)相應(yīng)的滾子完成各自的角位移，因此每個(gè)凸輪輪廓曲線都是由幾段曲線組合而成的。圖2.6共軛分度凸輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)示意圖2.5.2共軛分度凸輪主要運(yùn)動(dòng)參數(shù)的選擇計(jì)算名稱單位選擇計(jì)算及說(shuō)明凸輪轉(zhuǎn)速n100rpm凸輪連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)頭數(shù)H選擇H=2凸輪分度期轉(zhuǎn)位角θ根據(jù)停歇時(shí)間盡量大的特點(diǎn)，選擇θ,=160工作特性系數(shù)KK=0,1(360°0,)=0.82.5.3共軛分度凸輪主要幾何尺寸確定①中心距的確定：根據(jù)齒輪箱結(jié)構(gòu)實(shí)際情況選擇Lmm②轉(zhuǎn)盤(pán)的節(jié)圓半徑I的確定：先按結(jié)構(gòu)條件選定I=38mm,③轉(zhuǎn)盤(pán)的基準(zhǔn)起始位置角a=180°/Z=180°/8=22.5°,a是轉(zhuǎn)盤(pán)上滾子中④凸輪的基準(zhǔn)起始向徑R=(L2+I2-2ILcosa)2=32.64mm,Ro是轉(zhuǎn)盤(pán)在⑤凸輪的基準(zhǔn)起始位置角β=arcsin(Isina/R)=12.63°,β是與a相對(duì)應(yīng)2.6.1端齒盤(pán)的介紹位元件，廣泛應(yīng)用于加工中心、柔性單元、數(shù)控機(jī)床、組合機(jī)床、測(cè)量?jī)x器、各種高精度間歇式圓周分度裝置、多工位定位機(jī)構(gòu)以及其它需要分度的各種設(shè)備上。如數(shù)控車床中多工位自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架、銑床及加工中心用的回轉(zhuǎn)工作臺(tái)及其它分度裝置中都采用端齒盤(pán)作為精確定位元件。端齒盤(pán)實(shí)際上相當(dāng)于一對(duì)齒數(shù)相同的離合器，其嚙合過(guò)程與離合器的嚙合類似。端齒盤(pán)的齒形有直齒和弧齒兩種，直端面齒盤(pán)由于加工方便、定位精度高而最受歡迎。在分度定位裝置中，一般用端齒盤(pán)作為其精定位元件。它具有以下優(yōu)點(diǎn)：①分度精度高，可高達(dá)0.1,實(shí)際分度誤差等于所有齒單個(gè)分度誤差的平均②精度的重復(fù)性和持久性好，重復(fù)定位精度可達(dá)0.2'。由于工作時(shí)相當(dāng)于上下齒盤(pán)在不斷地對(duì)研，因此使用越久，分度精度的重復(fù)性也就越好，而且精度有可能提高。③剛性好，因所有齒面同時(shí)參加嚙合，不論承受的是切向力、徑向力還是軸向力，整個(gè)分度裝置形成一個(gè)良好的剛性整體。④結(jié)構(gòu)緊湊，使用方便，這一點(diǎn)比其它高精定的分度裝置更為突出。⑤維護(hù)簡(jiǎn)便，多次拆裝不影響其原有的精度。基于端齒盤(pán)的用途和優(yōu)點(diǎn)，所以在本設(shè)計(jì)中選用直端齒盤(pán)作為自動(dòng)換刀系統(tǒng)的定位元件。①齒數(shù)Z的確定可根據(jù)定位要求，即需要的強(qiáng)度和精度來(lái)確定，并結(jié)合生產(chǎn)條件，齒數(shù)②端齒盤(pán)外徑d主要由設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)所允許的空間范圍來(lái)確定。在結(jié)構(gòu)允許的情況下，外徑越大，分度或定位機(jī)構(gòu)的穩(wěn)定性越好。根據(jù)刀盤(pán)和主軸的尺寸確定外徑為選取時(shí)應(yīng)考慮作用在端齒盤(pán)上的負(fù)荷力矩M及鎖緊力N的大小，如圖2.7所示。