1、毕 业 设 计学 生 姓 名 学 号系 (部 ) 机 电 信 息 工 程 系专 业 机 电 一 体 化 技 术题 目 数 控 车 床 刀 架 故 障 与 维 修指 导 教 师 （ 姓 名 ） （ 专 业 技 术 职 称 /学 位 ）（ 姓 名 ） （ 专 业 技 术 职 称 /学 位 ）2012 年 6 月宿 迁 泽 达 职 业 技 术 学 院 毕 业 设 计1摘 要 ： 随 着 微 电 子 技 术 、 计 算 机 技 术 、 自 动 化 技 术 的 发 展 ， 社 会 对 机 械 产 品 的 质 量 和生 产 率 提 出 了 越 来 越 高 的 要 求 ， 为 了 有 效 地 提 高 产 品
2、 质 量 、 生 产 效 率 、 降 低 生 产 成 本 、 改善 工 人 的 劳 动 条 件 ， 一 种 新 型 的 数 字 程 序 控 制 的 机 器 应 运 而 生 数 控 技 术 和 数 控 机 床 。在 数 控 机 床 中 离 开 不 了 一 个 系 统 那 就 是 刀 架 系 统 。本 文 从 刀 架 的 结 构 和 工 作 原 理 深 刻 分 析 ,并 且 总 结 常 见 的 故 障 和 解 决 方 案 ， 主 要 讨 论了 数 控 机 床 的 组 成 和 结 构 以 及 控 制 原 理 。 着 重 研 究 了 数 控 机 床 刀 架 的 机 械 结 构 以 及 电 气 控制 原
3、 理 ， PLC 控 制 ， 霍 尔 元 件 的 原 理 及 应 用 。 通 过 这 一 系 列 的 研 究 最 后 总 结 了 一 些 典 型 故障 的 原 因 及 排 除 方 法 。关 键 词 ： 数 控 机 床 ， 自 动 回 转 刀 架 ， 工 作 原 理 ， 可 编 程 控 制 器宿 迁 泽 达 职 业 技 术 学 院 毕 业 设 计2Abstract： With the micro-electronics technology, computer technology, automation technology,development, social quality of mec
4、hanical products and productivity higher and higher demands,in order to effectively improve product quality, production efficiency, reduce production costsand improve the working conditions of workers , a new type of digital process control machinescame into being - CNC technology and CNC machine to
5、ols. In the NC machine tool in a systemthat is unable to leave - tool holder system.In this paper, the structure and working principle of turret depth analysis, and summarizesthe common faults and solutions., Mainly discussed the composition and structure of CNCmachine tools and control theory. NC m
6、achine tool turret study focused on the mechanicalstructure and electrical control principle, PLC control, and application of the principle of the Hallelement. Through this series of studies concluded the causes of some typical and the removalmethod.K eywords： CNC machine tools, automatic rotary too
