數(shù)控課程設(shè)計(jì)---數(shù)控車(chē)床六工位刀架設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　數(shù)控課程設(shè)計(jì)</b></p><p>　?。〝?shù)控車(chē)床六工位刀架設(shè)計(jì)）</p><p>　　專(zhuān) 業(yè)：機(jī)械維修及檢測(cè)技術(shù)教育 </p><p>　　班級(jí)學(xué)號(hào)： </p><p>　　學(xué)生姓名： </p><p>　　指

2、導(dǎo)教師： （講師）</p><p>　　系 別： </p><p><b>　　二〇一二年 六 月</b></p><p><b>　　目的</b></p><p>　　為了進(jìn)一步提高數(shù)控機(jī)床的加工效率，數(shù)控機(jī)床正向著工件在一臺(tái)機(jī)床上一次裝夾即可完成多道工序或全部工序的方

3、向發(fā)展，因此出現(xiàn)了各種類(lèi)型的加工中心，如車(chē)學(xué)中心、鏜銑中心、鉆穴中心等。這類(lèi)多工序加工的數(shù)控機(jī)床在加工過(guò)程中要使用多種刀具，因此必須有自動(dòng)換刀裝置，以便選用不同的刀具，完成不同工序的加工工藝。自動(dòng)換刀裝置應(yīng)當(dāng)具備換刀時(shí)間短、刀具重復(fù)定位精度高、足夠的刀具儲(chǔ)備量、占地面積小、安全可靠等特性。</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　數(shù)控車(chē)床的刀架是

4、機(jī)床的重要組成部分，刀架用于夾持切削用的刀具，其結(jié)構(gòu)直接影響機(jī)床的切削性能和切削效率。因此數(shù)控車(chē)床的刀架設(shè)計(jì)的好與壞、效率高與低將直接影響到產(chǎn)品的加工時(shí)間和質(zhì)量，進(jìn)而影響到制造業(yè)的飛速發(fā)展。</p><p>　　本次主要是研究數(shù)控車(chē)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)和刀架控制系統(tǒng)。其中分析了數(shù)控車(chē)床刀架的基本種類(lèi)，數(shù)控車(chē)床六工位刀架控制系統(tǒng)的機(jī)械機(jī)構(gòu)和電氣控制以及六工位刀架的PLC程序；測(cè)繪數(shù)控車(chē)床六工位刀架部分的電氣原理圖、接線圖；

5、對(duì)六工位刀架的動(dòng)作過(guò)程的分析。</p><p>　　關(guān)鍵字：刀架；plc控制；編碼器；數(shù)控機(jī)床</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　第1節(jié) 概述1</p><p>　　1.1 數(shù)控刀架的發(fā)展趨勢(shì)1</p><p>　　1.2 發(fā)展方向1</p>

6、<p>　　1.3 課題研究意義1</p><p>　　第2節(jié) 刀架機(jī)械結(jié)構(gòu)2</p><p>　　2.1 刀架總述2</p><p>　　2.2 刀架的基本結(jié)構(gòu)2</p><p>　　2.3 刀架的幾種典型結(jié)構(gòu)3</p><p>　　第3節(jié) 換刀工作原理4</p>&

7、lt;p>　　3.1 數(shù)控車(chē)床編碼器刀架換刀工作原理5</p><p>　　3.2 編碼器真值表5</p><p>　　3.3 編碼器的工作原理5</p><p>　　3.4 刀架轉(zhuǎn)位過(guò)程6</p><p>　　第4節(jié) 數(shù)控車(chē)刀架電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)7</p><p>　　4.1 刀架的控制和接

8、口7</p><p>　　4.2 六工位刀架PLC接線原理圖8</p><p>　　4.3 PLC編程的基本步驟及基本編程10</p><p>　　4.4 六工位刀架梯形圖11</p><p><b>　　第5節(jié) 結(jié)論14</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)1

9、4</b></p><p><b>　　第一節(jié) 概述</b></p><p>　　1.1數(shù)控刀架的發(fā)展趨勢(shì)</p><p>　　隨著數(shù)控車(chē)床的發(fā)展，數(shù)控刀架開(kāi)始向快速換刀、電液組合驅(qū)動(dòng)和伺服驅(qū)動(dòng)方向發(fā)展。 目前國(guó)內(nèi)數(shù)控刀架以電動(dòng)為主，分為立式和臥式兩種。立式刀架有四、六工位兩種形式，主要用于簡(jiǎn)易數(shù)控車(chē)床；臥式刀架有八、十、十二等工位

10、，可正、反方向旋轉(zhuǎn)，就近選刀，用于全功能數(shù)控車(chē)床。另外臥式刀架還有液動(dòng)刀架和伺服驅(qū)動(dòng)刀架。電動(dòng)刀架是數(shù)控車(chē)床重要的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)，合理地選配電動(dòng)刀架，能夠有效的提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間，消除人為誤差，提高加工精度等。</p><p>　　國(guó)產(chǎn)數(shù)控車(chē)床今后將向中高檔發(fā)展，中檔采用普及型數(shù)控刀架配套，高檔采用動(dòng)力型刀架，兼有液壓刀架、伺服刀架、立式刀架等品種，近年來(lái)需要量可達(dá)10000～50000臺(tái)。</p&

