刀库设计
本科毕业论文(设计) 数控机床盘式刀库设计
龚剑锋
200730510311
指导教师徐凤英副教授
学院名称
工程学院专业名称
机械设计制造及其自动
化
论文提交日期2011年5月论文答辩日期2011年5月
摘要
加工中心是一种备有刀库并能自动换刀对工件进行多工序加工的数控机床。它是适应省力、省时和节能的时代要求发展起来的，它综合了机械技术、电子技术、计算机软件技术、气动技术、拖动技术、现代控制理论、测量及传感技术以及通讯诊断、刀具和应用编程技术为一身的高科技产品。而刀库是一台加工中心关键的、必不可少的组成部分，刀库的功能是储存加工工序所需的各种刀具，并按程序T指令，把将要用的刀具准确地送到换刀位置，并接受从主轴送来的已用刀具。刀库的储存量一般在8—64把范围内，多的可达100～200把。加工中心刀库的形式很多，结构也各不相同，最常用的有圆盘式刀库、链式刀库和格子盒式刀库。
盘形刀库为最常用的一种形式，每一刀座均可存放一把刀具。盘形刀库的储存量一般为15~40把。盘形刀库的种类葚多，刀库的刀具轴线可以按不同的方向配置。单盘式刀库的结构简单，取刀也较方便，因此应用最为广泛。
本设计是基于24把型号为BT40的刀具的盘式刀库整体结构设计。其整体思路是：利用两个伺服电机来实现换刀动作的整个圆盘的水平运动和转动，一个电机经槽轮、齿轮减速带动圆盘的转动，另外一个电机通过滚珠丝杠实现整个圆盘的水平运动。
关键词：加工中心盘形刀库槽轮机构
Design for Disk-type Knife Library
Gong Jianfeng
(College of Engineering, South China Agricultural University Guangzhou 510642,China) Abstract：Machining center is a numerical control machine which can automatically change the tools among the library of knives, for the multistep processing of workpiece. As a high-tech product, machining center combines with the mechanical technology, electronic technology, computer software technology, pneumatic technology, dragging technology, modern control theory, measurement and sensing technology and communications diagnosis, cutting tools and application programming technology. However, knife library is an indispensable part of machining center. Knife library is used to store various knives needed in the manufacturing processes, transfer them to the right position following the T instructions , and collect the used knife from the spindle. A knife library simplely stores 8 to 64 knives, 100 to 200 to the most. There are many different types of knife library in the machining center, and the most commonly used includes disk-type knife library, chain knife library and grid cassette knife library.
……
Key words: Machining center Disk-type knife library Geneva mechanism
目录
1 前言 (1)
1.1 设计意义 (1)
1.2 设计依据 (1)
1.3 数控加工中心概述 (1)
1.3.1数控加工中心近十年国内外状况 (1)
1.4 数控加工中心自动换刀装置 (2)
1.5 数控加工中心的刀库形式 (2)
1.6 设计内容 (2)
2 总体方案确定 (3)
2.1 刀库方案比较 (3)
2.2 刀库方案选择 (3)
3 理论分析及设计 (4)
3.1 刀库有关参数的设定、校核 (4)
3.2 刀库的转动机构设计 (4)
3.2.1 槽轮尺寸计算 (5)
3.2.2槽轮的校核 (5)
3.3 刀库转动交流伺服电机选择 (6)
3.4 确定各轴的输出转速和输出功率 (6)
3.4.1各轴转速 (6)
3.4.2轴功率 (6)
3.5 轴的设计 (6)
3.6 刀库水平移动传动机构设计 (7)
3.6.1 滚珠丝杠的运动参数 (7)
3.6.2 滚珠丝杠的设计 (7)
3.6.3 刀库移动横梁、导轨、安装板的设计 (8)
4 运动仿真与分析 (10)
5 结论 (12)
参考文献 (13)
附录 (14)
致谢 (15)
图、表清单、符合及其计量单位说明
图1 (2)
………
1 前言
1.1 设计意义
………
1.2 设计依据
………
1.3 数控加工中心概述
数控加工中心是目前世界上产量最高、应用最广泛的数控机床之一（Holbrook L. Horto，1959)。它的综合加工能力较强，工件一次装夹后能完成较多的加工内容，加工精度较高，就中等加工难度的批量工件，其效率是普通设备的5-10倍，特别是它能完成许多普通设备不能完成的加工，对形状较复杂，精度要求高的单件加工或中小批量多品种生产更为适用(曹秋霞，2005；依兰欧克拉,2000)。
数控加工中心是一种功能较全的数控加工机床。它把铣削、镗削、钻削、攻螺纹和切削螺纹等功能集中在一台设备上，使其具有多种工艺手段。加工中心设置有刀库，刀库中存放着不同数量的各种刀具或检具，在加工过程中由程序自动选用和更换。这是它与数控铣床、数控镗床的主要区别。加工中心是一种综合加工能力较强的设备，工件一次装夹后能完成较多的加工步骤，加工精度较高，就中等加工难度的批量工件，其效率可以提高。
……
1.4 数控加工中心自动换刀装置
数控镗、铣加工中心的自动换刀装置结构一般由刀库、机械手组成。自动换刀装置应当具备换刀时间短、刀具重复定位精度高、足够的刀具储备量、占地面积小、安全可靠等特性。自动换刀的一般过程是：刀库的储存、刀具的选择、刀具交换(韩俊峰，2007；廉元国,1995)。
(1) 无机械手换刀
刀库与主轴同方向无机械手换刀方式的特点是：刀库整体前后移动与主轴上直接换刀，省去机械手，结构紧凑，但刀库运动较多，刀库旋转是在工步与工步之间进行的，即旋转所需的辅助时间与加工时间不重合，因而换刀时间较长。无机械手换刀方式主要用于小型加工中心，刀具数量较少，而且刀具尺寸也小。
(2) 机械手换刀
……
1.5 数控加工中心的刀库形式
刀库的功能是储存加工工序所需的各种刀具，并按程序T指令，把将要用的刀具准确地送到换取刀位置，并接受从主轴送来的已用刀具。刀库的储存量一般在8-64把范围内，多的可达100～200把。加工中心刀库的形式很多，结构也各不相同，最常用的有圆盘式刀库、链式刀库和格子盒式刀库(韩俊峰，2007；廉元国,1995；机电商情网，
)。
(1)圆盘式刀库。每个刀位上都有编号，一般从1编到12、18、20、24等，即为刀号地址。其位置是固定不变的。它具有制造成本低。主要部件是刀库体及分度盘，只要这两样零件加工精度得到保证即可，运动部件中刀库的分度使用的是非常经典的“马氏机构”，前后、上下运动主要选用气缸。装配调整比较方便，维护简单等特点。
……
1.6 设计内容
