加工中心ATC拔刀力检测系统的研制与试验研究

发布时间：2017-03-28 00:00

  本文关键词：加工中心ATC拔刀力检测系统的研制与试验研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：自动换刀系统作为加工中心的关键功能部件之一,其运行的稳定性和可靠性对加工中心整机运行的稳定性和可靠性有重要的影响。自动换刀系统在工作过程中要实现选刀、打刀、拔刀、换刀、插刀几个关键动作,无论是加工中心的刀库还是主轴都是通过弹性元件夹紧刀柄尾部的拉钉实现对刀具的夹持,这必然导致机械手在换刀的过程中产生拔刀力和插刀力,而拔刀力和插刀力的合理调整是自动换刀系统稳定运行的条件。目前,国内用于ATC拔刀力和插刀力的检测装置和检测手段匮乏,造成加工中心在装配和用户使用过程中难以对ATC拔刀力和插刀力进行准确地检测和调整,影响了机床运行的稳定性和可靠性。本文研制开发了一套加工中心ATC拔刀力检测系统,该系统不仅可以用于加工中心装配过程中精确调整刀库和主轴对刀柄的夹持力,也可用于机床工作过程中对拔刀力和插刀力的在位检测和调整,对提高加工中心自动换刀系统的运行稳定性和可靠性具有重要意义。本文的主要研究内容包括:(1)完成了拔刀力检测系统硬件部分的研制。其中,检测系统的机械部分是通过对原有刀柄的改造,在其上面加工出用于安装拉压力传感器及检测电路组件的空间;检测系统的电路部分主要由电源模块、拉压力传感器、信号调理模块、程序输入模块、数据处理模块(C8051F410单片机)、数据存储模块(含SD卡)、PCB电路板及开关等组成,并将这些组件封装成一个整体内置于加工后的刀柄中,用以实现对拔刀力的检测。(2)开发了一套用于加工中心ATC拔刀力检测的软件系统。该系统通过汇编C语言编写程序,采用Keil C51软件平台对程序进行了调试和仿真验证,并将调试好的程序下载到单片机中,实现对拔刀力信号的采集和处理。(3)进行了加工中心ATC拔刀力检测系统的试验研究。试验包括拔刀力检测系统的验证性试验和应用性试验。其中,验证性试验采用逐渐添加砝码的方式对检测系统进行静态加载,验证了检测系统的测量精度;应用性试验是将开发的检测系统直接应用到链式刀库可靠性试验台上,对ATC的拔刀力和插刀力进行在位测量,验证了检测系统实际应用的可行性。本文研制的加工中心ATC拔刀力检测系统具有一定的工程应用价值,填补了国内缺乏加工中心ATC刀库刀套的钢球锁紧力以及加工中心主轴拉刀力检测工具的空白,同时也为实现对加工中心ATC的故障排除、故障监测和故障预警提供了技术支持。
【关键词】：加工中心 自动换刀系统 单片机 拔刀力 检测系统
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG659
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 绪论10-16
• 1.1 课题来源与背景10-11
• 1.1.1 课题来源10
• 1.1.2 研究背景10-11
• 1.2 课题研究目的与意义11-13
• 1.3 国内外研究现状13-15
• 1.3.1 数控机床的发展现状13
• 1.3.2 加工中心ATC的发展现状13-14
• 1.3.3 数控机床可靠性研究现状14
• 1.3.4 拔刀力检测技术研究现状14-15
• 1.4 主要研究内容15-16
• 第2章 检测系统总体方案16-30
• 2.1 检测对象分析16-22
• 2.1.1 加工中心链式刀库和主轴简介17-19
• 2.1.2 链式刀库换刀动作19-21
• 2.1.3 刀柄在刀库刀套及主轴中的定位及夹紧21-22
• 2.2 检测系统功能设计22-23
• 2.3 检测系统机械方案设计23
• 2.4 检测系统电路方案设计23-27
• 2.4.1 电路设计23-24
• 2.4.2 测力传感器选型24-26
• 2.4.3 单片机芯片选型26-27
• 2.5 检测系统试验方案设计27-28
• 2.6 本章小结28-30
• 第3章 检测系统硬件设计30-46
• 3.1 检测系统机械部分结构设计30-32
• 3.1.1 上部改装刀柄31
• 3.1.2 下部改装刀柄31-32
• 3.2 检测系统电路系统设计32-45
• 3.2.1 电源的选择32-33
• 3.2.2 信号放大模块33-35
• 3.2.3 单片机模块电路35-39
• 3.2.4 偏置电压模块39-40
• 3.2.5 串口存储模块40-42
• 3.2.6 程序下载接口电路42-43
• 3.2.7 开关及电路板接口43
• 3.2.8 PCB板设计43-45
• 3.3 本章小结45-46
• 第4章 检测系统软件设计46-62
• 4.1 系统配置47-51
• 4.1.1 系统时钟配置47
• 4.1.2 电压基准配置47-49
• 4.1.3 端口配置49-50
• 4.1.4 模/数转换器配置50
• 4.1.5 定时器配置50-51
• 4.2 模/数转换51-52
• 4.3 数据处理52
• 4.4 数据串口传送52-53
• 4.5 串口存储模块的配置53-55
• 4.6 单片机程序仿真及程序下载55-60
• 4.6.1 单片机程序仿真55-59
• 4.6.2 单片机程序下载59-60
• 4.7 本章小结60-62
• 第5章 检测系统试验研究62-72
• 5.1 加工中心ATC故障模式62-63
• 5.2 试验数据处理及分析63-70
• 5.2.1 检测系统的验证性试验63-66
• 5.2.2 加工中心ATC拔刀力检测系统的应用66-70
• 5.3 本章小结70-72
• 第6章 总结与展望72-74
• 参考文献74-78
• 附录Ⅰ78-80
• 附录Ⅱ80-84
• 攻读硕士期间所发表的论文和专利84-86
• 致谢86

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本文编号：271303