將作用于齒盤(pán)上每齒的切向外力Q和軸向鎖緊力N沿著齒面方向進(jìn)行分解，如圖2.8所示，應(yīng)滿足以下條件N,>Q而,則不等式變?yōu)榧?最后得到結(jié)構(gòu)緊湊；同時(shí)也說(shuō)明了加大外徑d有利于提高端盤(pán)的承載能力。在選取時(shí)齒形角α,時(shí)，應(yīng)綜合考慮作用在端齒盤(pán)上的負(fù)荷及鎖緊力的大④齒根角δ(嚙合斜角)為了保證在齒寬方向上的嚙合質(zhì)量，加工端齒時(shí)必須調(diào)整分度盤(pán)回轉(zhuǎn)中心線和工作臺(tái)面傾斜角，即齒根或嚙合斜角δ,以保證齒盤(pán)大端和小端的齒厚與齒槽由式齒數(shù)得在圖2.10直角三角形中,則在圖2.11直角三角形中在圖2.12直角三角形中將H代入此式得：式(2.7)式(2.7)即為齒根角δ的計(jì)算公式。得δ=arctan0.034=1.95°⑤最大齒距(周節(jié))t和最大齒厚B齒厚沿著徑向向中心逐漸縮小，在沿圓周展開(kāi)方向上(如圖2.13所示),根據(jù)圓周計(jì)算公式，最大齒距(周節(jié))t和最大齒厚B分別為⑥齒頂高及嚙合高度齒頂高就是嚙合平面到齒頂?shù)淖畲缶嚯x，在如圖2.13所示的由齒廓展開(kāi)圖式(2.9)上下端齒的嚙合高度為2h=2×2.72=5.44mm,端齒在旋轉(zhuǎn)時(shí)的脫齒高度應(yīng)大于嚙合高度2h,則取活塞軸向移運(yùn)距離為6.5mm。因所有的端齒同時(shí)嚙合，故一般不必通過(guò)增加齒形的徑向?qū)挾菷來(lái)增加強(qiáng)度，F(xiàn)一般根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選取，通常?、帻X底槽寬和齒頂寬為了保證齒盤(pán)工作時(shí)各個(gè)端齒能很好的嚙合，常在齒底加工一定寬度和深度的槽，即齒底槽，并將齒頂做成一定寬度的小平面，如圖2.13所示。齒底槽寬b常取同時(shí)還可容納落入嚙面的臟物，保證齒面嚙合質(zhì)量；c.使每個(gè)端齒在嚙合過(guò)程中產(chǎn)生一定的彈性，嚙合時(shí)先接觸的齒產(chǎn)生彈性退讓變形，使嚙合面積增大，有利于進(jìn)一步提高分度精度。2.6.4螺栓組強(qiáng)度校核在自動(dòng)換刀系統(tǒng)中主要是端齒盤(pán)承受切削力，所以固定端齒盤(pán)的螺栓需進(jìn)行強(qiáng)度校核。另外聯(lián)結(jié)刀盤(pán)與主軸的螺栓也要承受較大的預(yù)緊力，所以也需進(jìn)行強(qiáng)度校核。端齒盤(pán)與刀盤(pán)的聯(lián)結(jié)均采用普通螺栓組聯(lián)結(jié)，選擇螺栓的性能等級(jí)為4.8,螺栓的的型號(hào)為M6×1,由[7]查得其最小直徑為4.917mm。由[6]查得屈服極限為320MP,即[σ]=320MP。每組螺栓的數(shù)目為6個(gè)，靠聯(lián)接預(yù)緊后在接合面間產(chǎn)生的摩擦力矩來(lái)抵抗轉(zhuǎn)矩T。假設(shè)各螺栓的預(yù)緊程度相同，即各螺栓的預(yù)緊力均為F,則各螺栓聯(lián)接處產(chǎn)生的摩擦力均相等，并假設(shè)此摩擦力集中作用在螺栓中心處。為阻止接合面發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，各摩擦力應(yīng)與各螺栓的軸線到螺栓組對(duì)稱中心的連線相垂直。根據(jù)作用在底板上的力矩平衡及聯(lián)接強(qiáng)度的條件，應(yīng)有即式(2.10)——r為螺栓到圓心的距離；——n螺栓數(shù)目為6;①端齒盤(pán)螺栓強(qiáng)度的校核將數(shù)據(jù)代入式2.10得由強(qiáng)度校核公式得端齒盤(pán)螺栓強(qiáng)度服合要求。②刀盤(pán)螺栓強(qiáng)度的校核將數(shù)據(jù)代入式2.10得由強(qiáng)度校核公式得刀盤(pán)螺栓強(qiáng)度服合要求。