圆盘刀库自动换刀系统设计.pdf

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1、圆盘刀库自动换刀系统设计口张国斌口杨伯金z1．呼和浩特众环(集团)有限责任公司呼和浩特0100512．北京工业大学机械工程与应用电子技术学院北京100124摘要：针对圆盘刀库自动换刀系统。阐述其具体换刀过程．设计基于PLC的自动换刀系统控制方案。自动换刀系统以PI￡为控制器，主要实现了刀库选刀定位、刀套翻转及机械手换刀的控制。重点介绍了换刀系统硬件设计、换刀动作时序分析、软件设计等。对PLC输入输出进行保护，以提高系统的稳定性。通过设计简单稳定的自动换刀系统，提高换刀速度，实现快速准确换刀以提高加工中心加工效率。经实际应用证明，该自动换刀

2、系统结构简单，操作方便，易于扩展，能够完成PLC程序设计动作．符合加工中心加工要求。关键词：圆盘刀库PLC自动控制机械手中图分类号：TH164；TP273文献标识码：A文章编号：1000—4998f2014)07—0076—04一个零件一般都需要多工序的加工，而单功能的1自动换刀系统总体设计数控机床只能完成单工序的加工。因此，在制造一个零件的过程中，大量的时间用在更换刀具上，为了缩短非自动换刀系统以三菱FXIN-40MTPLC为控制器，切削时间，自动换刀系统的作用就显得越来越重要⋯。通过PLC编程实现对换刀系统的自动控制。自动换刀自动换刀

3、系统主要是将目标刀具从刀库中取出并与主系统接收加工中心换刀指令。PLC通过逻辑运算控制轴刀具进行交换，其由刀库、机械手、驱动系统等构成。伺服驱动器驱动伺服电机实现刀库就近选刀。选刀完自动换刀系统根据加工中心指令，在进行选刀换刀的成后，目标刀具处于换刀位置，PLC控制电磁阀动作，过程中，需要按照严格的动作时序和逻辑关系协调各控制直线往复式气缸活塞运动．连杆机构与活塞相连机构运动，否则容易发生故障。自动换刀系统是加工中带动刀套翻转及回转。PLC控制变频器通过ATC电机心关键功能部件之一，其性能直接影响到机床的加工和凸轮箱联动完成机械手换刀。控

4、制系统的总体结构效率。本文以众环公司生产的BT50-20P圆盘刀库为如图1所示。研究对象，针对自动换刀系统的硬件驱动设计、换刀动2自动换刀系统硬件设计作时序分析、软件设计等进行研究，在充分调研国内外自动换刀系统的基础上，设计并完成了符合加工中心2．1刀库硬件设计要求的以PLC为核心的自动换刀系统。伺服电机驱动刀库分度盘．伺服电机带有编码器，对电机转动角度反馈实现闭环控制。通过计算，选用安运行按钮—+．厂]．川SGMGV一05DDA61伺服电机，SGDV一1R9DO1A伺服驱动器。伺服驱动器采用位置控制模式．通过PLC停止按钮卜+丽丽嚼丽输

5、出的脉冲频率来控制刀库转速．以脉冲数来对刀具急停保护定位[。—可编程逻辑按钮刀库的驱动设计图如图2所示，图中CN1单元与控制器复位按钮—-FX40MT。PLC相连，CN2单元与编码器相连。CN1单元中PULSl『变塑量H!皇H：PLC和／PULSE为脉冲输入端口。／S—ON为使能输入．当／接近按钮．-匿亘S一0N无信号输入时，电机停止转动。SIGN和／SIGN控运行模式J制电机转动方向，当SIGN和／SIGN接通时伺服电机正选择开关_+亘亚询转；反之，伺服电机反转[23。PLC是集电极开路输出。因▲图1控制系统总体结构此，将PLC与驱动器

6、的脉冲、方向及清除信号端口连接时各串联一个2．2klq的上拉电阻。LF1为电源噪声{国家重大科技专项(编号：2012ZX04002051)收稿日期：2013年l2月滤波器，用于过滤三相电压中的高次谐波和噪声干扰，I园2014／7机械制造52卷第599期保证伺服电机位置控制时的-fez置准确。缸带动刀套的翻转，否则报错停机。在机械手换刀过程2．2机械手驱动设计中，ATC电机通过带动装有弧面凸轮和槽凸轮的凸轮加工中心换刀机械手是自动换刀装置中的核心组箱来联合控制机械手的换刀动作。换刀过程包括机械成部分，主要完成将主轴上的工作刀具与刀库中的待手

7、抓刀、拔刀、旋转、插刀和回原点等动作。弧面凸轮旋用刀具两者位置交换的任务．其应具有换刀时间短、工转一周，机械手完成一次换刀过程。作平稳、定位准确等特点。驱动装置则是使刀库和机械3．1刀库选刀过程分析手实现其功能的机构，此机构一般由电机、液压、气液自动换刀系统采用刀套编码方式对刀库中的20机构或凸轮机构组成，它们在数控系统控制下。驱动刀个刀套预先编码。每把刀具放入相应刀套之后就有相库和机械手，实现刀具的选择与交换。换刀机械手是实应刀套的编码，即刀具在刀库中的位置是固定的⋯。假现自动换刀动作的主要机构．根据机械手换刀要求，采设处于换刀位置的是

8、号刀具，加工中心发出的换刀用三菱FR—D740—0．75K—CHT变频器来控制交流电机指令中的目标刀具是1，号刀具。通过PLC程序中的逻驱动机械手，机械手驱动设计图如图3所示。机械手驱动设计图