換刀機(jī)械手設(shè)計(jì)帶CAD圖
換刀機(jī)械手設(shè)計(jì)帶CAD圖,機(jī)械手,設(shè)計(jì),CAD
控制與檢測(cè)組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù)文章編號(hào)：1 0 0 1 2 2 6 5 ( 2 0 1 0 ) 0 8 0 0 4 2 0 3加工中心換刀機(jī)械手控制系統(tǒng)研究張祺，侯力，劉松，唐艷，蔣維旭( 四川大學(xué)制造科學(xué)與工程學(xué)院，成都6 1 0 0 6 5 )摘要：換刀機(jī)械手是加工中心穩(wěn)定可靠運(yùn)行的關(guān)鍵功能部件。以快速、準(zhǔn)確換刀為主要目標(biāo)，對(duì)立式加工中心換刀機(jī)械手控制系統(tǒng)進(jìn)行了深入研究。在對(duì)機(jī)械手換刀過(guò)程詳盡分析的基礎(chǔ)之上，設(shè)計(jì)了其電氣控制系統(tǒng)，并提出了電氣系統(tǒng)輸入輸出的保護(hù)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：相對(duì)于傳統(tǒng)方法，具有成本低，控制精確，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的特點(diǎn)。關(guān)鍵詞：機(jī)械手；P L C ；軟件設(shè)計(jì)；I 0 保護(hù)中圖分類(lèi)號(hào)：T P 2 7 3文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：AS t u d yo fM a c h i n i n gC e n t e rA u t o m a t i cT o o lC h a n g eC o n t r o lS y s t e mZ H A N GQ i ，H O UL i ，L I US o n g ，T A N GY a n ，J I A N GW e i - X H( S i C h u a nU n i v e r s i t y ，S c h o o lo fM a n u f a c t u r i n gS c i e n c ea n dE n g i n e e r i n gC h e n g d u ，6 1 0 0 6 5 ，C h i n a )A b s t r a c t ：A T Ci st h ek e yp a r t sf o rt h em a c h i n i n gc e n t e rs t a b l ea n dr e l i a b l eo p e r a t i o n ，t a k e sf a s ta n da c c u r a t et o o lc h a n g ea st h em a i ng o a l I nt h i sp a p e rt h ei n - d e p t hs t u d yf o rV e r t i c a lMa c h i n i n gC e n t e rc o n t r o ls y s t e mo fA T Ch a sb e e nd o n e e l e c t r i cc o n t r o ls y s t e ma r ep r e s e n t e da n dt h ep r o t e c t i o no fI 0i sp r o v i d e db a s e do nt h ed e t a i la n a l y s i sf o rt h ep r o c e s so ft h et o o lc h a n g i n g T h er e s u l t so fe x p e d m e n ts h o wt h a tt h es y s t e mh a dl o wc o s t ，p r e c i s ec o n t r o la n ds i m p l es t r u c t u r ec o m p a r i n gw i t ht r a d i t i o n a lm e t h o d s 。K e yw o r d s ：A T C ；e l e c t r i cc o n t r o l ；s o f t w a r ed e s i g n ；I Op r o t e c t i o nO引言隨著科技的迅猛發(fā)展，數(shù)控機(jī)床已經(jīng)成為制造業(yè)不可缺少的工具之一，作為加工中心的重要組成部分，換刀機(jī)械手是加工中心穩(wěn)定可靠運(yùn)行的關(guān)鍵功能部件。它的快速、準(zhǔn)確的換刀是影響加工中心發(fā)揮高效、可靠的加工等性能的重要因素。本文將要討論的是如何利用P L C 對(duì)刀具交換機(jī)構(gòu)進(jìn)行自動(dòng)控制。文章以單臂雙爪式的自動(dòng)換刀裝置作為控制系統(tǒng)的研究對(duì)象，以P L C 為控制核心，設(shè)計(jì)其控制系統(tǒng)，該機(jī)械手機(jī)械結(jié)構(gòu)如圖1 所示。