在加工中心，刀库和机械手组成自动换刀装置ATC（Automatic Tools Change），而这个换刀装置正是加工中心区别于NC镗铣床或NC铣床的本质所在，而自动换刀装置的优劣是判断加工中心性能好坏的主要因素。圆盘式刀库及无臂式换刀装置适合于中小型加工中心，刀数目不多，结构紧凑，换刀速度一般。
本论文是开发设计出一种、成本较低、生产周期短的加工中心换刀刀库。主要完成了一下的工作：
(1)论文设计前期，收集加工中心刀库资料，认识加工中心盘式刀库的作用的机构。。
(2)通过对不用的结构原理方案和各部件的结构设计方案作分析对比，确定加工中心刀库的总体技术设计方案和主要技术性能参数。
……
2 总体方案确定
2.1 刀库方案比较
……
目前圆盘式刀库大多采用的是单头双导程蜗轮蜗杆传动，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，但此传动机构较复杂，而且单头双导程蜗轮和蜗杆的加工较困难。槽轮机构具有冲击小，工作平稳性较高，机械效率高，可以在较高转速下工作，且结构简单，易制造等优点。在目前生产的鼓轮式刀库的加工中心机床上，采用槽轮机构来驱动刀库的分度回转运动,可以简化机构。但此机构定位精度不够高，为提高其定位精度宜采用带制动器的交流伺服电机，从而保证较高的定位精度。
……
2.2 刀库方案选择
自动换刀系统采用无机械手换刀，刀库置于立柱侧面的横梁上(曹秋霞，2005；依兰欧克拉,2000)。如图1所示。
1.主轴箱 2立柱 3.刀库 4.工作台 5.床身
图 1 刀库跟换刀装置结构图
刀库在横梁上的移动采用滚珠丝杆传动和快速移动电机。采用盘形刀库，有槽轮机构(它转两圈，刀库主体转一圈)实现回转、分度和转位，有交流伺服电动机驱动。
3 理论分析及设计
3.1 刀库有关参数的设定、校核
表1 盘式刀库主要参数
刀库容量 刀具规格 刀具最大直径 换刀时间 24把
BT40
Φ90（相邻有刀） Φ140（无刀）
3.5s （刀对刀）
刀具最大重量 最大刀具长度
最大扭矩
6Kg
300mm
1591N*M
根据刀具形式及最大刀具直径，采用单环排列方式排放，每把刀之间的距离15mm ,初选刀库直径D=850mm ，采取轮辐式结构，材料为硬铝。刀套线速度影响选刀效率，但是过快的线速度又影响刀库工作可靠性。一般刀套线速度=22~30/min v m ，得刀盘转速：
min /65.9r D
V
n ==
π (3.1) 该YCM MV-66A 系列加工中西的主轴转速范围是45-8000r/min ，主轴电机功率是7.5KW ，主轴端孔斜度是BT40，采用HSK 刀柄，刀爪的外形尺寸据其设计，具体详见零件图1104-100000。 3.2 刀库的转动机构设计
槽轮齿数z 在3～18之间，过大会使槽轮尺寸变大，惯性力矩就随之变大，在槽轮转至要需要停止的位置要停止时振动也就大。而我的刀库容量是24把刀，故在槽轮和刀盘主体之间加上一对减速比为2：1的直齿圆柱轮，槽轮选择12齿，来实现槽轮转两圈，刀库主体转一圈，实现24把刀的准确定位。槽轮机构如2图所示。
图2 槽轮结构图
3.2.1 槽轮尺寸计算
(1)槽轮角?22：?=
=
=0
02360360
23012
Z
(2)槽轮每次转位时曲柄的转角12?：??=-=01221802150
(3)槽轮与锁止盘间的中心距L ：为了使转为定位机构更加紧凑，采用L=360mm ……
根据以上参数可设计出槽轮和锁止盘的尺寸，如槽轮和锁止盘零件图2所示。 材料选调质处理的45号钢。 3.2.2槽轮的校核
因为槽轮机构许用的最大法向接触力
3/2[]F k δ= (3.2)
k =
(3.3) ……
3.3 刀库转动交流伺服电机选择
(1)刀库系统转动惯量C J
C mc LC J J J =+ (3.8)
2(/)LC i c mc J J n n =∑ (3.9)
式中:
LC J ：负载的转动惯量，单位2m kg ?
i J ：各旋转件的转动惯量，单位2m kg ?
i n ：各旋转件的转速，单位r/min mc J ：电机的转动惯量，单位2m kg ? mc n ：电机的转速，单位r/min
……
3.4 确定各轴的输出转速和输出功率 3.
4.1各轴转速
伺服电机跟锁止盘相连，因此锁止盘的转速都等于电机的设定输出的转速，即：
250/min SZ n r =
槽轮轴（简称1轴）的转速： …… 3.4.2轴功率
…… 3.5 轴的设计
由上可知槽轮轴（简称1轴）输入功率：，1119.50.969.1238p p kw kw η==?= 转速11250
20.83/min 12
SZ n n r i =
==取112A =，[]35Mpa τ= 则轴
径85d mm ≥= 轴上有两个键，轴的直径扩大10%～15%， 取94d mm =(参考GT/T
2822-1981)。跟据d 和扭矩选取角接轴承7226C 。轴的初步设计如图3所示：
图 3 槽轮轴结构图
装配方案是：左端向右端依次安装左端轴承7232C 、圆螺母、止动垫圈。右端向左端依次安装右端轴承7232C 、轴套、槽轮、圆螺母、止动垫圈、小齿轮、圆螺母、止动垫圈。 应用强度对上述的轴结构强度、键分别进行强度校核。 ……
3.6 刀库水平移动传动机构设计 3.6.1 滚珠丝杠的运动参数
加速阶段：
11120/min
1000/min,400666.7,0.2600.2m n r F Ma kg N t s s
===?==?
匀速阶段：
2222000/min,0.2540001000, 1.3n r F Mg N t s μ===?== ……
3.6.2 滚珠丝杠的设计
确定滚珠丝杠副的导程及额定动载荷
max
max
h V P i n =
? (3.12)
式中： h P ——滚珠丝管副的导程，单位 mm
max V ：滑台的最高速度 ，单位m/min max n ：电机最高转速，单位r/min
……
代入得 =1
0h P m m 拟采用预紧滚珠丝杠副，按最大负载m a x F 计算
am e m C f F = ……
3.6.3 刀库移动横梁、导轨、安装板的设计
下方为刀库三维装配图的两个视图，1为安装板，作用是通过螺栓连接导轨连接到加工中心机床机体上，示意如图 4所示。滚珠丝杠的平台连接，实现刀库的水平移动。装配关系详细请看总装配图1104-000000，安装板、导轨、移动板详细尺寸请看零件图1104-200020、1104-200030、1104-200040。
图4 加工中心简图
1.立柱
2.滚珠丝杠
3.主轴
4.刀库
5.工作台
6.床身
4 运动仿真与分析
…….
图5 刀库简略装配
1.箱体
2.防尘环
3.槽轮轴
4.大轴承套
5.槽轮
6.大齿轮
7.转盘轴
8.中轴承套
9.转盘体10.小齿轮 11.
小轴承套. 12.锁止盘 13.锁止盘轴
图6 刀库三维装配图后视图
1．安装版 2.导轨 3.移动板
5 结论…….
参考文献
曹秋霞,陈新亚.加工中心圆盘式刀库转动定位机构的设计计算.机械传动.
2005,30(4):34-36
邓文. 槽轮机构在加工中心鼓轮式刀库上的应用.机械工程师,1999:94-103
韩俊峰.加工中心刀柄系统.四川工程职业技术学院学报. 2007,(3):62-65
机电商情网. 数控机床自动换刀系统产品化研究. 出版地：出版者，出版年(更新日期). https://www.360docs.net/doc/c613059867.html,/tech/20073/16840.html
廉元国,张永洪.加工中心设计与应用.北京:机械工业出版社,1995:1-144
王健石.机械通用零部件优选手册.北京:中国电力出版社,2008:1-702
依兰欧克拉,比京克依兰,蒲小琼.数控平面加工中心轮式刀库自动换刀装置的设计.成都纺织高等专科学院学报.2000,14(3):27-30
Holbrook L. Horton. Ingenious Mechanisms for Designers and Inventors. New york: Industrial Press,1959:1-513
附录…….