7、l, working principle ,PLC typical fault宿 迁 泽 达 职 业 技 术 学 院 毕 业 设 计3目 录1 前 言 42 数 控 车 床 的 分 类 .42.1 按 车 床 主 轴 位 置 分 类 .42.2 按 加 工 零 件 的 基 本 类 型 分 类 .42.3 按 刀 架 数 量 分 类 .52.4 按 功 能 分 类 .53 数 控 车 床 刀 架 的 概 况 .53.1 刀 架 的 产 生 .53.2 刀 架 基 本 结 构 .53.3 刀 架 的 分 类 .63.4 刀 架 的 几 种 典 型 结 构 .63.5 刀 架 工 作 原 理 .74
8、 数 控 车 床 刀 架 的 PLC 控 制 .84.1 可 编 程 逻 辑 控 制 器 （ PLC） 的 作 用 .84.2 可 编 程 逻 辑 控 制 器 （ PLC） 的 组 成 .85 自 动 换 刀 的 电 器 控 制 .95.1 刀 架 电 气 控 制 系 统 .95.2 自 动 换 刀 的 电 气 控 制 线 路 .106 数 控 车 床 自 动 换 刀 PLC 控 制 .116.1 电 气 设 计 要 求 .116.2 PLC 编 程 的 基 本 步 骤 及 基 本 编 程 116.3 电 动 刀 架 PLC 控 制 .127 数 控 车 床 刀 架 故 障 与 诊 断 .13
9、7.1 故 障 分 析 .13结 论 15致 谢 16参 考 文 献 . 17宿 迁 泽 达 职 业 技 术 学 院 毕 业 设 计41 前 言电 动 刀 架 是 数 控 车 床 重 要 的 传 统 结 构 ， 由 于 该 类 刀 架 采 用 全 电 控 制 ， 无 需 另 加 液 压 或气 动 等 其 它 动 力 源 ， 故 对 简 化 机 床 控 制 的 复 杂 程 度 带 来 好 处 。 合 理 的 选 配 电 动 刀 架 ， 可 以缩 短 生 产 准 备 时 间 ， 消 除 人 为 误 差 ， 提 高 加 工 精 度 与 加 工 精 度 的 一 致 性 。 另 外 ， 加 工 工 艺适
10、 应 性 和 连 续 工 作 的 工 作 能 力 也 明 显 提 高 ;尤 其 是 在 加 工 几 何 形 状 较 复 杂 的 零 件 时 ， 除 了控 制 系 统 能 提 供 相 应 的 控 制 算 法 ， 对 执 行 机 构 发 出 相 应 的 控 制 指 令 外 ， 很 重 要 的 一 点 是 数控 机 床 须 配 备 易 于 控 制 的 电 动 刀 架 ， 以 便 一 次 装 夹 所 需 各 种 刀 具 ， 灵 活 ， 方 便 地 完 成 各 种几 何 形 状 的 加 工 。电 动 刀 架 是 数 控 车 床 进 行 自 动 换 刀 的 实 现 机 构 ， 实 现 刀 架 上 刀 盘
11、的 转 动 和 刀 盘 的 开 定位 、 定 位 与 夹 紧 的 运 动 ， 以 实 现 刀 具 的 自 动 转 换 ， 具 有 传 动 机 械 结 构 、 电 气 正 反 转 控 制 、PLC 编 程 控 制 等 数 控 机 床 的 核 心 内 容 ， 是 每 一 个 学 习 数 控 机 床 结 构 的 学 生 必 须 掌 握 的 ， 具有 机 械 、 电 气 的 综 合 特 点 ， 同 时 电 动 刀 架 在 数 控 加 工 过 程 中 容 易 出 现 故 障 。2 数 控 车 床 的 分 类数 控 车 床 可 分 为 卧 式 和 立 式 两 大 类 。 卧 式 车 床 又 有 水 平 导
12、 轨 和 倾 斜 导 轨 两 种 。 档 次 较高 的 数 控 卧 车 一 般 都 采 用 倾 斜 导 轨 。 按 刀 架 数 量 分 类 ， 又 可 分 为 单 刀 架 数 控 车 床 和 双 刀 架数 控 车 ， 前 者 是 两 坐 标 控 制 ， 后 者 是 4坐 标 控 制 。 双 刀 架 卧 车 多 数 采 用 倾 斜 导 轨 。数 控 车 床 与 普 通 车 床 一 样 ， 也 是 用 来 加 工 零 件 旋 转 表 面 的 。 一 般 能 够 自 动 完 成 外 圆 柱面 、 圆 锥 面 、 球 面 以 及 螺 纹 的 加 工 ， 还 能 加 工 一 些 复 杂 的 回 转 面