11、gt;<p><b>　　1．2發(fā)展方向</b></p><p>　　目前，行業(yè)上應(yīng)用的數(shù)控刀架按照與主機(jī)配套場(chǎng)合主要有分如下高、中、低三個(gè)檔次。低擋數(shù)控刀架結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易設(shè)計(jì)和制造。是我國(guó)的特色產(chǎn)品，已經(jīng)形成規(guī)?；a(chǎn)。中檔數(shù)控刀架可雙向選刀，剛性好，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對(duì)制造加工設(shè)備要求高，此類(lèi)刀架在我國(guó)初具規(guī)模。高檔數(shù)控刀架包括伺服刀架和動(dòng)力刀架。伺服刀架控制器是伺服刀架和動(dòng)力刀

12、架的技術(shù)核心。高檔刀架采用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)源，實(shí)現(xiàn)位置、速度的雙閉環(huán)控制，容易加工制造、精度高、轉(zhuǎn)位快等特點(diǎn)。伺服刀架的控制器即伺服刀架的伺服電機(jī)控制是高檔數(shù)控刀架的關(guān)鍵技術(shù)。</p><p><b>　　1.3課題研究意義</b></p><p>　　數(shù)控車(chē)的刀架控制系統(tǒng)的研究，讓我對(duì)FANUC數(shù)控刀架控制系統(tǒng)有了更全面的了解，比如數(shù)控系統(tǒng)的組成部分、刀架的機(jī)械結(jié)構(gòu)、車(chē)

13、床的進(jìn)給、刀架控制原理等內(nèi)容。現(xiàn)在通過(guò)做FANUC數(shù)控車(chē)床刀架控制的畢業(yè)課題更加深入的了解數(shù)控車(chē)床上刀架部分的知識(shí)，更好的加強(qiáng)自己在這方面的專(zhuān)業(yè)技能。通過(guò)研究，讓我在平時(shí)學(xué)習(xí)的知識(shí)在該課題里面得到鍛煉，例如：CAD制圖，PLC等。讓我養(yǎng)成自學(xué)能力，培養(yǎng)了自己愛(ài)思考、分析問(wèn)題的好習(xí)慣。</p><p>　　第二節(jié) 刀架機(jī)械結(jié)構(gòu)</p><p><b>　　2.1刀架總述</b

14、></p><p>　　數(shù)控車(chē)床的刀架是機(jī)床的重要組成部分。刀架用于夾持切削用的刀具，并可作移動(dòng)或回轉(zhuǎn)的部件，因此其結(jié)構(gòu)直接影響機(jī)床的切削性能和切削效率。刀架是直接完成切削加工的執(zhí)行部件，所以，刀架在結(jié)構(gòu)上必須具有良好的強(qiáng)度和剛度，以承受粗加工時(shí)的切削抗力。由于切削加工精度在很大程度上取決于刀尖位置，所以要求數(shù)控車(chē)床選擇可靠的定位方案和合理的定位結(jié)構(gòu)，以保證有較高的重復(fù)定位精度。此外，刀架的設(shè)計(jì)還應(yīng)滿(mǎn)足換刀

15、的時(shí)間短、結(jié)構(gòu)緊湊和安全可靠等要求</p><p>　　2.2刀架的基本結(jié)構(gòu)</p><p>　　數(shù)控刀架作為數(shù)控車(chē)床的動(dòng)作執(zhí)行部件，其基本結(jié)構(gòu)：</p><p>　?。?）驅(qū)動(dòng)裝置 主要有電機(jī)、液壓電動(dòng)機(jī)、齒輪、齒條。</p><p>　?。?）分度裝置 通過(guò)機(jī)械液壓傳動(dòng)結(jié)構(gòu)到所需工位間的轉(zhuǎn)動(dòng)。結(jié)構(gòu)主要分為間歇分度結(jié)構(gòu)和連續(xù)分度機(jī)構(gòu)。快

16、速換刀一般選用雙向旋轉(zhuǎn)的連續(xù)分度機(jī)構(gòu)。</p><p>　?。?）預(yù)定位裝置 到達(dá)所需的工位后，停止分度運(yùn)動(dòng)，以便于齒盤(pán)正確嚙合。伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)刀架，利用伺服電機(jī)編碼器作為預(yù)定位。</p><p>　　（4）松開(kāi)、剎緊裝置 齒盤(pán)副的松開(kāi)剎緊。為了完成快速殺緊和得到的殺緊力，松開(kāi)和剎緊一般選用液壓和機(jī)械等來(lái)實(shí)現(xiàn)松開(kāi)和剎緊。</p><p>　?。?）精定位裝置 刀

17、具在切削時(shí)需要很高的剛性和定位精度，因此刀架都選用齒盤(pán)副做的精度定位元件。</p><p>　　（6）發(fā)信裝置 包括工位信號(hào)（編碼器）和動(dòng)作控制信號(hào)。</p><p>　?。?）裝刀裝置 包括刀盤(pán)、刀夾及夾刀裝置。目前刀盤(pán)有2種模式：歐式VDI、日式槽刀盤(pán)。德國(guó)標(biāo)準(zhǔn)VDI刀盤(pán)DIN69880和DIN69881標(biāo)準(zhǔn)。</p><p>　　（8）數(shù)控刀架換刀動(dòng)作