致谢
断断续续历时三个多月的毕业设计接近尾声了，我的设计也基本上圆满完成了。此时回想过去设计的日子，体会多多，感慨也不少。我基本上按照我初定的两阶段计划认真做我的毕业设计的。设计过程也如我所料，遇到不少的问题。
开始的时候采用蜗轮蜗杆的传动机构，做了一小部分，由于后面的机构太复杂，搁置了。现在看来其实蜗轮蜗杆机构比槽轮机构在转动控制方面好一些，刀盘运动比较平稳一些。
在设计刀夹机构的时候，因为找到的资料不多，只有一份期刊，两幅图，看了很长一段时间都没弄明白原理，后来才在参考实体的过程中慢慢领会。
这次设计中，从设计槽轮开始就要查机械设计手册，几乎每个主要零件设计都要查手册。于是后来我就下了机械设计手册的PDF跟软件版。软件版令我设计轴、齿轮、销、键等零件有很多便利。
毕业设计使把以前学过的学过的东西都融汇一炉了，从机构设计到力学校核，再到三维软件设计、AutoCAD出图，走了一个流程，明白了设计一个产品的基本思路。
这次毕业设计，我很感谢我的导师徐老师，从最初的设计思路、到之后的资料收集、方案确定落实、到后面的可行性分析，论文的写作，她都给耐心的指导和各方面得帮助。我知道，为了指导我做好这次的毕业设计，徐老师付出了很多，在百忙之中抽出了很多时间给我。没有徐老师的辛勤栽培，孜孜教诲，就没有我这次论文的顺利完成。同时我还要感谢在我学习期间教会我各方面的知识，给予我极大的关心和支持的各位老师和同学。
毕业论文的完成，意味着我们踏入社会的新开始。我是华南农业大学的学生，在今后的工作中我会继续发扬华农“不怕苦！前途掌握在自己手里！”的精神。今天我以华农为荣，明天我要华农以我为荣！
再次感谢所有帮助和教育过我的老师，同学和朋友，从你们身上，我收获无数，谨以最朴实的话语致以最崇高的谢意！
HNC-08MD系统斗笠式刀库换刀操作说明书V0.5
HNC-08MD系统斗笠式刀库使用说明书V0.5 1、换刀基本过程 对于HNC-08MD系统来说，无论是斗笠式刀库还是机械手刀库，其换刀过程均为通过M6调用9999子程序来执行的，9999为扩展程序，如果系统参数中2号参数为0，则可以通过《程序》--《选择程序》--《扩展程序》载入9999程序入内存，来查看9999程序，也可以在电脑上在..\HNC-08MD\EXT目录下用文本方式打开9999文件，查看里面的内容。 M6调用9999程序之后，再通过调用相应的M扩展代码，对换刀的整个过程进行控制。换刀的M扩展代码可以在《系统设置》——《辅助功能》里面进行查看。 2、刀库配置表 刀库配置表在主界面的《刀库配置》界面下，刀库配置表提供了主轴上和刀库上的所有的刀具信息。 刀库表起始地址：刀库表存储于PLC数据表中，该配置项用以设置刀库表在数据表中的起始地址。该配置项为参数P0196的引用，与修改参数P0196具有同等效果。（机床级权限） 刀具数量：设置刀库中能存储的刀具数量。该配置项为参数P0195的引用，与修改参数P0195具有同等效果。（机床级权限） 当前刀具号：设置主轴上夹持刀具的刀具号。该配置项为数据表D045的引用。 当前刀位号：设置刀库上在换刀位置上的刀位号。该配置项为数据表D044的引用。 刀具号：设置刀库每个刀位上所装夹刀具的序号。 刀库表的相关地址为： 刀库表首地址 = 刀库表起始地址设置值 刀库表尾地址 = 刀库表起始地址+刀具数量-1 刀位地址 = 刀库表起始地址+刀位号-1 数据表中非易失性存储单元地址范围为D000～D255，因此，刀库表尾地址最大不能超过255，否则系统报错。 对于斗笠式刀库来说，刀位号与刀具号一一对应，所以实际的【刀库配置】的刀库配置表内的各个刀位上的刀具号就没有意义，有效的内容只有“当前刀具号”同“当前刀位号”，其二者应该一致。 3、斗笠式换刀 3.1、指令格式 斗笠式换刀的代码格式： 1、“M6TX”或者“TXM6”，X为刀具号； 2、“TX;……;M6”；即在执行M6的前面先执行TX，再执行M6，但是这种格式并不能够预选刀，最终选刀的动作还是在执行M06时执行，如果M06前面没有TX，则系统会报警。 推荐使用第一种代码格式。 3.2、操作过程 3.2.1、初次操作 初次操作先定义好刀盘上各个刀位的刀位号，再通过M10刀库正转或者M11刀库反转使刀盘上想要的刀位转动到当前刀位的位置，再在【刀库配置】的刀库配置表将“当前刀具号”和“当前刀位号”里均填上当前实际的刀位号。例：在刀盘上做好刀位标记后，通过M10或者M11将刀盘转动到想要的5号刀位上，再将【刀库配置】的刀库配置表里将“当前刀具号”和“当前刀位号”里均填上5。 初次操作是针对用户第一次使用刀库进行刀库检查所使用，或者在换刀转动刀盘的过程中终止换刀之后均要进行上述操作。 3.2.2换刀操作 换刀操作为M06TX，X为刀具号，若X为0，则M06T0执行时系统会报警。当正确的输入换刀指令后，系统会先将刀具还到刀盘里面，再进行转动刀盘选刀，选中刀具之后，最后进行装刀的操作。换刀操作之后，【刀库配置】的刀库配置表里“当前刀具号”和“当前刀位号”均同步更新。 3.2.3换刀的中止操作 1、通过按“急停”按钮中止换刀的动作； 2、通过按“进给保持”按钮暂停换刀； 3.2.4装卸刀操作 装刀操作： 1、先执行M06TX，X为想换的刀具号； 2、再手动将X号刀具装到主轴上； 3、重复上面的操作，可以继续装刀。 卸刀操作： 1、先执行M06TX，X为想卸的刀具号； 2、再手动将X号刀具从主轴上卸下来； 3、重复上面的操作，可以继续卸刀。 3.3换刀规则及注意事项 1、执行M06TX后，无论换刀成功与否均会取消刀具长度补偿和刀具半径补偿。 2、换刀时必须保证刀盘的当前刀位上永远没有刀具，如果当前刀位上有刀具，此种情况禁止进行换刀操作。 3、【刀库配置】的刀库配置表里“当前刀具号”和“当前刀位号”不一致，换刀时系统会产生报警。 4、当M06TX中X有效时(X不为0且在刀库范围之内)，且X等于主轴上的刀具号，即当前要换的刀具就在主轴上，则执行此命令不会有任何动作，也不 会报警。
加工中心刀库装置设计_时雨
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!! 5计算及试验情况5.1 疲劳仿真分析 2010年4月，委托北京交通大学采用AAR 机务标准M-1001-97“货车设计制造规范”中确定载荷谱和“BS EN 1993-1-9： 2005Euro code 3：钢结构设计规范”中的疲劳寿命预测方法及S-N 曲线，对CW1型米轨敞车设计方案进行了疲劳仿真分析计算，结果表明该车体各部位结构的疲劳寿命均大于600万km 。5.2 动力学性能仿真分析 2010年4月，委托西南交通大学对CW1型米轨敞车设计方案进行了动力学性能仿真计算，结果如下： （1）空车工况车辆的临界速度为101km/h ，重车临界速度为108km/h ，空重车临界速度均高于最高运行速度80km/h 的110%；能够满足运行要求，并且稳定性具有一定的裕量。 （2）在所计算的速度范围和曲线工况下，轮轴横向力最大值、脱轨系数最大值和轮重减载率最大值都能够满足GB5599-85的要求，能够保证安全运行。 （3）在美国五级谱的激励下，速度在90km/h 以下范围内，空、重车的横向、垂向平稳性指标和平均最大加速度均为优，车体振动最大加速度垂向均小于0.7g ，横向均小于0.5g 。 5.3 静强度试验 2011年6月委托青岛四方车辆研究所，在包头对CW1型米轨敞车样车进行了车体静强度试验，分别对车体在纵向载荷、 垂向载荷、侧向力、顶车载荷和翻车机工况作用下的强度进行了试验验证。