1機(jī)械手工作原理及換刀過(guò)程分析如圖1 所示整個(gè)機(jī)械手主要由：行程開(kāi)關(guān)，擋環(huán)，齒輪，連接盤(pán)，銷(xiāo)子，傳動(dòng)盤(pán)，升降液壓缸，滑軸，齒條，轉(zhuǎn)位液壓缸，機(jī)械手組成。其工作原理為：上、下兩個(gè)液壓缸分別驅(qū)動(dòng)兩組齒輪齒條實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；為了保證上下兩個(gè)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)互不干擾，中間采用一根滑軸上固接一個(gè)傳動(dòng)盤(pán)的結(jié)構(gòu)，傳動(dòng)盤(pán)與齒輪通過(guò)銷(xiāo)來(lái)傳遞運(yùn)動(dòng)，機(jī)械手換刀動(dòng)作到位與否則是通過(guò)行1 ，3 ，7 ，9 ，1 3 。1 4 為行程開(kāi)關(guān)2 ，6 。1 2 為擋環(huán)4 ，1 1 為齒輪5 為連接盤(pán)8 為銷(xiāo)子l O 為傳動(dòng)盤(pán)1 5 為升降液壓缸1 6 為滑軸1 7 。1 9 為齒條1 8 2 0 為轉(zhuǎn)位液壓缸2 1 為機(jī)械手圖1 機(jī)械手結(jié)構(gòu)圖程開(kāi)關(guān)來(lái)檢測(cè)，外加檔塊進(jìn)行限位，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的自動(dòng)換刀功能。圖2 為該換刀機(jī)械手的結(jié)構(gòu)示意圖，其換刀過(guò)程如下：( 1 ) 刀套轉(zhuǎn)9 0 0 ：換刀之前，刀庫(kù)2 轉(zhuǎn)動(dòng)將待換刀具5 送到換刀位置，之后把帶有刀具5 的刀套4 向下收稿日期：2 0 1 0 0 2 一0 3作者簡(jiǎn)介：張祺( 1 9 8 6 一) 。男。四川南充人，四川大學(xué)碩士研究生，研究方向機(jī)電一體化，( E m a i l ) p z h u z q 1 2 6 C O l l l 。萬(wàn)方數(shù)據(jù)2 0 1 0 年第8 期控制與檢測(cè)翻轉(zhuǎn)9 0 0 ，使得刀具軸線(xiàn)與主軸軸線(xiàn)平行。( 2 ) 機(jī)械手轉(zhuǎn)9 0 0 ：兩手分別抓住刀庫(kù)和主軸3 上的刀柄。( 3 ) 刀具松開(kāi)：刀具的自動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu)松開(kāi)刀具。( 4 ) 機(jī)械手拔刀：機(jī)械手臂下降，同時(shí)拔出兩把刀具。( 5 ) 機(jī)械手轉(zhuǎn)1 8 0 。：使主軸刀具與刀庫(kù)刀具交換位置。( 6 ) 機(jī)械手插刀：機(jī)械手上升，分別把刀具插入主軸錐孔和刀套中。( 7 ) 刀具夾緊：刀具插入主軸的錐孑L 后，刀具的自動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu)夾緊刀具。( 8 ) 機(jī)械手松刀：機(jī)械順時(shí)針轉(zhuǎn)9 0 。，回到原始位置。( 9 ) 刀套向上翻轉(zhuǎn)9 0 。：刀套帶著刀具向上翻轉(zhuǎn)9 0 。，為下一次選刀做準(zhǔn)備。妄：1 ：黧l毫粵鏟s翅丫印圖2 機(jī)械手的換刀示薏圖2電控系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)2 1 控制要求分析通過(guò)對(duì)加工中心機(jī)械手換刀過(guò)程的分析；可知機(jī)械手在完成一次自動(dòng)換刀過(guò)程中的動(dòng)作過(guò)程如圖3 所刁io圖3 機(jī)械手動(dòng)作過(guò)程數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出換刀指令，當(dāng)?shù)稁?kù)準(zhǔn)備好且主軸準(zhǔn)停就緒，控制機(jī)械手臂逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的液壓缸的電磁閥通電，機(jī)械手臂旋轉(zhuǎn)9 0 。抓刀，當(dāng)限位塊碰到行程開(kāi)關(guān)時(shí)，電磁閥停止通電且旋轉(zhuǎn)停止，由機(jī)械手臂的自身機(jī)械結(jié)構(gòu)完成抓刀鎖緊。同時(shí)控制機(jī)械手臂下降的液壓缸的電磁閥通電，機(jī)械手臂下降，撥出主軸和刀庫(kù)上的刀具，下降到極限位置時(shí)，限位塊碰到下限行程開(kāi)關(guān)該電磁閥斷電，且控制兩刀具進(jìn)行交換的液壓缸的三位四通電磁通電，機(jī)械手臂旋轉(zhuǎn)1 8 0 。，當(dāng)齒條碰到行程開(kāi)關(guān)時(shí)，電磁閥立即斷電旋轉(zhuǎn)停止。