18、系統(tǒng)發(fā)出指令——齒盤(pán)松開(kāi)——刀架旋轉(zhuǎn)分度——到達(dá)目標(biāo)工位并發(fā)信號(hào)給系統(tǒng)——預(yù)定位——齒盤(pán)鎖緊精定位——系統(tǒng)確認(rèn)后工件切削。</p><p>　　為滿(mǎn)足不同工件的加工要求，數(shù)控刀架分為4、6、8、10、12工位，形式為立式和臥式。</p><p>　　2.3刀架的幾種典型結(jié)構(gòu)</p><p><b>　?。?）螺旋轉(zhuǎn)位刀架</b></p&g

19、t;<p>　　如圖 3-1 所示，電機(jī)經(jīng)彈簧安全離合器至蝸輪副帶動(dòng)螺母旋轉(zhuǎn)，螺母舉起刀架使端齒盤(pán)的上盤(pán)與下盤(pán)分離，隨即帶動(dòng)刀架旋轉(zhuǎn)到位，然后發(fā)信號(hào)使電機(jī)反轉(zhuǎn)鎖緊，使刀架換位，進(jìn)行切削加工。螺母升降式零件多，但加力可靠，精度較高，許多刀架都利用這種原理設(shè)計(jì)。</p><p>　　圖3-1 螺旋轉(zhuǎn)位刀架</p><p>　　1-內(nèi)裝信號(hào)盤(pán) 2-刀架 3-端齒盤(pán) 4-電機(jī)

20、5-安全離合器</p><p>　?。?）數(shù)控車(chē)床方刀架 </p><p>　　經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車(chē)床方刀架是在普通車(chē)床四方刀架的基礎(chǔ)上發(fā)展的一種自動(dòng)換刀裝置，其功能和普通四方刀架一樣：有四個(gè)刀位，能裝夾六把不同的刀具，方刀架回轉(zhuǎn)90`時(shí)，刀具變換一個(gè)刀位，但方刀架的回轉(zhuǎn)和刀位號(hào)的選擇是由加工程序指令控制的。換刀時(shí)方刀架的動(dòng)作順序是：刀架抬起、刀架轉(zhuǎn)位、刀架定位和刀架夾緊。完成上述動(dòng)作要求，有相應(yīng)

21、的機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)。</p><p><b>　?。?）轉(zhuǎn)塔回轉(zhuǎn)刀架</b></p><p>　　轉(zhuǎn)塔回轉(zhuǎn)刀架適用與盤(pán)類(lèi)零件加工。在加工軸類(lèi)零件時(shí)，可以換用四方回轉(zhuǎn)刀架。由于兩者底部安裝尺寸相同，更換刀架十分方便?；剞D(zhuǎn)刀架動(dòng)作根據(jù)數(shù)控指令進(jìn)行，由液壓系統(tǒng)通過(guò)電磁換向閥進(jìn)行控制，其動(dòng)作過(guò)程分為如下四個(gè)步驟：（1）、刀架抬起，（2）、刀架轉(zhuǎn)位、（3）、刀架壓緊，（4）、轉(zhuǎn)位液壓

22、缸復(fù)位。如果定位、壓緊動(dòng)作正常，刀架會(huì)發(fā)出信號(hào)表示已完成換刀過(guò)程，可進(jìn)行切削加工。</p><p>　?。?）盤(pán)形自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架</p><p>　　盤(pán)形自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架根據(jù)刀位又可分為A型、B型和C型，其中A型和B型刀架可配置12把刀具，C型可配置8把刀具。A、B型回轉(zhuǎn)刀盤(pán)的外切刀可使用25mm*150mm標(biāo)準(zhǔn)刀具和刀桿截面為25mm*25mm的可調(diào)工具，C型可用尺寸為20mm*20mm*12

23、5mm的標(biāo)準(zhǔn)刀具。鏜刀桿直徑最大為32mm。該種刀架更換和對(duì)刀十分方便。刀位選擇由刷形選擇器進(jìn)行，松開(kāi)、夾緊位置檢測(cè)由微動(dòng)開(kāi)關(guān)控制。整個(gè)刀架控制是一個(gè)純電氣系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。</p><p>　?。?）車(chē)削中心的動(dòng)力刀架</p><p>　　車(chē)削中心的動(dòng)力刀架的刀盤(pán)上可以安裝各種非動(dòng)力輔助刀夾（車(chē)刀夾、鏜刀夾、彈簧刀夾、莫氏刀柄），夾持刀具進(jìn)行加工，還可安裝動(dòng)力刀夾進(jìn)行主動(dòng)切削，配合主機(jī)完成

24、車(chē)、銑、鉆、鏜等各種復(fù)雜工序，實(shí)現(xiàn)加工程序自動(dòng)化、高效化。該刀架采用端齒盤(pán)作為分度定位元件，刀架轉(zhuǎn)位由三相異步電機(jī)驅(qū)動(dòng)，電動(dòng)機(jī)內(nèi)部帶有制動(dòng)機(jī)構(gòu)，刀位由二進(jìn)制絕對(duì)編碼起器識(shí)別，并可雙向轉(zhuǎn)位和任意刀位就近選刀。動(dòng)力刀具由交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，通過(guò)同步齒形帶、傳動(dòng)軸、傳動(dòng)齒輪、端面齒離合器將動(dòng)力傳遞到動(dòng)力刀夾，再通過(guò)刀夾內(nèi)部的齒輪傳動(dòng)，刀具回轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)主動(dòng)切削。</p><p>　　第三節(jié) 換刀工作原理</p>

