摘 要

随着机械、电子行业的发展，立式加工中心刀库的发展越来越迅速，而立式加工中心刀库在许多生产领域的使用实践证明，它在提高生产自动化水平，提高劳动生产率和产品质量以及经济效益，改善工人劳动条件等方面，有着令世人瞩目的作用。

本次设计任务为设计一个装有20把刀的圆盘式刀库，分为机械部分和控制部分两方面设计内容，要求机械部分用步进电动机或气动驱动，控制部分用单片机或PLC来实现。刀库配备在立式加工中心，通过机械机构与控制系统相配合，实现加工中心的自动换刀功能。设计中机械部分分为横移机构和转位机构，为了增大其工作范围，同时缩小其占用空间，选择了悬挂安装的方式，使整个刀库悬挂在机床本体上，转位机构与横移机构相连，并由横移机构带动转位机构移动。设计中控制部分由FX0-30MT-D型PLC驱动步进电机，在收到换刀指令时发送脉冲以精确控制刀盘旋转角度，实现快捷换刀。立式加工中心刀库是典型的机电一体化产品，涉及到机械设计、电子技术、液压与气压驱动、自动化控制等等课程，通过对总体机械结构、机械机构、驱动系统和PLC或单片机控制系统设计实现刀库与加工中心的充分协调。

关键词：加工中心，刀库，转位机构，横移机构，PLC控制

Abstract

Along with the development of the machinery, electronics industry, the development of vertical machining center tool library is more and more quickly, and the vertical machining center tool library in many areas of the production practice has proved that the use of it in the raise the level of production automation, improve labor productivity and product quality and economic efficiency, improve labor conditions, etc., has a pivotal role.

This design task is to design a disc type containing 20 knife tool magazine, can be divided into two aspects of mechanical part and control part design content, the mechanical parts of the requirements with stepper motor or pneumatic drive, control parts use MCU or PLC to implement. Tool magazine is equipped with vertical processing center, through mechanical mechanism to match the control system, implementation of processing center automatic tool change function. In the design of mechanical part is divided into horizontal move organization and indexing mechanism, in order to increase its working range, narrow its footprint at the same time, choose the way of hanging installation, make the knife hanging on the machine body, indexing mechanism are connected to the horizontal moving mechanism, and the transverse institution driven indexing mechanism. Design control part driven by FX0-30 mt - D type PLC stepper motor, after receipt of the transfer instructions send pulses to precisely control knife rotating Angle, realizing fast tool change. Vertical machining center tool library is a typical electromechanical integration products, engaged in mechanical design, electronic technology, hydraulic and pneumatic drive, automatic control and so on curriculum, based on the overall mechanical structure and mechanical mechanism, drive system and PLC and single-chip microcomputer control system design realizes the tool magazine and full coordination of machining center.

Keywords: machining centers, tool magazine, indexing mechanism, traverse mechanism, PLC control

目录

前言 1

1 绪论 1

1.1 课题背景及研究意义 1

1.2 国内外研究现状综述 1

1.3刀库以及刀具交换装置 2

1.3.1刀库的形式及特点 2

1.3.2刀库选刀方式 2

1.3.3设计刀库时的主要问题 2

1.交换装置形式 3

2 PLC实现随机换刀 3

1.4立式加工中心刀库发展方向 3

2 刀库转位机构设计 4

2.1转位机构的电动机选择与校核 4

2.1.1步进电机驱动分类与特点 4

2.1.2步进电机初选 4

2.1.3步进电机校核 5

2.2蜗轮蜗杆传动设计 7

2.2.1蜗轮蜗杆传动 7

2.2.2蜗杆传动设计计算 8

（一）普通圆柱蜗杆传动的主要参数选择 8

（二）蜗杆传动变位的特点 9

（三）蜗杆传动的几何尺寸计算 10

（四）．蜗杆强度计算 12

（五）蜗杆的刚度计算 15

（六）蜗杆传动的润滑 15

（七）蜗杆传动的热平衡计算 16

2.3 刀盘及刀爪的设计 16

2.3.1刀盘 16

2.3.2 刀爪 17

3 刀库横移机构设计 18

3.1 驱动系统设计及计算 18

3.1.1 横移机构驱动方式选择 18

3.1.2 气压缸的设计 18

一、气缸的分类 18

二、气缸的工作特性 19

三、气缸的主要尺寸及结构设计 21

4 其他主要零件设计 24

4.1 轴与轴承 24

4.1.1 轴 24

4.1.2 轴承 25

一、轴承的选择 27

二、轴承的校核 27

三、轴承装置的设计 27

四、轴承装置的润滑 27

五、轴承装置的密封装置选择 28

4.2 联轴器 28

5 刀库控制系统设计 30

5.1 控制系统设计思想 30

5.2 控制系统硬件结构设计 30

5.2.1 可编程控制器（PLC） 30

5.2.2 系统其它硬件选择及其功能 32

1.其他硬件选择 32

2.硬件功能简介 32

5.3 控制系统硬件I/O点的分配 32

1. PLC输入点的分配 32

2. PLC输出点的分配 33

5.4 控制系统分析 33

5.4.1 转位机构控制 33

5.4.2 运动顺序图 33

5.4.3 状态图 36

5.4.4 端子分配图 36

5.4.5 T型图 36

5.5 程序 40

6 总结与展望 42

致谢 45

参考文献 44

附录 45

前言

随着机械、电子行业的发展，立式加工中心刀库的发展越来越迅速，而立式加工中心刀库在许多生产领域的使用实践证明，它在提高生产自动化水平，提高劳动生产率和产品质量以及经济效益，改善工人劳动条件等方面，有着令世人瞩目的作用。