试验结果表明：CW1型敞车车体强度满足TB/T1335-1996的要求，并具有一定的强度储备。 车体刚度试验与垂向静载荷试验同时进行，测量中梁中央处和心盘处的位移值，并计算中梁中央处相对于心盘处的挠度。中梁中央处相对于心盘处挠度为3.52mm ，挠跨比为0.49/1500＜1/1500，满足设计和用户要求。5.4 线路运行试验 2011年11月，首批CW1型米轨敞车在印度尼西亚用户指定线路上进行了车辆线路运行试验，运行性能稳定、状态良好，符合运用要求。6 结论 通过样车试制及相关试验，以及运用考验，CW1型米轨敞车符合标准及用户使用要求，效果良好。 （编辑立 明） 作者简介：高宏强（1974-），男，高级工程师，从事产品研发营销管理工作。 收稿日期：2０１２－１１－１９ 加工中心刀库装置设计 时雨 （哈尔滨市国际工程咨询中心，哈尔滨150000 ）1引言随着科学技术的飞速发展和经济竞争的日趋激烈，产品更新速度越来越快。形状复杂的零件越来越多，对精度的要求也越来越高。多品种、中小批量的生产方式逐渐占据了工业市场。激烈的市场竞争使得产品研发生产周期逐渐缩短。传统的加工设备和制造方法已难以满足这种多样化、柔性化的高效高质量零件加工要求。近几十年来，世界各国十分重视发展能有效解决复杂、精密、小批多变零件的数控加工技术，在加工设备中大量采用以微电子技术和计算机技术为基础的数控技术［1］。加工中心就是一种这样应运而生的数控设备［2］。 目前我国加工中心技术水平同发达国家相比仍存在巨大差距，本设计力求在刀库及换刀装置方面最大限度地改进并设计出相对可靠、高效率的刀库装置［3］。2 刀库的综述 首先我们要对刀库进行一次系统的定义。刀库是储存加工工序所需的各种刀具的机构，可以按程序指令，把即将使用的刀具迅速、准确地送到换刀位置，并接受计算机指令将使用过的刀具复位。因此，刀库不单单是储存刀具的单一机构，而是能够按程序运作的一个精确机构［4］。 常见刀库形式可分为三种：圆盘式刀库，链条式刀库以及斗笠式刀库，具体对比见表1。 对于每种刀库，它们各自的结构也不同，这里主要介绍设计中所选择的圆盘式刀库结构［5］。传统圆盘式刀库通摘要： 在全面了解数控加工中心的结构、工作原理和控制方法的基础上，设计出加工中心的刀库装置。根据加工中心刀库的工作原理，确定结构与技术参数并给出结构设计方案，设计出一套符合技术要求的刀库，具有工作效率高、刚性好、使用寿命长等特点。 关键词：数控加工中心；刀库；刀座 中图分类号：T G659文献标识码：A 文章编号：1002－2333（2013）01－0138－02 解决方案 SOLUTION 工艺／工装／模具／诊断／检测／维修／改造 机械工程师2013年第1期 138
库设计规则
原理图器件绘制规则： 1.尽量使原理图封装形象的体现器件所实现的功能； 2.原理图封装图形必须在图纸的原点附近，最好以图纸原点作为图新的中心点或者使图形 的左上角与原点重合，避免在画原理图时选择了器件却在图纸中找不到器件的现象。3.在画原理图封装的器件引脚前必须将图纸的电气捕捉栅格设置为10mil，可视栅格设置 为10mil，器件的引脚名应该和实际的Datasheet上一致，对于多个引脚（n≥3）的器件须将number号设置为显示； 4.画原理图封装图形时，类似表示IC等的Rectangle图形框，框线统一使用颜色代号为221、 线粗为Smallest、填充颜色代号为218,；其他图形如Line、Polygon、Beziex、Arc、Ellipse、Round Rectangle等统一使用线条颜色和填充颜色都为229、线条粗细为small。 PCB器件库绘制规则： 1.器件PCB封装图形必须在图纸的原点附近，最好以图纸原点作为图新的中心点或者使图 形的左上角与原点重合，避免在画原理图时选择了器件却在图纸中找不到器件的现象。 2.设计PCB封装时，统一使用公制（mm、cm等）单位来表示，不使用英制单位； 3.器件PCB封装设计时，焊盘名称（焊盘属性的designator栏）统一使用数字来标注，与 原理图引脚number号对应，从编号1开始，依次递增； 4.元器件PCB封装的外围线统一在TopOverLayer用0.2mm线绘制，外围线需等于或大于 器件在PCB上的安装尺寸； 5.设计器件封装时，必须有明确的安装方向标识，如双极性器件在正极标+号，或者在外 围线上作出明确方向标识；对于IC、液晶等多引脚器件需标示出第一引脚位置，可以在第一引脚处在丝印层画圆点标识，可以在第一引脚处将外围线做出缺口标识；还可以将第一引脚引脚做得与其他引脚不同来标识，如将第一脚做为方角焊盘，而其他引脚做为圆角焊盘
基于宏程序和PMC控制的斗笠式刀库换刀的实现
基于宏程序和PMC控制的斗笠式刀库换刀的实现 作者：王刘成杨晋萍裘虹 来源：《电子世界》2012年第19期 【摘要】运用ladder编程软件和宏程序编辑，通过FANUC系统宏程序变量与PMC指令的结合，以及NC指令的调用，实现斗笠式刀库的换刀控制，从而达到换刀的有效进行，保证机械加工的精度，实现了NC机床的高效，高精加工，提高了生产效率和效益。 【关键词】NC；宏程序；PMC；功能指令 斗笠式刀库存放刀具数量为16～24把，刀库移向主轴实现换刀动作，具有容量少、构造易懂、刀库旋转、找刀容易、方便控制的优点，在经济型加工中心中应用很多。本文主要针对斗笠式刀库的特点，运用PMC和宏程序实现对斗笠式刀库的换刀控制。 一、换刀动作及时序图 当主轴刀具进入刀库刀套后，主轴向上进给，脱开刀具，随后刀库旋转。当输入的指令刀具在主轴正下方位置时，主轴向下进给，让刀具进入主轴锥孔，主轴夹刀后，刀库退到初始位置。其换刀动作详细如图： （1）主轴移动到换刀点：图1（a） （2）主轴定位 （3）刀库向前到换刀点抓取旧刀：图1（b） （4）主轴松开刀具 （5）Z轴向上移动出换刀空间：图1（c） （6）刀库据指令找刀：图1（d） （7）Z轴向下移动至换刀点：图1（e） （8）主轴紧紧新刀 （9）刀库后退至初始位置：图1（f）
（10）刀库时序图：图2 整个刀库的动作主要靠刀库电机、汽缸和主轴的相互结合控制实现。时序图中的分度电机通过PMC功能指令实现刀库的正反转就近找刀，其中的接近开关信号可用于刀库计数以此实现刀库原点复归和数刀。汽缸的功能主要用于接收PMC发出的信号以控制刀库整体向前或后退，为换刀或换刀后的运行NC程序作准备。 二、FANUC换刀宏程序流程图 主要通过NC程序、PMC、宏程序实现，其中宏程序变量类型如表一所示，换刀时序框图如图3，相关说明如右侧所示。 三、功能指令 FANUC 0ID系统的功能指令有104个，其中常见的用于刀库控制的PMC功能指令主要有以下几个，现分别加以说明，其中的SUB是功能指令的代码。 五、结语 通过宏程序，PMC，NC的有机结合控制在加工中心上的应用，改善了原来的换刀速度和换刀的安全性，提高了机床的生产效率，使斗笠式刀库的换刀更为安全，简捷，有效，经济。 参考文献 [1]FANUC（北京）有限公司.B—61863梯形图语言编程说明书，2003. [2]FANUC（北京）有限公司.GFZ—61803E—1/07 Macro Complier/Macro Executor Programming Manual. [3]FANUC（北京）有限公司.B—64305CM/01 FANUC Series 0i—MODEL D维修说明书，2009. 作者简介： 王刘成（1983—），男，河南周口人，现供职于山西大学工程学院，研究方向：数控机床应用技术。 裘虹（1964—），女，浙江嵊州人，浙江特种电机有限公司工程师，研究方向：伺服电机。
数控加工中心刀库设计论文_本科论文