25、<p>　　數(shù)控車(chē)床的刀架是車(chē)床自動(dòng)換刀的機(jī)構(gòu)，是車(chē)床上一個(gè)重要的部件。刀架具有很多種類(lèi)。有霍爾元件檢測(cè)刀位的簡(jiǎn)易刀架，有帶位置編碼可雙相換刀的自動(dòng)刀架，有可帶動(dòng)刀具的自動(dòng)刀架，控制刀架旋轉(zhuǎn)有的使用普通異步電動(dòng)機(jī)，有的使用伺服電極。有很多刀架的控制廠為車(chē)床提供各種各樣的刀架。每個(gè)廠家生產(chǎn)的刀架控制方法有所差別，就是同一廠家提供不同型號(hào)的刀架，其控制時(shí)序也不是百分百相同。</p><p>　　3.1數(shù)控

26、車(chē)床編碼器刀架換刀工作原理</p><p>　　在本課題中以六工位刀架為例，首先需要根據(jù)當(dāng)前的刀具位置確定出刀架就近旋轉(zhuǎn)到目標(biāo)刀位的方向，并啟動(dòng)刀架電機(jī)按該方向旋轉(zhuǎn)，同時(shí)檢測(cè)有刀架位置編碼器信號(hào)發(fā)出的實(shí)際刀位和選通信號(hào)。當(dāng)檢測(cè)到實(shí)際刀位等于目標(biāo)位，且選通信號(hào)的下降沿出現(xiàn)時(shí)，PLC應(yīng)用程序則控制預(yù)定位電磁鐵動(dòng)作。這時(shí)PLC應(yīng)用程序繼續(xù)監(jiān)控預(yù)定位傳感器的下降沿，在下降沿出現(xiàn)后，控制電機(jī)方向相反方向轉(zhuǎn)動(dòng)，這時(shí)刀架進(jìn)入鎖

27、緊過(guò)程。鎖緊過(guò)程啟動(dòng)后，PLC應(yīng)用程序監(jiān)控當(dāng)前刀位以及選通信號(hào)的上升沿。一旦當(dāng)前刀位等于目標(biāo)刀位，且選通信號(hào)的上升沿出現(xiàn)時(shí)，控制預(yù)定位電磁鐵關(guān)閉，刀架電機(jī)停止，整個(gè)換刀過(guò)程完成。</p><p>　　另外應(yīng)減少控制回路中滯后的中間環(huán)節(jié)，如刀架電機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)不應(yīng)在PLC數(shù)字輸出和接觸器之間通過(guò)繼電器接力控制，應(yīng)采用24V直流接觸器直接控制，見(jiàn)圖3.1支流接觸器直接控制刀架電機(jī)。這樣才能保證預(yù)定位電磁鐵的動(dòng)作時(shí)間和

28、刀架正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)的切換時(shí)間。</p><p>　　圖3.1支流接觸器直接控制刀架電機(jī)</p><p>　　對(duì)于六工位自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架來(lái)說(shuō)，它最多裝有六把刀具，微機(jī)系統(tǒng)控制的任務(wù)，就是選中任意一把刀具，讓其回轉(zhuǎn)到工作位置。</p><p>　　3.2 編碼器真值表</p><p>　　3.3 刀架編碼器工作原理</p><p>

29、;　　碼盤(pán)、狹縫、發(fā)光組件和接收器組合在一起，就實(shí)現(xiàn)了刀架工位編碼器的光電轉(zhuǎn)換。</p><p>　　發(fā)光管與接收器分別布置在狹縫兩側(cè)，三者相對(duì)固定，發(fā)光管發(fā)出的紅光穿過(guò)狹縫上對(duì)應(yīng)的小孔接收器接收，轉(zhuǎn)變?yōu)楣怆娏鬏敵?，但由于狹縫和接收器之間還安裝有可轉(zhuǎn)碼盤(pán)，接收器能否被紅外光照射還取決與碼盤(pán)上透光的一段段圓環(huán)所處的角度位置。當(dāng)碼盤(pán)上的透光去恰好位于狹縫上小孔位置時(shí)，接收管才能被光的照射輸出電流。接收器上是否有電流輸

30、出只取決與碼盤(pán)上的碼道和碼盤(pán)角度位置。而碼盤(pán)由于刀架同步運(yùn)動(dòng)，這樣就將刀架工位位置轉(zhuǎn)換為刀架編碼器的與刀架工位位置一一對(duì)應(yīng)的BCD碼輸出。</p><p><b>　　3.4刀架轉(zhuǎn)位過(guò)程</b></p><p>　　經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車(chē)床刀架式在普通車(chē)床六方位刀架的基礎(chǔ)上發(fā)展的一種自動(dòng)換刀裝置，其功能和普通六方位刀架一樣：有6個(gè)刀位，能夾持六把不同功能的刀具，方刀架回轉(zhuǎn)60&