13、， 如 双 曲 面 等 。 车 床 和 普通 车 床 的 工 件 安 装 方 式 基 本 相 同 ， 为 了 提 高 加 工 效 率 ， 数 控 车 床 多 采 用 液 压 、 气 动 和 电 动卡 盘 。数 控 车 床 的 外 形 与 普 通 车 床 相 似 ， 即 由 床 身 、 主 轴 箱 、 刀 架 、 进 给 系 统 压 系 统 、 冷 却和 润 滑 系 统 等 部 分 组 成 。 数 控 车 床 的 进 给 系 统 与 普 通 车 床 有 质 的 区 别 ， 传 统 普 通 车 床 有 进给 箱 和 交 换 齿 轮 架 ， 而 数 控 车 床 是 直 接 用 伺 服 电 机 通 过
14、 滚 珠 丝 杠 驱 动 溜 板 和 刀 架 实 现 进 给运 动 ， 因 而 进 给 系 统 的 结 构 大 为 简 化 。2.1 按 车 床 主 轴 位 置 分 类立 式 数 控 车 床 立 式 数 控 车 床 简 称 为 数 控 立 车 ， 其 车 床 主 轴 垂 直 于 水 平 面 ， 一 个 直 径很 大 的 圆 形 工 作 台 ， 用 来 装 夹 工 件 。 这 类 机 床 主 要 用 于 加 工 径 向 尺 寸 大 、 轴 向 尺 寸 相 对 较小 的 大 型 复 杂 零 件 。卧 式 数 控 车 床 卧 式 数 控 车 床 又 分 为 数 控 水 平 导 轨 卧 式 车 床 和
15、 数 控 倾 斜 导 轨 卧 式 车床 。 其 倾 斜 导 轨 结 构 可 以 使 车 床 具 有 更 大 的 刚 性 ， 并 易 于 排 除 切 屑 。2.2 按 加 工 零 件 的 基 本 类 型 分 类卡 盘 式 数 控 车 床 这 类 车 床 没 有 尾 座 ， 适 合 车 削 盘 类 (含 短 轴 类 )零 件 。 夹 紧 方 式 多为 电 动 或 液 动 控 制 ， 卡 盘 结 构 多 具 有 可 调 卡 爪 或 不 淬 火 卡 爪 (即 软 卡 爪 )。顶 尖 式 数 控 车 床 这 类 车 床 配 有 普 通 尾 座 或 数 控 尾 座 ， 适 合 车 削 较 长 的 零 件
16、及 直 径 不太 大 的 盘 类 零 件 。宿 迁 泽 达 职 业 技 术 学 院 毕 业 设 计52.3 按 刀 架 数 量 分 类单 刀 架 数 控 车 床 数 控 车 床 一 般 都 配 置 有 各 种 形 式 的 单 刀 架 。双 刀 架 数 控 车 床 这 类 车 床 的 双 刀 架 配 置 平 行 分 布 ， 也 可 以 是 相 互 垂 直 分 布 。2.4 按 功 能 分 类经 济 型 数 控 车 床 采 用 步 进 电 动 机 和 单 片 机 、 PLC对 普 通 车 床 的 进 给 系 统 进 行 改 造 后形 成 的 简 易 型 数 控 车 床 ， 成 本 较 低 ， 但
17、自 动 化 程 度 和 功 能 都 比 较 差 ， 车 削 加 工 精 度 也 不 高 ，适 用 于 要 求 不 高 的 回 转 类 零 件 的 车 削 加 工 。普 通 数 控 车 床 根 据 车 削 加 工 要 求 在 结 构 上 进 行 专 门 设 计 并 配 备 通 用 数 控 系 统 而 形成 的 数 控 车 床 ， 数 控 系 统 功 能 强 ， 自 动 化 程 度 和 加 工 精 度 也 比 较 高 ， 适 用 于 一 般 回 转 类 零件 的 车 削 加 工 。 这 种 数 控 车 床 可 同 时 控 制 两 个 坐 标 轴 ， 即 X轴 和 Z轴 。车 削 加 工 中 心 在
18、 普 通 数 控 车 床 的 基 础 上 ， 增 加 了 C轴 和 动 力 头 ， 更 高 级 的 数 控 车 床带 有 刀 库 ， 可 控 制 X、 Z和 C三 个 坐 标 轴 ， 联 动 控 制 轴 可 以 是 (X、 Z)、 (X、 C)或 (Z、 C)。 由于 增 加 了 C轴 和 铣 削 动 力 头 ， 这 种 数 控 车 床 的 加 工 功 能 大 大 增 强 ， 除 可 以 进 行 一 般 车 削 外可 以 进 行 径 向 和 轴 向 铣 削 、 曲 面 铣 削 、 中 心 线 不 在 零 件 回 转 中 心 的 孔 和 径 向 孔 的 钻 削 等 加工 。3 数 控 车 床 刀