然后控制機(jī)械手上升的液壓缸的電磁閥通電，機(jī)械手臂上升完成上刀，達(dá)到行程開(kāi)關(guān)位置，電磁閥斷電上升停止，此時(shí)控制機(jī)械手松刀的電磁得電液壓缸驅(qū)動(dòng)手臂順時(shí)針旋轉(zhuǎn)9 0 。到達(dá)原位；并就完成換刀信號(hào)反饋給數(shù)控系統(tǒng)，以便數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的加工；最后控制兩刀具進(jìn)行交換的液壓缸的三位四通電磁閥通電液壓缸復(fù)位為下一次換刀做準(zhǔn)備。2 2 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)2 2 1硬件設(shè)計(jì)舊4 1考慮到機(jī)械手安裝調(diào)試、維護(hù)方便本文中加入了自動(dòng)和手動(dòng)操作模式；根據(jù)本機(jī)械手控制系統(tǒng)控制需要及對(duì)輸入輸出端口個(gè)數(shù)的要求，選用西門(mén)子公司C P U 2 2 6 型P L C ，其控制系統(tǒng)組成邏輯圖如圖4 所示。_ _ 輸入oP L C保1 護(hù)( 機(jī)械手插拔刀)( 機(jī)械手抓刀)( 機(jī)械手換刀)圖4 控制系統(tǒng)組成邏輯圖2 2 2P L C 軟件設(shè)計(jì)根據(jù)機(jī)械手換刀過(guò)程的要求，為了避免插刀與撥刀時(shí)與其它動(dòng)作發(fā)生干涉，在程序中采用了通電延時(shí)計(jì)時(shí)器來(lái)控制。圖5 為機(jī)械手自動(dòng)換刀程序流程圖，掃描輸入口相應(yīng)程序啟動(dòng)位是否就位，若有效，則執(zhí)行機(jī)械手的抓刀、拔刀、刀具交換、插刀等動(dòng)作，并通過(guò)相應(yīng)的行程開(kāi)關(guān)來(lái)控制各動(dòng)作之間的轉(zhuǎn)換；最終實(shí)現(xiàn)機(jī)械手自動(dòng)換刀，并通過(guò)P L C 輸出口發(fā)送換刀結(jié)束指令給數(shù)控系統(tǒng)，以便數(shù)控系統(tǒng)執(zhí)行換刀后的相應(yīng)加工過(guò)程。I 莖塑，_ - 葉壘芝歪qYl 機(jī)械手抓刀l。刃羿N 、罔丌N機(jī)械手拔刀YYl 刀具交換T 一蘿二 二l 機(jī)械手插刀I 延時(shí)N 艘1 叫數(shù)控系統(tǒng)I 機(jī)械手復(fù)型呤n 葡圖5 機(jī)械手自動(dòng)換刀程序流程圖3P L C 輸入輸出保護(hù)可編程序控制器作為新一代的工業(yè)控制裝置，通常其本身具有較完善的保護(hù)功能，但如果現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境過(guò)于惡劣，如供電不穩(wěn)、灰塵大等，很容易造成輸入輸出萬(wàn)方數(shù)據(jù)控制與檢測(cè)組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù)點(diǎn)的損壞，或者因輸出端驅(qū)動(dòng)的負(fù)載而產(chǎn)生干擾；影響P L C 控制系統(tǒng)的正常工作。為了防止機(jī)械手控制系統(tǒng)因工作環(huán)境等影響其工作性能。提出了P L C 輸入輸出口的保護(hù)措施。( 1 ) 輸入口保護(hù)P L C 輸入端最有效的保護(hù)方法是在輸入量與I O間外加一級(jí)光電耦合器，一旦有高壓電壓等侵入回路時(shí)，高壓電壓擊穿保護(hù)級(jí)光耦，然后像更換熔斷器一樣方便地更換損壞了的光耦，及時(shí)排除故障H ，其工作原理如圖6 所示。圖6 光電耦合保護(hù)電路( 2 ) 輸出口保護(hù)繼電器控制接觸器等感性負(fù)載的開(kāi)合瞬間，由于電感具有電流具有的不可突變的特點(diǎn)，將產(chǎn)生一個(gè)瞬間的尖峰電壓在繼電器的兩個(gè)觸點(diǎn)之間，該電壓幅值超過(guò)繼電器的觸點(diǎn)耐壓的降額；感性負(fù)載采用的電磁式繼電器觸點(diǎn)間的耐受電壓是1 0 0 0 V m i n ，若觸點(diǎn)間的電壓長(zhǎng)期的工作在1 0 0 0 V 左右的話(huà)，容易造成觸點(diǎn)金屬遷移和氧化，出現(xiàn)接觸電阻變大、接觸不良和觸點(diǎn)粘接的現(xiàn)象。同樣，晶體管輸出為感性負(fù)載時(shí)也同樣存在這個(gè)問(wèn)題，該瞬時(shí)高壓可能導(dǎo)致晶體管的損壞”1 。因此當(dāng)驅(qū)動(dòng)感性負(fù)載時(shí)應(yīng)在負(fù)載兩端接入吸收保護(hù)電路。當(dāng)驅(qū)動(dòng)直流回路的感性負(fù)載時(shí)，用戶(hù)電路需并聯(lián)續(xù)流二極管；若驅(qū)動(dòng)交流回路的感性負(fù)載時(shí)，用戶(hù)電路需并聯(lián)R C 浪涌吸收電路，以保護(hù)P L C 的輸出觸點(diǎn)，P L C 輸出觸點(diǎn)的保護(hù)電路如圖7 所示。