31、#176;時(shí)，刀架交換一個(gè)刀位，但方刀架回轉(zhuǎn)和刀位號(hào)的選擇是由加工程序指令控制的。下面就以六工位刀架為例來(lái)說(shuō)明其結(jié)構(gòu)與原理，如下圖3.2所示。 </p><p>　　圖3.2 盤(pán)行自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架結(jié)構(gòu)示意圖</p><p>　　1—刀架； 2、3—鼠牙盤(pán)； 4—滑塊； 5—蝸輪； 6—軸； 7—蝸桿 8,9,10—傳動(dòng)齒輪； 11—電動(dòng)機(jī)； 12—微動(dòng)開(kāi)關(guān)； 13—小軸；14—圓盤(pán)；15—

32、壓板； 16—調(diào)節(jié)鍥鐵</p><p>　　該刀架的工作過(guò)程為：刀架松開(kāi)---刀架轉(zhuǎn)位---刀架定位鎖緊---刀架轉(zhuǎn)位結(jié)束。</p><p><b>　　1刀架松開(kāi)</b></p><p>　　轉(zhuǎn)位開(kāi)始時(shí)，電動(dòng)機(jī)11開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)齒輪8、9、10帶動(dòng)蝸桿7旋轉(zhuǎn)，使渦輪5轉(zhuǎn)動(dòng)。蝸輪內(nèi)孔有螺紋，與軸6上的螺紋配合。這時(shí)軸6不能回轉(zhuǎn)，當(dāng)蝸輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，

33、使軸6沿軸向左移動(dòng)，因?yàn)榈都?與軸6,活動(dòng)鼠牙盤(pán)2是固定在一起的，所以刀盤(pán)和鼠牙盤(pán)也向左移動(dòng)，鼠牙盤(pán)2和3脫開(kāi)。</p><p><b>　　2刀架轉(zhuǎn)位</b></p><p>　　在軸6上有兩個(gè)對(duì)稱(chēng)槽，內(nèi)裝滑塊4，在鼠牙盤(pán)脫開(kāi)后，蝸輪轉(zhuǎn)到一定角度與蝸輪固定在一起的圓環(huán)14上的凸塊便碰到滑塊4，蝸輪便通過(guò)圓盤(pán)14上的凸塊帶動(dòng)滑塊4，連同軸6、刀盤(pán)一起進(jìn)行轉(zhuǎn)位。<

34、/p><p><b>　　3刀架定位鎖緊</b></p><p>　　當(dāng)轉(zhuǎn)到要求位置后，刷形選位器發(fā)出信號(hào)，使電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，圓盤(pán)14上的凸塊與滑塊4脫離，不再帶動(dòng)軸6轉(zhuǎn)動(dòng)，蝸輪5與軸6上的螺紋使軸6右移，鼠牙盤(pán)2、3結(jié)合定位，電磁制動(dòng)器通電，維持電動(dòng)機(jī)軸上的反轉(zhuǎn)力矩，保證鼠牙盤(pán)之間有一定的壓緊力。</p><p><b>　　4刀架轉(zhuǎn)位結(jié)束

35、</b></p><p>　　最后電動(dòng)機(jī)斷電，同時(shí)軸6右端的小軸13壓下微動(dòng)開(kāi)關(guān)12，發(fā)出轉(zhuǎn)位結(jié)束信號(hào)。刀具在刀盤(pán)上由壓板15及調(diào)節(jié)鍥鐵16來(lái)夾緊，更換刀具和對(duì)刀十分方便。刀架的選位由刷形選位器進(jìn)行。松開(kāi)、夾緊位置檢測(cè)則由微動(dòng)開(kāi)關(guān)12實(shí)行，整個(gè)刀架是一個(gè)純電氣系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。</p><p>　　第四節(jié) 數(shù)控車(chē)刀架電器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　電

36、氣是機(jī)械的大腦，通過(guò)對(duì)電氣原理的設(shè)計(jì)可以執(zhí)行復(fù)雜的機(jī)械動(dòng)作。本章主要講述的是數(shù)控刀架電氣知識(shí)，通過(guò)對(duì)編碼器、刀架的接線原理圖和具體的經(jīng)濟(jì)型刀架換刀過(guò)程的梯形圖介紹讓我們對(duì)刀架的電氣原理運(yùn)用有更深一步的認(rèn)識(shí)。</p><p>　　4.1刀架的控制和接口</p><p>　　控制部分主要采用可編程控制器進(jìn)行控制，可以方便靈活的調(diào)整控制過(guò)程以及控制速度，檢測(cè)是否到所需要的刀位，我們采用編碼器進(jìn)行

37、到位檢測(cè)，是否壓緊則采用行程開(kāi)關(guān)進(jìn)行檢測(cè)。</p><p>　　任何一個(gè)NC系統(tǒng)都有硬件和軟件兩部分組成，硬件是一個(gè)NC系統(tǒng)的基礎(chǔ)，其性能的好壞直接影響整個(gè)系統(tǒng)的工作性能，有了硬件，軟件才能有效進(jìn)行。機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)的硬件電路概括起來(lái)由以下幾部分組成：</p><p>　　1）、中央處理單元部分CPU</p><p>　　2）、總線：包括數(shù)控總線部分，地址總線和控制總