19、 架 的 概 况3.1 刀 架 的 产 生电 动 刀 架 是 数 控 车 床 重 要 的 传 统 结 构 ， 由 于 该 类 刀 架 采 用 全 电 控 制 ， 无 需 另 加 液 压 或气 动 等 其 它 动 力 源 ， 故 对 简 化 机 床 控 制 的 复 杂 程 度 带 来 好 处 。 合 理 的 选 配 电 动 刀 架 ， 可 以缩 短 生 产 准 备 时 间 ， 消 除 人 为 误 差 ， 提 高 加 工 精 度 与 加 工 精 度 的 一 致 性 。 另 外 ， 加 工 工 艺适 应 性 和 连 续 工 作 的 工 作 能 力 也 明 显 提 高 ;尤 其 是 在 加 工 几 何
20、 形 状 较 复 杂 的 零 件 时 ， 除 了控 制 系 统 能 提 供 相 应 的 控 制 算 法 ， 对 执 行 机 构 发 出 相 应 的 控 制 指 令 外 ， 很 重 要 的 一 点 是 数控 机 床 须 配 备 易 于 控 制 的 电 动 刀 架 ， 以 便 一 次 装 夹 所 需 各 种 刀 具 ， 灵 活 ， 方 便 地 完 成 各 种几 何 形 状 的 加 工 。3.2 刀 架 基 本 结 构数 控 刀 架 作 为 数 控 车 床 的 动 作 执 行 部 件 ， 其 基 本 结 构 ：驱 动 装 置 主 要 有 电 机 、 液 压 电 动 机 、 齿 轮 、 齿 条 。分
21、度 装 置 通 过 机 械 液 压 传 动 结 构 到 所 需 工 位 间 的 转 动 。 结 构 主 要 分 为 间 歇 分 度 结 构 和 连续 分 度 机 构 。 快 速 换 刀 一 般 选 用 双 向 旋 转 的 连 续 分 度 机 构 。预 定 位 装 置 到 达 所 需 的 工 位 后 ， 停 止 分 度 运 动 ， 以 便 于 齿 盘 正 确 啮 合 。 伺 服 电 机 驱 动 刀架 ， 利 用 伺 服 电 机 编 码 器 作 为 预 定 位 。松 开 、 刹 紧 装 置 齿 盘 副 的 松 开 刹 紧 。 为 了 完 成 快 速 杀 紧 和 得 到 的 杀 紧 力 ， 松 开
22、和 刹 紧 一般 选 用 液 压 和 机 械 等 来 实 现 松 开 和 刹 紧 。精 定 位 装 置 刀 具 在 切 削 时 需 要 很 高 的 刚 性 和 定 位 精 度 ， 因 此 刀 架 都 选 用 齿 盘 副 做 的 精 度定 位 元 件 。发 信 装 置 包 括 工 位 信 号 （ 编 码 器 ） 和 动 作 控 制 信 号 。宿 迁 泽 达 职 业 技 术 学 院 毕 业 设 计6装 刀 装 置 包 括 刀 盘 、 刀 夹 及 夹 刀 装 置 。 目 前 刀 盘 有 2种 模 式 ： 欧 式 VDI、 日 式 槽 刀 盘 。德 国 标 准 VDI刀 盘 DIN69880和 DIN
23、69881标 准 。数 控 刀 架 换 刀 动 作 系 统 发 出 指 令 齿 盘 松 开 刀 架 旋 转 分 度 到 达 目 标 工 位 并发 信 号 给 系 统 预 定 位 齿 盘 锁 紧 精 定 位 系 统 确 认 后 工 件 切 削 。为 满 足 不 同 工 件 的 加 工 要 求 ， 数 控 刀 架 分 为 4、 6、 8、 10、 12工 位 ， 形 式 为 立 式 和 卧 式 【 3】 。3.3 刀 架 的 分 类按 刀 架 的 回 转 轴 线 分 类 ， 有 绕 水 平 轴 旋 转 分 度 和 绕 垂 直 轴 旋 转 分 度 两 大 类 。 按 装 刀 数来 分 常 见 的 有
24、 四 工 位 电 动 刀 架 和 六 工 位 电 动 刀 架 等 。 按 机 械 定 位 方 式 分 ， 常 见 的 有 端 齿 盘定 位 ， 三 齿 盘 定 位 ， 斜 板 圆 销 转 位 电 动 刀 架 等 。 三 齿 盘 定 位 电 动 刀 架 (又 称 为 “ 免 抬 刀 架 ” )可 实 现 上 刀 体 不 抬 起 而 顺 利 地 转 位 换 刀 的 要 求 ， 排 除 了 冷 却 液 、 加 工 屑 对 刀 架 转 位 时 的 影响 ， 较 为 可 靠 地 解 决 了 刀 架 的 密 封 问 题 。 斜 板 圆 销 转 位 电 动 刀 架 结 构 简 单 ， 工 作 可 靠 。3.