該機(jī)械手中P L C 驅(qū)動(dòng)交流電磁閥，故采用R C 浪涌吸收電路來(lái)保護(hù)P L C 的輸出觸點(diǎn)。圖7P L C 輸出觸點(diǎn)保護(hù)電路4結(jié)束語(yǔ)加工中心的自動(dòng)換刀系統(tǒng)控制方式因刀庫(kù)結(jié)構(gòu)、換刀方式等的不同而不同，本文通過(guò)對(duì)機(jī)械手換刀過(guò)程的分析，設(shè)計(jì)出了滿(mǎn)足其換刀工藝要求、簡(jiǎn)單可靠的控制系統(tǒng)，使得機(jī)械手在性能上得到進(jìn)一步的提高，能夠較好的滿(mǎn)足數(shù)控加工中心在加工對(duì)過(guò)程中自動(dòng)換刀裝置的要求。 參考文獻(xiàn) 1 韓鴻鸞數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)與維修 M 山東：山東科學(xué)技術(shù)出版社，2 0 0 5 2 】龔仲華s 7 2 0 0 3 0 0 4 0 0 P L C 應(yīng)用技術(shù) M 北京：人民郵電出版社。2 0 0 7 3 祝紅芳P L C 及其在數(shù)控機(jī)床上的應(yīng)用 M 北京：人民郵電出版社。2 0 0 7 4 唐愛(ài)民關(guān)于P L C 輸出類(lèi)型的選擇及使用中的注意事項(xiàng) J 紡織機(jī)械，2 0 0 8 ( 6 ) ：2 5 2 7 5 李子午，劉美俊，牛志剛P L C 輸入輸出端的硬件保護(hù) J 自動(dòng)化與儀器儀表，2 0 0 3 ( 4 ) ：6 0 ( 編輯趙蓉)( 上接第4 l 頁(yè)) 小時(shí)能完成5 0 0 0 個(gè)保持架插釘工作，大大提高了生產(chǎn)效率。同時(shí)還可根據(jù)需要對(duì)其進(jìn)行進(jìn)一步的功能開(kāi)發(fā)，與其他軸承加工機(jī)械設(shè)備相配合，組成自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)。 參考文獻(xiàn) 1 秦琴，王忠慶基于P L C 控制的玻璃清洗機(jī)的設(shè)計(jì) J 機(jī)械工程與自動(dòng)化，2 0 0 9 ( 8 ) ：1 6 9 1 7 0 B 2 陳聚偉浪形保持架鉚合的改進(jìn) J 軸承，2 0 0 5 ( 9 ) ：4 3 3 鞠濱香浪形保持架裝釘工藝改進(jìn) J 哈爾濱軸承，2 0 0 8( 1 2 ) ：3 0 3 1 4 成威日本緊釘浪形保持架的制造工藝 J 軸承，1 9 9 5( 9 ) ：1 7 一1 9 5 廖兆榮機(jī)床電氣自動(dòng)控制 M 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2 0 0 3 6 茍群德，楊超君，等基于P L C 的六工位組合機(jī)床的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) J 組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù)，2 0 0 9 ( 7 ) ：5 3 5 6 7 廖常初F X 系列P L C 編程及應(yīng)用 M 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2 0 0 5 ( 編輯趙蓉)萬(wàn)方數(shù)據(jù)加工中心換刀機(jī)械手控制系統(tǒng)研究加工中心換刀機(jī)械手控制系統(tǒng)研究作者：張祺， 侯力， 劉松， 唐艷， 蔣維旭， ZHANG Qi， HOU Li， LIU Song， TANG Yan，JIANG Wei-xu作者單位：四川大學(xué),制造科學(xué)與工程學(xué)院,成都,610065刊名：組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù)英文刊名：MODULAR MACHINE TOOL & AUTOMATIC MANUFACTURING TECHNIQUE年，卷(期)：2010(8) 參考文獻(xiàn)(5條)參考文獻(xiàn)(5條)1.李子午;劉美俊;牛志剛 PLC輸入輸出端的硬件保護(hù)期刊論文-自動(dòng)化與儀器儀表 2003(04)2.唐愛(ài)民 關(guān)于PLC輸出類(lèi)型的選擇及使用中的注意事項(xiàng)期刊論文-紡織機(jī)械 2008(06)3.祝紅芳 PLC及其在數(shù)控機(jī)床上的應(yīng)用 20074.龔仲華 S7-200/300/400PLC應(yīng)用技術(shù) 20075.韓鴻鸞 數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)與維修 2005 本文鏈接：http:/
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