1前言 1.1数控加工中心简介 加工中心是一种可以对工件进行多工序加工的数字控制机床，它装备有刀库，并可以自动更换里面的刀具。工件经过一次装夹之后，数字控制系统能控制机床按照不同的工序，自动选择刀具或者更换刀具，自动地改变机床主轴的转速、进给量和刀具相对工件的运动轨迹，并且可以完成很多其他辅助机能，依次完成工件几个面上多工序的加工。减少了工同时也减少了工序之间的工件周转、搬运和存放的时间，大大缩短了生产的周期，具有显明经济效益。 一种功能较全的数控加工机床就是数控加工中心。目前数控加工中心是世界上生产产出的数量最高、最广的应用数控类机床之一。它综合加工的能力特别强，工件一次装夹后能够完成很多的加工内容，加工工件质量比较高，就要求中等加工难度和批量生产的工件，其加工效率是普通类机床的6～10倍，特别的是：它还能够完成许多普通机床所不能完成的加工，对要求精度高，单件加工或中小批量多品种生产形状较复杂的尤为适和。它把削铣、钻、攻等功能加在一个装置上，使其具有多种工艺手段。加工中心设置有储存刀具的刀库，刀库中存放着各种不同数量和规格的刀具或量具，在加工过程中利用程序来实现自动地更换和选用。这就是加工中心与数控铣、镗的差异。加工中心是一种综合的加工能力比较强的设备，工件一次装夹之后就能完成很多的工步，加工精度很高，就批量的中等的工件而言，其加工效率是普通制造机器和设备的7～12倍多，尤其是它能够实现很多普通机床所不能完成的加工，就像一些特别的行面等。这将会使新产品的研制和更新换代节省大量的人力和物力，从而使得企业具有特别强的竞争力。 1.2数控加工中心刀库系统简介 刀库系统是一种可以提供自动化加工过程中所需的换刀及储刀需求的装置。藉由电脑程式（PLC）的控制，可以实现各种不同的加工的需求，如攻、削、
软件工程-数据库设计规范与命名规则
数据库设计规范、技巧与命名规范 一、数据库设计过程 数据库技术是信息资源管理最有效的手段。 数据库设计是指：对于一个给定的应用环境，构造最优的数据库模式，建立数据库及其应用系统，有效存储数据， 满足用户信息要求和处理要求。 数据库设计的各阶段： A、需求分析阶段：综合各个用户的应用需求(现实世界的需求)。 B、在概念设计阶段：形成独立于机器和各DBMS产品的概念模式(信息世界模型)，用E-R图来描述。 C、在逻辑设计阶段：将E-R图转换成具体的数据库产品支持的数据模型，如关系模型，形成数据库逻辑模式。 然后根据用户处理的要求，安全性的考虑，在基本表的基础上再建立必要的视图(VIEW)形成数据的外模式。 D、在物理设计阶段：根据DBMS特点和处理的需要，进行物理存储安排，设计索引，形成数据库内模式。 1. 需求分析阶段 需求收集和分析，结果得到数据字典描述的数据需求(和数据流图描述的处理需求)。 需求分析的重点：调查、收集与分析用户在数据管理中的信息要求、处理要求、安全性与完整性要求。 需求分析的方法：调查组织机构情况、各部门的业务活动情况、协助用户明确对新系统的各种要求、确定新系统的边界。 常用的调查方法有：跟班作业、开调查会、请专人介绍、询问、设计调查表请用户填写、查阅记录。 分析和表达用户需求的方法主要包括自顶向下和自底向上两类方法。自顶向下的结构化分析方法(Structured Analysis， 简称SA方法)从最上层的系统组织机构入手，采用逐层分解的方式分析系统，并把每一层用数据流图和数据字典描述。 数据流图表达了数据和处理过程的关系。系统中的数据则借助数据字典(Data Dictionary，简称DD)来描述。 2. 概念结构设计阶段 通过对用户需求进行综合、归纳与抽象，形成一个独立于具体DBMS的概念模型，可以用E-R图表示。 概念模型用于信息世界的建模。概念模型不依赖于某一个DBMS支持的数据模型。概念模型可以转换为计算机上某一 DBMS 支持的特定数据模型。 概念模型特点： (1) 具有较强的语义表达能力，能够方便、直接地表达应用中的各种语义知识。 (2) 应该简单、清晰、易于用户理解，是用户与数据库设计人员之间进行交流的语言。 概念模型设计的一种常用方法为IDEF1X方法，它就是把实体-联系方法应用到语义数据模型中的一种语义模型化技术， 用于建立系统信息模型。 使用IDEF1X方法创建E-R模型的步骤如下所示:
加工中心刀刀库(链式刀库)机械毕业设计方案
第一章绪论 本章首先从数控机床的发展历程引出加工中心的发展趋势，再具体到本次设计针对的刀库的任务要求，明确了本设计任务的主要内容。 引言 1952年世界上出现了第一台数控机床，使多品种、中小批量的机械加工设备在柔性、自动化和效率上产生了巨大变革。1958年第一台加工中心问世，它将多工序<铣、钻、镗、铰、攻丝等）加工集于一身；适应加工多品种和大批量的工件；增加机床功能<自动换刀、自动换工件、自动检测等），使自动化程度和加工效率上了一个新台阶；使无人化<或长时间无人操作）加工成为现实。90年代以来，数控加工技术得到迅速的普及及发展，数控加工中心在制造业得到越来越广泛的应用。目前国内企业生产制造的加工中心主要是面向生产领域，其结构复杂、精度高、封闭性强，价格昂贵。加工中心已成为柔性制造系统、计算机集成制造系统和自动化工厂的基本单元。 加工中心是数控机床的代表，是高新技术集成度高的典型机电一体化机械加工设备，受到世界各工业发达国家的高度重视，技术迅速发展，品种和数量大幅度增加，成为当今世界机械加工设备中最引人注目的一类产品。 加工中心简介 加工中心的发展简史 1952年世界上出现第一台数控机床，使多品种、中小批量的机械加工设备在柔性、自动化和效率上产生了巨大变革。它用易于修改的数控加工程序进行控制，因而比大批量生产重使用组合机床生产线和凸轮、开关控制的专用机床有更大的柔性，容易适应加工件品种的变化，进行多品种加工。它用数控系统对机床的工艺功能、几何图形运动功能和辅助功能实行全自动的数字控制，因为有更高的自动化程
度和加工效率，大大改变了中小批量生产中普通机床占整个机械加工70%~80%的状况。数控机床能实现两坐标以上联动的功能，其效率和精度比用手工和样板控制加工复杂零件要高得多。 1958年第一台加工中心在美国卡尼、特雷克 数据库设计和编码规范 Version 目录 简介 读者对象 此文档说明书供开发部全体成员阅读。 目的 一个合理的数据库结构设计是保证系统性能的基础。一个好的规范让新手容易进入状态且少犯错，保持团队支持顺畅，系统长久使用后不至于紊乱，让管理者易于在众多对象中，获取所需或理清问题。 同时，定义标准程序也需要团队合作，讨论出大家愿意遵循的规范。随着时间演进，还需要逐步校订与修改规范，让团队运行更为顺畅。 数据库命名规范 团队开发与管理信息系统讲究默契，而制定服务器、数据库对象、变量等命名规则是建立默契的基本。 命名规则是让所有的数据库用户，如数据库管理员、程序设计人员和程序开发人员，可以直观地辨识对象用途。而命名规则大都约定俗成，可以依照公司文化、团队习惯修改并落实。 规范总体要求 1.避免使用系统产品本身的惯例，让用户混淆自定义对象和系统对象或关键词。 例如，存储过程不要以sp_或xp_开头，因为SQL SERVER的系统存储过程以 sp_开头，扩展存储过程以xp_开头。 2.不要使用空白符号、运算符号、中文字、关键词来命名对象。 3.名称不宜过于简略，要让对象的用途直观易懂，但也不宜过长，造成使用不方 便。 4.不用为数据表内字段名称加上数据类型的缩写。 5.名称中最好不要包括中划线。 6.禁止使用[拼音]+[英语]的方式来命名数据库对象或变量。 数据库对象命名规范 我们约定，数据库对象包括表、视图（查询）、存储过程（参数查询）、函数、约束。