2.7液壓缸的結(jié)構(gòu)及主要尺寸的設(shè)計(jì)根據(jù)自動(dòng)換刀系統(tǒng)的形式及液壓缸的安裝方式確定液壓缸的結(jié)構(gòu)。其結(jié)構(gòu)為圓柱形，中間開(kāi)孔安裝刀盤(pán)主軸?？紤]到液壓缸的制造和安裝的方便，將液壓缸制成可拆分的結(jié)構(gòu)，其配合處用密封圈密封。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，取液壓缸的壁厚為10mm,由于液壓缸要用螺栓聯(lián)結(jié)在自動(dòng)換刀的箱體上，所以其螺紋聯(lián)結(jié)處的壁厚要增加，取其壁厚為16mm。為便于液壓油的進(jìn)入，在液壓缸的左端及活塞的左端設(shè)計(jì)一凸臺(tái)?？紤]到液壓缸的尺寸大小及進(jìn)油等情況取油口的尺寸為φ5mm。由于無(wú)法直接形成彎曲的油孔，所以必須鉆一通孔，孔的外部用沉頭螺釘堵孔，螺釘?shù)男吞?hào)為M6×0.8,其長(zhǎng)度為5mm。液壓缸結(jié)構(gòu)圖如下：2.8箱體的基本形狀及尺寸的確定2.9液壓馬達(dá)及接近開(kāi)關(guān)的選擇2.9.1液壓馬達(dá)的選擇2.9.2接近開(kāi)關(guān)的選擇標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)體5×5×1鐵工作電壓響應(yīng)頻率溫度范圍在-25℃到+70℃范圍內(nèi)耐壓抗振動(dòng)10-55Hz(周期每分鐘)復(fù)振幅1mm2.10潤(rùn)滑劑的選擇由于自動(dòng)換刀系統(tǒng)在工作時(shí)受力不大且不是長(zhǎng)時(shí)間工作，所以軸承和齒輪都選擇脂潤(rùn)滑。根據(jù)[14]查得潤(rùn)滑脂的型號(hào)如下：軸承潤(rùn)滑脂采用滾動(dòng)軸承脂，標(biāo)準(zhǔn)號(hào)SH0386-1992,錐入度250-290、滴點(diǎn)不低于120度，主要用于汽車、機(jī)車、電機(jī)及其它機(jī)械的滾動(dòng)軸承潤(rùn)滑。齒輪潤(rùn)滑脂采用7903號(hào)耐油密封潤(rùn)滑脂，標(biāo)準(zhǔn)號(hào)SH0011-1990,錐入度55-70、滴點(diǎn)不低于250度，適用于-10-150度范圍的各種機(jī)械設(shè)備、機(jī)床變速2.11壓力油的要求在安裝自動(dòng)換刀系統(tǒng)時(shí)為了確保端齒盤(pán)有充分的夾緊力，進(jìn)入換刀系統(tǒng)液壓缸的壓力油的壓力必須達(dá)到一定的值。由于在切削時(shí)端齒盤(pán)所須的壓力為3904.84N,液壓缸活塞與壓力油接觸的面積為3.23×103m2。壓強(qiáng)為P=3904.84/3.23×103=1.2MP,所以液壓系統(tǒng)所提供的壓力油的壓力必須大于為了保證換刀的快速性，必須使進(jìn)入液壓缸的壓力油有較快的速度。液壓缸的體積大約為2.2×10?m3,且由于油管的直徑為5mm。要使活塞在0.3S內(nèi)移動(dòng)到位，進(jìn)入液壓缸的壓力油的速度為所以進(jìn)入液壓缸的壓力油的速度應(yīng)大于3.73m/s。3PLC控制硬件設(shè)計(jì)PLC順序控制來(lái)實(shí)現(xiàn)。10是安裝刀具的刀盤(pán)，它與刀架主軸5固定連接。當(dāng)?shù)都苤鬏S5帶動(dòng)刀盤(pán)旋轉(zhuǎn)時(shí)，其上的鼠牙盤(pán)12和固定在刀架上的鼠牙盤(pán)9脫開(kāi)，活塞8支承在一對(duì)推力軸承6和11及滾針軸承7上，它可以通過(guò)推力軸承帶動(dòng)刀架主軸移動(dòng)。當(dāng)接到換刀指令時(shí)，活塞8及軸5在壓力油的推動(dòng)下左移牙盤(pán)12與9脫開(kāi)，液壓馬達(dá)2啟動(dòng)帶動(dòng)平板共軛分度凸輪1轉(zhuǎn)動(dòng)，經(jīng)齒輪3帶PRS4的通斷組合來(lái)檢測(cè)確認(rèn)。