38、線</p><p>　　3）、內(nèi)存：包括可編程序（ROM）和隨機(jī)讀寫(xiě)內(nèi)存（PAM）</p><p>　　4）、I/O接口電路</p><p>　　CPU是數(shù)控系統(tǒng)的核心，其作用是進(jìn)行資料運(yùn)行處理和控制整個(gè)電路協(xié)調(diào)工作，使內(nèi)存用于存放系統(tǒng)軟件，應(yīng)用程序和運(yùn)行中所需的各種資料。I/O接口是系統(tǒng)與外界進(jìn)行信息交換的橋梁，三線則是CPU與內(nèi)線接口以及其他能轉(zhuǎn)換電路的紐帶沒(méi)事

39、CPU與部分電路進(jìn)行信息和通訊的必由之路。</p><p>　　4.2六工位刀架PLC接線原理圖</p><p>　　數(shù)控機(jī)床刀架是由機(jī)床PLC來(lái)進(jìn)行控制，對(duì)于普通的六工位刀架來(lái)說(shuō)，控制比較簡(jiǎn)單，一般用于普通的車(chē)床。我們分析車(chē)床刀架的控制原理其實(shí)就是指刀架的整個(gè)換刀過(guò)程，刀架的換刀過(guò)程其實(shí)是通過(guò)PLC對(duì)控制刀架的所有I/O信號(hào)進(jìn)行邏輯處理及計(jì)算。實(shí)現(xiàn)刀架的順序控制。另外為了保證換刀能夠正確

40、進(jìn)行，系統(tǒng)一般還要設(shè)置一些相應(yīng)的系統(tǒng)參數(shù)來(lái)對(duì)換刀過(guò)程進(jìn)行調(diào)整。在分析之前，我們首先了解刀架控制的電氣部分。</p><p>　　電動(dòng)刀架為六工位，采用蝸桿蝸輪傳動(dòng)，刀架電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)刀架松開(kāi)并進(jìn)行分度，反轉(zhuǎn)進(jìn)行鎖緊并定位。電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)由接觸器KM6、KM7控制，刀架的松開(kāi)和鎖緊靠微動(dòng)行程開(kāi)關(guān)SQ1進(jìn)行檢測(cè)，刀架的分度由刀架電動(dòng)機(jī)后端的角度編碼器進(jìn)行檢測(cè)。具體控制電路如圖4-1所示。</p><

41、;p>　　(a)強(qiáng)電電路 （b）接觸器電路 （c）PLC輸入/輸出電路</p><p>　　圖4-1 刀架控制接線回路</p><p>　　圖中各器件的作用如下：</p><p>　?。?）自動(dòng)刀架控制涉及到的I/O信號(hào)如下：</p><p>　　PLC輸入信號(hào)： X2.1~X2.3：1~6號(hào)刀到

42、位信號(hào)輸入；</p><p>　　X2.4：熱繼電器信號(hào)輸入；</p><p>　　X2.5：行程到達(dá)信號(hào)輸入； </p><p>　　X2.6：角度編碼器位置選通信號(hào)輸入； X2.7：電源空開(kāi)信號(hào)輸入； </p><p>　　PLC輸出信號(hào)： Y2.4：刀架正轉(zhuǎn)繼電器控制輸出；</p><p>　　Y2.5：刀架反

43、轉(zhuǎn)繼電器控制輸出。</p><p><b>　　電氣設(shè)計(jì)要求：</b></p><p>　　1)機(jī)床接收到換刀指令(程序的T碼指令)后，刀架電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)進(jìn)行松開(kāi)并分度控制，分度過(guò)程中要有轉(zhuǎn)位時(shí)間的檢測(cè)，檢測(cè)時(shí)間設(shè)定為10s，每次分度時(shí)間超過(guò)10s系統(tǒng)就發(fā)出分度故障報(bào)警。</p><p>　　2)刀架分度并到位后，通過(guò)電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)進(jìn)行鎖緊和定位控制，

44、為了防止反轉(zhuǎn)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)過(guò)熱，要求電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)控制時(shí)間不得超過(guò)0.7s。</p><p>　　3)電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制過(guò)程中，還要求有正轉(zhuǎn)停止延時(shí)時(shí)間控制和反轉(zhuǎn)開(kāi)始的延時(shí)時(shí)間控制。</p><p>　　4)自動(dòng)換刀指令執(zhí)行后，要進(jìn)行刀架鎖緊到位信號(hào)的檢測(cè)，只有檢測(cè)到該信號(hào)，才能完成T代碼功能。</p><p>　　5)自動(dòng)換刀過(guò)程中，要求有電動(dòng)機(jī)過(guò)載、短路及溫度過(guò)高

45、保護(hù)，并有相應(yīng)的報(bào)警信息顯示。自動(dòng)運(yùn)行中，程序的T代碼錯(cuò)誤(T=0或T>7)時(shí)相應(yīng)有報(bào)警信息顯示。</p><p>　　4.3編程的基本步驟及基本編程</p><p>　　（1）控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)開(kāi)始，確定控制對(duì)象（機(jī)床、NC、PLC）、確定控制對(duì)動(dòng)作的規(guī)格，算出輸入、輸出點(diǎn)數(shù)，估計(jì)控制規(guī)模。</p><p>　　不同型號(hào)的PC具有不同的硬件組成和性能指標(biāo)。他們的基