对象名字由前缀和实际名字组成，长度不超过30。避免中文和保留关键字，做到简洁又有意义。前缀就是要求每种对象有固定的开头字符串，而开头字符串宜短且字数统一。可以讨论一下对各种对象的命名规范，通过后严格按照要求实施。例如： 刀库换刀流程和逻辑思路 · 乱刀式刀库的换刀流程图 固定式刀库的换刀流程图 固定式刀库换刀过程分解： 固定式刀库换刀动作可分为三个，即取刀、还刀和换刀。由于采用固定刀位管理方式，刀具的交换实际上是还刀和取刀这两个动作。（斗笠式刀库控制约定：1．斗笠式刀库采用固定刀位，即刀套号就是刀具号；2．取刀时，刀库就近找刀） ①取刀 现状：主轴上无刀具 编程：M06 T* 刀库动作描述： ②还刀 现状：主轴上有刀具 编程：M06 T0 刀库动作描述： ③换刀 现状：主轴上有刀具 编程：M06 T* 刀库动作描述：刀具交换的过程，就是还刀加上取刀的过程。 固定式刀库自动换刀装置电气控制 电气控制电路包括接强电电路和PMC控制电路两部分。 下图所示为接触器控制电路。主电路由空气开关QF、KM1主触点、KM2主触点、三相异步交流电机M等组成。控制电路中中间继电器KA1与KA2分别控制接触器KM1和KM2的线圈，控制刀库电机M的正反转和停机制动。实现刀具的选择从而达到精确选刀的目的。 电动刀库电气控制线路图 四、固定式刀库自动换刀装置的PMC控制 PMC控制包括硬件控制和软件控制两方面。 硬件控制包括输入信号的接入和输出信号的控制。下图所示为电动刀库PMC接线图。在此例应用中，传感器信号分别接在X2.0、X2.1输入端口，而控制正反转接触器KM1、KM2的中间继电器的线圈分别由Y50.1、Y50.2控制。 电动刀库PMC接线图 图6 刀库旋转逻辑梯形图 例如，加工中心在执行M06T1换刀指刀令时的换刀结果是：刀库中的T1刀装放轴。 （1）D SCH功能指令（检索功能） 当CNC读到T1指令代码信号时，将此信号信息送入PMC。当PMC接到寻找新刀具的指令T1后（FT3为“1”）在模拟刀库的刀号数据表中开始T代码数据检索出来存入F26地址单元中。然后将1号刀所在数据表中的序号1存入到检索结果输出地址D100中，同时R10.2为“1”。由于R9091.0为“0”。即断开，所以DSCH功能指令按规定2位BCD码处理数据。 （2）C OIN功能指令（比较指令） 当R10.2为“1”时，地址D100的内容（指令1号）和地址D200（当前刀套数据表序号4）的内容作比较。数据一致时，输出R10.3为“1”，不一致时，R10.3为“0”作为刀库旋转达ROT功能指令的条件。 （3）R OT功能指令（旋转指令） ROT功能指令中，旋转检索数（刀套位置个数）为12，现在位置地址为D200（存放当前刀套号4），目标位置地址为D100（存放T1号刀具的刀套号1），计算结果输出地址为C1。 链式、盘式、斗笠刀库 刀库系统是提供自动化加工过程中所需之储刀及换刀需求的一种装置；其自动换刀机构及可以储放多把刀具的刀库；改变了传统以人为主的生产方式。藉由电脑程式的控制，可以完成各种不同的加工需求，如铣削、钻孔、搪孔、攻牙等。 一、圆盘式刀库 圆盘式刀库应该称之为固定地址换刀刀库，即每个刀位上都有编号，一般从1编到12、18、20、24等，即为刀号地址。操作者把一把刀具安装进某一刀位后，不管该刀具更换多少次，总是在该刀位内。 1. 制造成本低。主要部件是刀库体及分度盘，只要这两样零件加工精度得到保证即可，运动部件中刀库的分度使用的是非常经典的“马氏机构”，前后、上下运动主要选用气缸。装配调整比较方便，维护简单。一般机床制造厂家都能自制。 2. 每次机床开机后刀库必须“回零”，刀库在旋转时，只要挡 板靠近（距离为0.3mm左右）无触点开关，数控系统就默认为1号刀。并以此为计数基准，“马氏机构”转过几次，当前就是几号刀。只要机床不关机，当前刀号就被记忆。刀具更换时，一般按最近距离旋转原则，刀号编号按逆时针方向，如果刀库数量是18，当前刀号位8，要换6号刀，按最近距离换刀原则，刀库是逆时针转。如要换10号刀，刀库是顺时针转。 机床关机后刀具记忆清零。 3. 固定地址换刀刀库换刀时间比较长国内的机床一般要8秒以上（从一次切削到另一次切削）。 4. 圆盘式刀库的总刀具数量受限制，不宜过多，一般40#刀柄的不超过24把，50#的不超过20把，大型龙门机床也有把圆盘转变为链式结构，刀具数量多达60把。 )圆盘刀库。如图7.1(b)-(g)所示，存刀量少则6把-8把，多则50把-60把，有多种形式。 图7.1(b)所示刀库，刀具径向布置，占有较大空间，一般置于机床立柱上端。 图7.1(c)所示刀库，刀具轴向布置，常置于主轴侧面，刀库轴心线可垂直放置，也可以水平放置，较多使用。 图7.1(d)所示刀库，刀具为伞状布置，多斜放于立柱上端。 为进一步扩充存刀量，有的机床使用多圈分布刀具的圆盘刀库(图7.1(e))，多层圆盘刀库(图7.1(f))和多排圆盘刀库(图7.1(g))。多排圆盘刀库每排4把刀，可整排更换。后三种刀库形式使用较少 毕业设计(论文) 题目：数控加工中心盘式刀库设计 摘要 90年代以来，数控加工技术得到迅速的普及及发展，高速加工中心作为新时代数控机床的代表，已在机床领域广泛使用。自动换刀刀库的发展俨然已超越其为数控加工中心配套的角色，在其特有的技术领域中发展出符合机床高精度、高效率、高可靠度及多任务复合等概念的独特产品。刀库作为加工中心最重要的部分之一，它的发展也直接决定了加工中心的发展。本论文完成的是盘式刀库的总体设计、传动设计、结构设计以及传动部分的运动和动力设计。这种刀库在数控加工中心上应用非常广泛，其换刀过程简单，换刀时间短，定位精度高；总体结构简单、紧凑，动作准确可靠；维护方便，成本低。本刀库减速传动部分分两级减速，一级传动部分采用齿轮减速装置，二级传动部分采用蜗轮蜗杆减速装置，此种设计方案可提高输出轴的传动平稳性能，即提高刀盘的运转平稳性。本刀库满载装刀24把，采用单环排列方式排放，按就近选刀原则选刀。 关键词：加工中心；刀库；数控加工 ABSTRACT Since the 1990s, CNC machining technology made the rapid and universal development, as a new era of the representatives of NC machine tools, High-speed processing center has been widely used in the field of machine tools. The development of automatic Tool Change,s tool house in recent years seems to have gone beyond the NC Center for supporting the role of technology in their unique areas of development to meet the high-precision machine tools, high efficiency and reliability, and more complex tasks, such as the concept of unique products . The tool house as a processing center one of the most important part, it has a direct bearing