當(dāng)?shù)侗P(pán)旋轉(zhuǎn)到指定的刀位后號(hào)，指令液壓馬達(dá)停轉(zhuǎn)，這時(shí)壓力油推動(dòng)活塞8向右移動(dòng)，使鼠牙盤(pán)12和9嚙合，刀盤(pán)被定位夾緊后壓力繼電器向數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出信號(hào)，于是刀架的轉(zhuǎn)位換刀在機(jī)床自動(dòng)工作狀態(tài)下，當(dāng)接收到換刀的刀號(hào)后，數(shù)控系統(tǒng)可以通過(guò)內(nèi)部的運(yùn)算判斷，實(shí)現(xiàn)刀盤(pán)就近轉(zhuǎn)位換刀，即刀盤(pán)可正轉(zhuǎn)也可反轉(zhuǎn)。但當(dāng)手動(dòng)操作可編程控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)器是一種面向生產(chǎn)過(guò)程控制的數(shù)字電子裝置，它具有控活、價(jià)格便宜、可靠性高等特點(diǎn)。它不僅可以制器產(chǎn)品并不針對(duì)某一具體工業(yè)應(yīng)用，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，①根據(jù)1/0點(diǎn)數(shù)分類PLC的輸入、輸出點(diǎn)數(shù)表明PLC可以從外部接收功能，還增加了模擬量處理、算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)制、遠(yuǎn)程控制等，可用于大規(guī)模的過(guò)程控制，構(gòu)成分至全部裝在一塊印刷電路板上，結(jié)構(gòu)緊湊、體積小是主機(jī)的I/0點(diǎn)數(shù)固定，使用不夠靈活，維修也不方便。模塊式結(jié)構(gòu)的PLC各沒(méi)有底板),底板上有苦干插座，使用時(shí)，各種模塊直接插入機(jī)架底板即可。這3.2.2PLC的特點(diǎn)及主要功能1)編制程序簡(jiǎn)單PLC一般采用易于理解和掌握的梯形語(yǔ)言及面向工2)控制系統(tǒng)構(gòu)成簡(jiǎn)單、通用性強(qiáng)可靈活組成各種規(guī)模和要求不同的控制系統(tǒng)。用戶3)抗干擾能力強(qiáng)、可靠性高PLC的輸入和輸出電路一般都用光電禍合CPU4)易于操作及維護(hù)5)設(shè)計(jì)、技工、調(diào)試周期短用PLC完成一項(xiàng)控制工程時(shí)，由于其硬、軟件齊全，設(shè)計(jì)和施工可同時(shí)進(jìn)行。由于用軟件編程取代了制功能，使得控制柜的設(shè)計(jì)及安裝接線工作量大為減產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行聯(lián)機(jī)調(diào)試，使得調(diào)試方便、快速、安全，因1)開(kāi)關(guān)量控制這是PLC最基本最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，用來(lái)取代繼電器控制系3)計(jì)數(shù)控制PLC為用戶提供的計(jì)數(shù)器分為普通計(jì)數(shù)器、可逆計(jì)數(shù)器、高速計(jì)數(shù)器等、以完成不同用途的計(jì)數(shù)控制。當(dāng)計(jì)數(shù)器的當(dāng)前4)步進(jìn)控制PLC能通過(guò)移位寄存器方便地完成步進(jìn)控制功能。