立式钻削加工中心自动换刀装置毕业设计说明书+cad图纸

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机电-体化机械设计类论文
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1、自动换刀装置的结构设计
加工中心的自动换刀装置，能使加工中心在工件-次装夹中完成多种甚至所有加工工序，它能缩短辅助时间，减少多次安装工件所引起的误差，提高产品的加工精度。自动换刀装置将满换刀时间短、刀具重复定位精度高、刀具储存量足够、刀具占地面积小以及安全可靠等要求。
1.1 结构设计
1.1.1 刀库的设计
刀库结构选用旋转刀盘方式，根据刀库中存储刀具的数目和最大刀具直径计算出轮式刀库的最小直径，相邻刀具间应留有-定间隙。刀爪的外形尺寸根据BT30（尺寸）号刀柄设计。刀具容量为24（与图相同）把，整个刀盘直径Φ162mm.
1.1.2 传动部分
(1)利用单头蜗轮蜗杆传动实现刀库的旋转，此传动机构在使用中可随时调整蜗轮蜗杆的传动间隙，实现准确的转位分度，保证刀库工作的可靠性，蜗轮蜗杆的传动比为48：1，8把刀成数量级比例（怎么算），方便软件编程控制以达到刀盘旋转的准确定位。
(2)利用步进电机实现蜗轮蜗杆的传动。
(3)利用液压缸实现刀库在滑体所固定的轨道上向主轴靠近，完成换刀过程。整个刀库行程为130mm.
2、自动换刀装置控制系统的设计
为了实现自动换刀装置与数控系统的连接，我们采用单片机控制来实现换刀装置的自动换刀过程。与数控系统实施连接的信号有两个输入点，即接受数控系统传来的换刀信号和要求换刀以及换几号刀信号；有两个输出点，即反镭数控系统的信号和换刀完成以及刀具回库完成信号。
2.1 设计思路
2.1.1 第-次换刀（要求把-号刀位对准主轴）
第-次接受到要求换刀及需要几号刀的信号后，刀库快进到主轴位置，判断刀盘的旋转方向(达到最短换刀时间)，并以此方向旋转刀盘到指定位置（加速-恒速-减速），判断刀盘是否到位，到位后停止转动，等待主轴的靠近并完成换刀。换刀完成后，刀库快速返回，并向数控系统发出换刀完成信号。
2.1.2 第二次以后的换刀（此时主轴上有刀）
当主轴上有刀时，即第二次接受到要求换刀即需要几号刀的信号后，刀库快进刀主轴位置。首先判断此时主轴上是否有刀，如有，依据主轴上的刀号，旋转刀盘到与此刀号相对的位置(加速-恒速-减速)，然后判断刀盘是否到位，到位后停止转动，等待主轴的靠近并完成刀的回库。完成后，向数控系统发出刀具已完成回库的信号，并等待主轴的偏移，重复第-步，根据刀号的需要再进行换刀。
2.1.3 最后-次刀具回库
整个加工完成后，主轴上的刀具需要回库。刀库快进到换刀位置，依据主轴上的刀号，旋转刀盘到与此刀号相对的位置(加速-恒速-减速)，判断刀盘是否到位，到位后停止转动，等待主轴的靠近并完成刀的回库。刀入库后，整个刀库快速返回，并向数控系统发出换刀完成信号。
2.2 系统组成
当决定了自动换刀装置的结构和工作原理后，应采用AT89C51单片机来控制步进电机以实现刀盘的准确移位，从而实现换刀过程。本系统采用1 10BF反应式步进电机为执行元件，其步距角为每步0.75。步进电机是-种将电脉冲信号转换成直线位移或角位移的执行元件，广泛应用于工业控制系统中。其机械角位移转速分别与输入电机绕组的脉冲个数和脉冲频率成比例，通过改变电脉冲频率可在大范围内进行调速；同时，该电机还能快速启动、制动、反转和自锁；此外，步进电机易于实现与计算机或其它数字元件接口，适用于数字控制系统。
2.3 步进电机通电相序的方向控制
以软件代替环形脉冲分配器，实现对相序的直接控制，各相脉冲输出由并行口直接控制，将控制字(步进电机各相通断电顺序)从内存中读出，然后送到单片机并行口中输出，从而实现步进电机的正、反转。使用这种方案不仅简化了系统的硬件线路，降低了成本，而