on the development of the processing center's development.This paper completed the overall design,transmission design,structure design and the transmission part's movement and dynamic design of the disc tool house. Such a tool house in the CNC Machining Center is widely used, the tool change is simple, tool change time is short, high-precision positioning; overall structure is simple and compact , Action is accurate and reliable; convenient maintenance and low cost.The slowdown part in the transmission of the tool house includes two parts, the first part of the transmission is gear deceleration device, the second transmission part of the transmission is Worm Gear deceleration device, such design can increase the output shaft of the transmission smooth performance, improve the smooth functioning of the tool house. The tool house which can load with the maximum of 24 tools use single-ring arrangement of emissions and according to the principle of the nearest to election tools. 11-个重要的数据库设计规则 ?简介 在您开始阅读这篇文章之前，我得明确地告诉您，我并不是一个数据库设计领域的大师。以下列出的11点是我对自己在平时项目实践和阅读中学习到的经验总结出来的个人见解。我个人认为它们对我的数据库设计提供了很大的帮助。实属一家之言，欢迎拍砖: ) 我之所以写下这篇这么完整的文章是因为，很多开发者一参与到数据库设计，就会很自然地把“三范式”当作银弹一样来使用。他们往往认为遵循这个规范就是数据库设计的唯一标准。由于这种心态，他们往往尽管一路碰壁也会坚持把项目做下去。 如果你对“三范式”不清楚，请点击这里（FQ）一步一步的了解什么是“三范式”。 大家都说标准规范是重要的指导方针并且也这么做着，但是把它当作石头上的一块标记来记着（死记硬背）还是会带来麻烦的。以下11点是我在数据库设计时最优先考虑的规则。 ?规则1：弄清楚将要开发的应用程序是什么性质的（OLTP 还是OPAP）？ 当你要开始设计一个数据库的时候，你应该首先要分析出你为之设计的应用程序是什么类型的，它是“事务处理型”（Transactional）的还是“分析型”（Analytical）的？你会发现许多开发人员采用标准化做法去设计数据库，而不考虑目标程序是什么类型的，这样做出来的程序很快就会陷入性能、客户定制化的问题当中。正如前面所说的，这里有两种应用程序类型，“基于事务处理”和“基于分析”，下面让我们来了解一下这两种类型究竟说的是什么意思。 事务处理型：这种类型的应用程序，你的最终用户更关注数据的增查改删（CRUD，Creating/Reading/Updating/Deleting）。这种类型更加官方的叫法是“OLTP”。 分析型：这种类型的应用程序，你的最终用户更关注数据分析、报表、趋势预测等等功能。这一类的数据库的“插入”和“更新”操作相对来说是比较少的。它们主要的目的是更加快速地查询、分析数据。这种类型更加官方的叫法是“OLAP”。 那么换句话说，如果你认为插入、更新、删除数据这些操作在你的程序中更为突出的话，那就设计一个规范化的表否则的话就去创建一个扁平的、不规范化的数据库结构。 济南铁道职业技术学院 毕业设计指导书 （高职机电一体化专业08级） 一、设计题目 斗笠式刀库的设计 二、设计目的 随着科学技术和社会的发展，对机械产品的性能、精度、质量、生产率和成本提出了越来越高的要求，数控机床的出现，开创了机械加工自动化的新纪元，不仅能提高产品的质量和生产率，降低生产成本，还能改善工人劳动条件。 一个零件往往需要多道工序完成，而单功能的数控机床只能完成单工序的加工，因此在零件生产过程中，要进行多次装卸换刀工作，不仅影响劳动效率，还降低了工件精度，加工中心和普通单功能机床的区别在于有了刀库和自动换刀装置，这样，一次装夹就可完成多到工序的加工，提高了零件精度和劳动效率。 现在加工中心上刀库种类很多，有斗笠式、圆盘式等，其中斗笠式刀库结构简单，运动集中，适合与立式加工中心。刀库成本低，工艺要求不高，但是国内生产此类刀库的企业较少，大部分需要进口，价格相对较贵，因此本课题非常有研究价值。 三、设计的技术要求 1、斗笠式刀库主要工作过程为： 斗笠式刀库换刀时，由三步组成，第一、刀库横移装置移动到主轴箱可以到达的位置；第二，刀库分度装置进行选刀，通过精确地分度、定位，将下个工序需要的刀送到指定位置；第三，主轴上自动装卸刀机构准确取刀装刀。 具体过程为： 1）、系统接收到换刀指令。 2）、气缸推动刀库移动到主轴位置，保证当前刀位上为空，准备换刀。 3）、主轴打刀缸释放，将主轴上当前刀具放置到刀库空刀位置。 4）、刀库电机转动，接近目的刀具位置时，接近开关发送指令，电机减速，转到位置停止，准备换刀。 5）、主轴完成装刀动作。 6）、刀库气缸带动刀库返回。 一个换刀动作结束。 2、机械结构的设计 通过对加工中心刀库工作目的及工作过程的了解，设计出用横移机构、分度装置及刀盘。 3、技术参数 1、机械结构 ①刀库有8刀位。 ②使用槽轮机构完成分度。 数据库设计方法、规范与技巧 一、数据库设计过程 数据库技术是信息资源管理最有效的手段。数据库设计是指对于一个给定的应用环境，构造最优的数据库模式，建立数据库及其应用系统，有效存储数据，满足用户信息要求和处理要求。 数据库设计中需求分析阶段综合各个用户的应用需求（现实世界的需求），在概念设计阶段形成独立于机器特点、独立于各个DBMS产品的概念模式（信息世界模型），用E-R图来描述。在逻辑设计阶段将E-R图转换成具体的数据库产品支持的数据模型如关系模型，形成数据库逻辑模式。然后根据用户处理的要求，安全性的考虑，在基本表的基础上再建立必要的视图（VIEW）形成数据的外模式。在物理设计阶段根据DBMS特点和处理的需要，进行物理存储安排，设计索引，形成数据库内模式。 1. 需求分析阶段 需求收集和分析，结果得到数据字典描述的数据需求（和数据流图描述的处理需求）。 需求分析的重点是调查、收集与分析用户在数据管理中的信息要求、处理要求、安全性与完整性要求。 需求分析的方法：调查组织机构情况、调查各部门的业务活动情况、协助用户明确对新系统的各种要求、确定新系统的边界。 常用的调查方法有：跟班作业、开调查会、请专人介绍、询问、设计调查表请用户填写、查阅记录。 分析和表达用户需求的方法主要包括自顶向下和自底向上两类方法。