有些PLC專門(mén)S5系列等均能完成數(shù)據(jù)運(yùn)算，如加、減、乘、除、乘方、開(kāi)方等，邏輯7)可編程控制器的通信和聯(lián)網(wǎng)功能可以使PLC與PLC之間、PLC與個(gè)人計(jì)算機(jī)等其他智能設(shè)備之間能夠進(jìn)行數(shù)字信息交換，形式一個(gè)統(tǒng)一的整體，實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)，可以使PLC與世界上其他地方的計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信。目前，有的PLC使用專用的通信協(xié)議進(jìn)行通信，或使用較多廠商支持的通信協(xié)議和通信標(biāo)準(zhǔn)，如現(xiàn)使設(shè)備之間的通信能夠自動(dòng)周期性地進(jìn)行，不需要用戶為通信編程，用戶的工3.3.1自動(dòng)換刀控制系統(tǒng)要求指令即T指令，然后檢測(cè)當(dāng)前所在的刀位與T指令進(jìn)行比較。具體要求如下：1)當(dāng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)旋到自動(dòng)檔時(shí)，換刀系統(tǒng)接受來(lái)自數(shù)控系統(tǒng)的換刀指令進(jìn)行自動(dòng)換刀。設(shè)當(dāng)前的刀號(hào)為m號(hào)刀，這時(shí)T指令要求換n號(hào)刀，如果m與n不相等則PLC通過(guò)比較選擇近的路線進(jìn)行換刀；2)如果m與n相等則不換刀；3.3.2PLC型號(hào)的選擇①分析控制系統(tǒng)所需的I/0接點(diǎn)數(shù)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)1個(gè)、停止開(kāi)關(guān)1個(gè)和接近開(kāi)關(guān)5個(gè)，檢測(cè)換刀完成的壓力繼電器1個(gè)。系統(tǒng)控制輸出信號(hào)有控制液壓缸的三位四通換向閥一個(gè)需用兩個(gè)輸出口，控制液壓馬達(dá)正反轉(zhuǎn)的三位四通換向閥一個(gè)，也需要輸出口兩個(gè)。由此可得輸入接點(diǎn)共9個(gè)，輸出接點(diǎn)共4個(gè)。按照預(yù)留15%的接點(diǎn)數(shù)來(lái)計(jì)算，輸入接點(diǎn)需要12個(gè)，輸出接點(diǎn)需要6個(gè)?？傆?jì)需要167個(gè)字節(jié)數(shù)容量。加上預(yù)留30%,有1K的程序容量足夠了。面上的PLC產(chǎn)品中FX系列可編程控制器是當(dāng)今國(guó)內(nèi)外最新，最具特色、最具代系統(tǒng)選擇了FX2N—32MR—001型PLC(輸入為16點(diǎn)，輸出為16點(diǎn))。由PLC型號(hào)主回路電壓AC(100～240)V;輸入端參數(shù)為電壓DC24V,電流5/7mA;繼電器輸出端電壓AC150V,DC3OV以內(nèi)。本系統(tǒng)選用直流輸出1)開(kāi)關(guān)的選擇為L(zhǎng)A2(綠色),停止開(kāi)關(guān)為L(zhǎng)A2(紅色)。本控制系統(tǒng)還要求有自動(dòng)和手動(dòng)控制之分，所以還要選擇一個(gè)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)LA18-22X3二位轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)一個(gè)。2)熔斷器的選擇3.4系統(tǒng)控制元件列表表3.1系統(tǒng)控制元件表序號(hào)符號(hào)名稱型號(hào)1手動(dòng)開(kāi)頭2紅色3456789馬達(dá)三位四通換向閥續(xù)流二極管PR電阻50歐接近開(kāi)關(guān)PRS5接近開(kāi)關(guān)PRS1接近開(kāi)關(guān)PRS2接近開(kāi)關(guān)PRS3電磁閥YA1電磁閥YA2電磁閥YA3電磁閥YA4圖3.2PLC外圍接線圖4PLC控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)通過(guò)對(duì)自動(dòng)換刀系統(tǒng)的分析，可將整個(gè)控制過(guò)程進(jìn)行任務(wù)分解、弄清楚每個(gè)狀態(tài)的功能、找出每個(gè)狀態(tài)的轉(zhuǎn)移條件及方向。