46、本I/O點(diǎn)數(shù)和擴(kuò)展范圍、程序存儲(chǔ)容量往往差別很大。因此，在進(jìn)行PLC程序設(shè)計(jì)之前，要對(duì)所用PC的型號(hào)、硬件配置（是否需要附加I/O板等）作出選擇。</p><p><b>　　1）輸入輸出點(diǎn)</b></p><p>　　輸入點(diǎn)是與機(jī)床側(cè)被控對(duì)象有關(guān)的按鈕、開(kāi)關(guān)、繼電器和接觸器觸點(diǎn)等連接的輸入信號(hào)接口，以及由機(jī)床側(cè)直接連接到NC輸入信號(hào)接口。</p>&l

47、t;p>　　輸出點(diǎn)包括向機(jī)床側(cè)繼電器、指示燈等輸出信號(hào)接口。</p><p>　　設(shè)計(jì)者對(duì)被控對(duì)象的上述輸入、輸出信號(hào)要逐一確認(rèn)，并分別計(jì)算出總的需要數(shù)量。選用的PC所具有的輸入、輸出點(diǎn)數(shù)應(yīng)比計(jì)算出輸入、輸出點(diǎn)數(shù)稍多一些，以備可能追加和變更控制性能的需要。</p><p>　　2）存儲(chǔ)容量等其它指標(biāo)</p><p>　　程序規(guī)模雖機(jī)床的復(fù)雜程度變化，設(shè)計(jì)者要根

48、據(jù)具體任務(wù)對(duì)程序規(guī)模作出估算，并據(jù)此確定合格的程序容量。</p><p>　?。?）制定接口規(guī)格，分配DI,DO,編制地址表。</p><p>　　根據(jù)選定PC的接口技術(shù)規(guī)格，設(shè)計(jì)和編制相關(guān)技術(shù)文件：輸入輸出信號(hào)電路原理圖，地址表，PC數(shù)據(jù)表。梯形圖中所用到的所有內(nèi)部和外部信號(hào)、信號(hào)地址、名稱(chēng)、傳輸方向，與功能指令有關(guān)的設(shè)定數(shù)據(jù)，與信號(hào)有關(guān)的電氣元件等都反映在這些文件中。編制文件的設(shè)計(jì)員除

49、需要掌握所用CNC裝置和PC的技術(shù)性能外，還需要具備一定的電氣設(shè)計(jì)知識(shí)。</p><p>　　1）輸入輸出信號(hào)原理圖</p><p>　　與輸入信號(hào)有關(guān)的器件名稱(chēng)、位置。如操作面板按鈕、工作臺(tái)行程限位開(kāi)關(guān)、主軸準(zhǔn)停傳感器、電機(jī)熱繼電器等。</p><p>　　輸出信號(hào)執(zhí)行元件（操作面板指示燈、中間繼電器線圈等）名稱(chēng)、位置。</p><p>　

50、　輸入和輸出信號(hào)插座和插腳編號(hào)，或連接端子編號(hào)及其信號(hào)名稱(chēng)、在PC中的地址。</p><p>　　輸入和輸出信號(hào)接線和工作電源。</p><p><b>　　2）地址表</b></p><p>　　輸入信號(hào)地址表，MT—PLC地址表。如X0000,X0002,X0004等均為輸入信號(hào)的8位地址。少數(shù)輸入信號(hào)的地址由CNC生產(chǎn)廠家定義，如急停輸入

51、信號(hào)EMS.M、進(jìn)給軸零點(diǎn)返回減速信號(hào)XDEC.M、ZDEC.M等。</p><p>　　輸出信號(hào)地址表，PLC—MT地址表。如Y48,Y53,Y80等均為輸出信號(hào)的8位地址，字節(jié)的每位對(duì)應(yīng)一個(gè)輸出信號(hào)接口，應(yīng)附有該信號(hào)的連接器名稱(chēng)和插腳編號(hào)。所有輸出信號(hào)名稱(chēng)由設(shè)計(jì)者定義，并用縮寫(xiě)英文字母表示。</p><p>　　PLC—CNC地址表。如G100.G111等8位地址。這些信號(hào)已由CNC廠

52、家定義，名稱(chēng)和含義均已固定，用戶(hù)不得增刪和修改。</p><p>　　CNC—PLC地址表。如F148.F156等8位地址。這些信號(hào)已由CNC廠家定義，名稱(chēng)和含義均已固定，用戶(hù)不得增刪和修改。</p><p><b>　　3）PC數(shù)據(jù)表</b></p><p>　　如地址名稱(chēng)為R300、R699等，該存儲(chǔ)區(qū)可全部用作內(nèi)部繼電器地址，也可由功能指

53、令參數(shù)設(shè)定。可以任意將整個(gè)存儲(chǔ)區(qū)域劃分成用于定時(shí)器、計(jì)數(shù)器、保持繼電器和數(shù)據(jù)表及內(nèi)部繼電器存儲(chǔ)區(qū)。</p><p><b>　?。?）編制梯形圖。</b></p><p>　　對(duì)一臺(tái)特定的數(shù)控機(jī)床，只要能滿(mǎn)足控制要求，對(duì)梯形圖的結(jié)構(gòu)、規(guī)模并沒(méi)有硬性的規(guī)定，我們可以按思路和邏輯方案進(jìn)行編程。但理想的梯形圖程序除能滿(mǎn)足機(jī)床的控制要求外，還應(yīng)具有最少的步數(shù)、最短的處理時(shí)間和