自顶向下的结构化分析方法（Structured Analysis，简称SA方法）从最上层的系统组织机构入手，采用逐层分解的方式分析系统，并把每一层用数据流图和数据字典描述。 数据流图表达了数据和处理过程的关系。系统中的数据则借助数据字典（Data Dictionary，简称DD）来描述。 数据字典是各类数据描述的集合，它是关于数据库中数据的描述，即元数据，而不是数据本身。数据字典通常包括数据项、数据结构、数据流、数据存储和处理过程五个部分(至少应该包含每个字段的数据类型和在每个表内的主外键)。 数据项描述＝｛数据项名，数据项含义说明，别名，数据类型，长度， 取值范围，取值含义，与其他数据项的逻辑关系｝ 数据结构描述＝｛数据结构名，含义说明，组成:｛数据项或数据结构｝｝ 数据流描述＝｛数据流名，说明，数据流来源，数据流去向， 组成:｛数据结构｝，平均流量，高峰期流量｝ 数据存储描述＝｛数据存储名，说明，编号，流入的数据流，流出的数据流， 组成:｛数据结构｝，数据量，存取方式｝ 处理过程描述＝｛处理过程名，说明，输入:｛数据流｝，输出:｛数据流｝, 处理:｛简要说明｝｝ 2. 概念结构设计阶段 通过对用户需求进行综合、归纳与抽象，形成一个独立于具体DBMS的概念模型，可以用E-R图表示。概念模型用于信息世界的建模。概念模型不依赖于某一个DBMS支持的数据模型。概念模型可以转换为计算机上某一DBMS支持的特定数据模型。 概念模型特点： (1) 具有较强的语义表达能力，能够方便、直接地表达应用中的各种语义知识。 (2) 应该简单、清晰、易于用户理解，是用户与数据库设计人员之间进行交流的语言。 概念模型设计的一种常用方法为IDEF1X方法，它就是把实体-联系方法应用到语义数据模型中的一种语义模型化技术，用于建立系统信息模型。 使用IDEF1X方法创建E-R模型的步骤如下所示: 2.1 第零步——初始化工程 1：基本概念： 1）当前刀具号 当前刀具号是指被安放在主轴上的刀具被用户自定义的ID号，该号码在同一刀库中是唯一的，用户可以在数控系统刀库刀补功能中选择刀库表进行编辑。 在系统中当前主轴上的刀具号在刀库表0位置，0号位置映射的是B188寄存器，所以当前主轴上的刀号对应的断电寄存器是B188所存的值。 刀具号的最大数值不能大于设定的刀库刀具总数。 刀具号和刀库中的刀套号是一一对应的，所以在斗笠式刀库中只需要填写当前刀具号。 2）当前刀位号 刀位号是指当前刀库停在换刀缺口上的那把刀的刀具号。在旋转刀库找刀的时候需 要该数据进行数值计算。 刀位号对应的断电寄存器是B189。 3）最大刀具数量 最大刀套数量是用来定义刀库的最大容量的数值。该数值由B187断电寄存器设定。4）换刀点（第二参考点） 在换刀过程中取刀和还刀的位置称为换刀点，也就是所谓的机床第二参考点。可以在坐标轴参数中进行设置。 5）抬刀点（第三参考点） 松开刀具以后主轴将抬刀到一个安全的避让位置用以避开刀柄的碰撞，此安全位置称之为抬刀点，也就是所谓的第三参考点。 2：斗笠式刀库换刀基本流程 整个流程分为3步 1）还刀过程：Z轴首先抬刀到第二参考点，主轴定向开始，检查是否到达第二参考点，检查当前刀具号和当前刀位号是否对应，如果不对应首先先将刀库转到当前刀位号位置，刀库进到位，刀具松开，Z轴抬刀到第三参考点。 2）选刀过程：旋转到预选刀刀号所对的刀位号。 3）取刀过程：Z轴到第二参考点，刀具紧刀，回退刀库，取消主轴定向。 斗笠式换刀流程图 3：换刀用户自定义循环G代码程序 IF [#190188 EQ #100111] M99 ENDIF M35 ;换刀开始标记 M32 ;换刀检查 G91G30P2Z0 ;定位到换刀位置 M33 ;第二参考点到位检查 M19 ; 主轴定向开 IF [#190188 NE #190189] M26 ENDIF M23 ; 刀库进 G4P1000 M21 ; 刀具松 G4P1000 G91G30P3Z0 ; Z抬刀 M34 ;第三参考点到位检查 G4P1000 M25 ; 选刀 G4P1000 G91G30P2Z0 ; 定位到换刀位置 M33 G4P1000 M22 ; 刀具紧 M24 ; 刀库退 G4P1000 M20 ; 主轴定向关 M36 ;换刀结束标记 注意： #190188表示的是B188寄存器的值； #100111表示的是R111寄存器的值。 IF [#190188 EQ #100111] G[#1] ; 恢复进循环之前模态值 G[#2] M99 ENDIF 该程序段的意思是当两个寄存器的值相等，则表示当前所选刀与当前主轴上的刀号相同，不进行换刀。 附录9：实现刀库控制功能 目录 相关知识与技能 1．与刀库相关的电气连接 2．刀库控制的相关信号及其功能 2．1 主轴准停控制信号ORCMA 2．2 宏程序所用的系统变量 2．2．1 用户宏程序输入信号 2．2．2 宏程序报警变量 2．2．3 模态信息变量（#4003、#4006） 3．宏程序调用及刀库相关系统参数 3．1 指定调用宏程序的M代码值参数PRM#6080～6089 3．2 主轴准停位置设置参数（PRM#4031） 3．3 主轴定向速度参数（PRM#4038） 3．4 换刀点设置参数（PRM#1241） 3．5 其他相关参数 4．换刀宏程序 5．PMC控制程序 思考题 实训项目3.8 实现刀库控制功能 以FANUC 0i系统加工中心或调试台为例，介绍一种通过宏程序调用实现斗笠式刀库换刀控制的方法。刀库容量为16（装16把刀），利用伺服主轴电动机的内置编码器进行定向/准停。 实训学时：10学时。 实训目的: （1）加工中心斗笠式刀库的操作与控制程序的编制。 （2）掌握调用宏程序实现刀库控制的编程方法。 （3）掌握调用宏程序实现刀库控制的相关参数设置。 实训内容： （1）斗笠式刀库的操作。 （2）控制刀库的宏程序设计。 （3）刀库梯形图程序的设计与调试。 （4）梯形图功能的调试。 （5）宏程序调用实现刀库控制的相关参数设置。 实训设备: （1）配置FANUC 0i数控系统的加工中心/综合调试台。 （2）个人计算机（PC）。 （3） FANUC公司的梯形图编辑软件（FLADDER Ⅲ版本）。 实训要点： （1）用FLADDER Ⅲ软件对PMC离线编程。 （2）FANUC 0i PMC操作。 （3）FANUC 0i 系统PMC程序传输与功能调试。 （4）刀库控制用宏程序设计与加载。 （5）PMC功能指令的应用。 （6）刀库梯形图程序设计。 （7）调用宏程序控制刀库的相关参数设置。 （8）刀库控制功能验证。 实训具体要求： （1）规范实训，按操作规范操作机床。 （2）机床工作时，严禁用手或导体去触碰各通电电器，确保人身和设备安全。 （3）操作刀库之前，必须保证机床执行手动回零操作。 （4）验证刀库功能时，可采用单程序运行模态或单独执行相关的刀库辅助功能指令（M指令）操作，密切关注机床的动作，确保刀库与主轴不撞机。 （5）具备加工中心的基本操作能力和应用水平。 （6）熟悉FANUC 0i系统参数的设置方法与操作。 组织形式： 教师：演示与指导，组织学生训练、演示、讨论与评估。 学生：根据设备数量，可在课内分组定时训练，也可预约训练，采取组长负责制，负责指导、提问与考核各组员。 相关知识与技能： 1．与刀库相关的电气连接 假设加工中心刀库的主电路如图附9-1所示。数据库设计和编码规范
刀库换刀流程和逻辑思路
链刀、盘式。斗笠式刀库
数控加工中心盘式刀库设计
11-个重要的数据库设计规则
斗笠式刀库的设计
数据库设计方法、规范与技巧
斗笠式刀库调试
实现刀库控制功能