畫(huà)出流程圖如4.1所示：在選擇用三菱FX2N—32MR—001型PLC情況下，我們自然是選擇三菱公司為其生產(chǎn)的PLC而開(kāi)發(fā)的編程軟件SWOPC-FXGP/WIN-C。結(jié)合以上的程序段和控制各種要求，對(duì)控制對(duì)象進(jìn)行綜合分析，得到參考程序如下。為便于程序的編制，先繪出整個(gè)控制程序的機(jī)構(gòu)框圖，再分別編制自動(dòng)換刀和手動(dòng)換刀的程序。程序結(jié)構(gòu)圖如下：在該結(jié)構(gòu)框圖中，電源開(kāi)關(guān)打開(kāi)后，當(dāng)操作方式選擇開(kāi)關(guān)置于“手動(dòng)”時(shí)即(X002=0)使自動(dòng)控制的程序被斷開(kāi)不需被執(zhí)行。當(dāng)操作方式選擇“自動(dòng)”時(shí)即(X002=1)使手動(dòng)程序被斷開(kāi)，從而不須執(zhí)行。4.2.2自動(dòng)換刀程序設(shè)計(jì)①設(shè)置PLC的通信參數(shù)設(shè)置PLC的通信參數(shù)即設(shè)置D8120的參數(shù)。由D8120參數(shù)表(如表4.1)充分考慮到換刀系統(tǒng)的傳輸數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度及換刀速度快的特點(diǎn)設(shè)置D8120=33AH。數(shù)據(jù)位為7位，采用奇校驗(yàn)和1位停止位，波特率為300bit/s,具有起字符和結(jié)束字符。其中，起始字符和結(jié)束字符分別存放在D8124和D8125中，它們可根據(jù)用戶的需要進(jìn)行修改。缺省的起始字符和結(jié)束字符分別為02H和03H。這些值存貯在各個(gè)寄存器中的低字節(jié)中。起始字符和結(jié)束字符在發(fā)送時(shí)自動(dòng)加到發(fā)送的信息上。在接收信息的過(guò)程中，除非接收到起始字符，不然數(shù)據(jù)將被忽略。一旦收到起始字符，數(shù)據(jù)被連續(xù)地讀進(jìn)直到接到結(jié)束字符或接收緩沖區(qū)全部占滿為止。如果緩沖區(qū)占滿仍未收到結(jié)束字符，則信息接收未完成。說(shuō)明位狀態(tài)數(shù)據(jù)長(zhǎng)度7位校驗(yàn)(b2b1)(00):無(wú)校驗(yàn)(01):奇校驗(yàn)(11):偶校驗(yàn)1位b4b5b6b7(1001):19200bit/s無(wú)b9結(jié)束字符無(wú)通過(guò)計(jì)算得出最近的路線進(jìn)行換刀。自動(dòng)換刀程序先設(shè)置通信參數(shù)，然后讀入換刀號(hào)送入D20,當(dāng)前刀號(hào)送D1且不為0則與換刀號(hào)比較有如下三種情況：1)當(dāng)前刀號(hào)大于換刀號(hào)當(dāng)前刀號(hào)減去換刀號(hào)與常數(shù)4進(jìn)行比較，結(jié)果大于等于4則刀盤(pán)順時(shí)針換刀，小于4則逆時(shí)針換刀；2)當(dāng)前刀號(hào)小于換刀號(hào)小于換刀號(hào)則當(dāng)前刀號(hào)加8調(diào)整后再減去換刀號(hào)，等到活塞左移到位后與常數(shù)4比較，如果大于等于4則刀盤(pán)順時(shí)針換刀，小于4則逆時(shí)針換刀；3)當(dāng)前刀號(hào)等于換刀號(hào)④自動(dòng)換刀程序語(yǔ)句表④