54、易于理解的邏輯關(guān)系。</p><p>　?。?）順序程序的輸入、調(diào)試。</p><p>　?。?）系統(tǒng)運(yùn)行（RAM）</p><p><b>　　。</b></p><p>　　4.4六工位刀架梯形圖</p><p>　　如圖為數(shù)控車(chē)床電動(dòng)刀架PLC控制梯形圖，圖中的X2.1、X2.2、X2.3為

55、角度編碼器的實(shí)際刀號(hào)檢測(cè)輸入信號(hào)地址，X2.6為角度編碼器位置選通輸入信號(hào)(每次轉(zhuǎn)到位就接通)地址，通過(guò)常數(shù)定義指令(NUME)把刀架當(dāng)前實(shí)際位置的刀號(hào)寫(xiě)入到地址D302中。通過(guò)判別一致指令(COIN)把當(dāng)前位置的刀號(hào)(D302中的數(shù)值)與程序的T碼選刀刀號(hào)(F26中的數(shù)值)進(jìn)行判別，如果兩個(gè)數(shù)值相同，則T碼輔助功能結(jié)束(說(shuō)明程序要的刀號(hào)與當(dāng)前實(shí)際刀號(hào)一致)；如果兩個(gè)數(shù)值不相同，則進(jìn)行R1.1的分度控制。通過(guò)判別指令(COIN)和比較指

56、令(COMP)與數(shù)字0和數(shù)字7進(jìn)行比較，如果程序指令的T碼為0或大于等于7時(shí)，系統(tǒng)要有T代碼錯(cuò)誤報(bào)警信息顯示，同時(shí)停止刀架分度指令的輸出。當(dāng)程序指令的T碼與刀架實(shí)際刀號(hào)不一致時(shí)，系統(tǒng)發(fā)出刀架分度指令(繼電器R0.3為“1”)，刀架電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)(輸入繼電器Y2.4為“1”)，通過(guò)蝸桿蝸輪傳動(dòng)松開(kāi)鎖緊凸輪，凸輪帶動(dòng)刀盤(pán)轉(zhuǎn)位，同時(shí)角度編碼器發(fā)出轉(zhuǎn)位信號(hào)(X2.1、X2.2、X2.3)，當(dāng)?shù)都苻D(zhuǎn)到換刀位置，系統(tǒng)判別一致指令(COIN)信號(hào)R0.0

57、為“1”，發(fā)出刀架分度到位信號(hào)(繼電器R0.</p><p><b>　　第五節(jié) 小結(jié)</b></p><p>　　這次課程設(shè)計(jì)讓我更加熟悉了從理論到實(shí)踐的跨越。從當(dāng)初的查閱資料，到現(xiàn)在的論文完成，這中間有很多值得回味的地方。</p><p>　　本文從數(shù)控車(chē)床刀架的概況、刀架的PMC控制等方面，分析了數(shù)控車(chē)床的換刀過(guò)程及其原理，本文應(yīng)用FAN

58、UC專(zhuān)用PMC功能指令給出了部分控制程序。把書(shū)本上的知識(shí)運(yùn)用到實(shí)踐中去，也是我完成這次設(shè)計(jì)最大的感觸。它們的共同點(diǎn)都是用所學(xué)有限的基礎(chǔ)知識(shí)加上自己的實(shí)踐去豐富自己，成就自我。</p><p>　　從這次課程設(shè)計(jì)的開(kāi)始到完成，就確定了方向去找資料，在這個(gè)過(guò)程中，不僅僅是復(fù)習(xí)了以前所學(xué)到的知識(shí)，鞏固以前學(xué)的知識(shí)，更接觸了更多的知識(shí)，比如說(shuō)，讓我明白了編碼器的工作原理，第一次真正把所學(xué)用到實(shí)踐中去。都說(shuō)學(xué)以致用，在這個(gè)

59、過(guò)程中充實(shí)的知識(shí)印象深刻。</p><p>　　不管學(xué)過(guò)的還是沒(méi)學(xué)過(guò)的，的確感覺(jué)困難比較多，真是萬(wàn)事開(kāi)頭難，不知道如何入手。還得出一個(gè)結(jié)論：知識(shí)必須通過(guò)應(yīng)用才能實(shí)現(xiàn)價(jià)值。有些東西以為學(xué)會(huì)了，但到用到的時(shí)候才發(fā)現(xiàn)是兩回事，所以我認(rèn)為只有真正會(huì)用的時(shí)候才是真的學(xué)會(huì)了。</p><p>　　參 考 文 獻(xiàn)</p><p>　　[1] 鄧三鵬. 數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)及維修[M

60、]. 北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2011.</p><p>　　[2] 蔣麗.數(shù)控原理及系統(tǒng)[M].北京:國(guó)防工業(yè)出版社,2011.</p><p>　　[3] 張鳳珊,祖龍起.電氣控制及可編程序控制器[M].中國(guó)輕工業(yè)出版社2003.</p><p>　　[4] 袁任光.可編程控制器(PC)應(yīng)用技術(shù)與實(shí)例[M].廣州:華南理工大學(xué)出版社，2001.</p>