25、4 刀 架 的 几 种 典 型 结 构排 刀 式 刀 架 排 刀 式 刀 架 一 般 用 于 小 规 格 数 控 车 床 ， 以 加 工 棒 类 为 主 的 机 床 较 为 常见 ， 它 的 结 构 形 式 为 夹 持 着 各 种 不 同 用 途 刀 具 的 刀 夹 沿 着 机 床 X坐 标 轴 方 向 排 列 在 横 向 滑板 或 一 种 称 为 快 换 台 板 上 。 这 种 刀 架 的 特 点 之 一 是 刀 具 布 置 和 机 床 调 整 都 较 方 便 ， 可 以 根据 具 体 工 件 的 车 削 工 艺 要 求 ， 任 意 组 合 各 种 不 同 用 途 的 刀 具 在 一 把 刀
26、 完 成 车 削 任 务 后 ， 横向 滑 板 只 要 按 程 序 沿 X轴 向 移 动 预 先 设 定 的 距 离 后 ， 第 二 把 刀 就 到 达 加 工 位 置 ， 这 样 就 完成 了 机 床 的 换 刀 动 作 。 这 种 换 刀 方 式 迅 速 、 省 时 、 有 利 于 提 高 机 床 的 生 产 效 率 。数 控 车 床 方 刀 架 经 济 型 数 控 车 床 方 刀 架 是 在 普 通 车 床 四 方 刀 架 的 基 础 上 发 展 的 一种 自 动 换 刀 装 置 ， 其 功 能 和 普 通 四 方 刀 架 一 样 ： 有 四 个 刀 位 ， 能 装 夹 四 把 不 同
27、的 刀 具 ， 方刀 架 回 转 90时 ， 刀 具 变 换 一 个 刀 位 ， 但 方 刀 架 的 回 转 和 刀 位 号 的 选 择 是 由 加 工 程 序 指 令控 制 的 。 换 刀 时 方 刀 架 的 动 作 顺 序 是 ： 刀 架 抬 起 、 刀 架 转 位 、 刀 架 定 位 和 刀 架 夹 紧 。 完 成上 述 动 作 要 求 ， 有 相 应 的 机 构 来 实 现 。转 塔 回 转 刀 架 转 塔 回 转 刀 架 适 用 与 盘 类 零 件 加 工 。 在 加 工 轴 类 零 件 时 ， 可 以 换 用 四方 回 转 刀 架 。 由 于 两 者 底 部 安 装 尺 寸 相 同
28、 ， 更 换 刀 架 十 分 方 便 。 回 转 刀 架 动 作 根 据 数 控 指令 进 行 ， 由 液 压 系 统 通 过 电 磁 换 向 阀 进 行 控 制 ， 其 动 作 过 程 分 为 如 下 四 个 步 骤 ： （ 1） 、 刀架 抬 起 ， （ 2） 、 刀 架 转 位 、 （ 3） 、 刀 架 压 紧 ， （ 4） 、 转 位 液 压 缸 复 位 。 2如 果 定 位 、 压 紧 动 作正 常 ， 刀 架 会 发 出 信 号 表 示 已 完 成 换 刀 过 程 ， 可 进 行 切 削 加 工 。盘 形 自 动 回 转 刀 架 盘 形 自 动 回 转 刀 架 根 据 刀 位 又
29、可 分 为 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 转 刀 盘 的 外 切 刀 可 使 用25mm*150mm 标 准 刀 具 和 刀 杆 截 面 为 25mm*25mm 的 可 调 工 具 ， C 型 可 用 尺 寸 为20mm*20mm*125mm的 标 准 刀 具 。 镗 刀 杆 直 径 最 大 为 32mm。 该 种 刀 架 更 换 和 对 刀 十 分 方 便 。刀 位 选 择 由 刷 形 选 择 器 进 行 ， 松 开 、 夹 紧 位 置 检 测 由 微 动 开
30、关 控 制 。 整 个 刀 架 控 制 是 一 个纯 电 气 系 统 ， 结 构 简 单 。车 削 中 心 的 动 力 刀 架 车 削 中 心 的 动 力 刀 架 的 刀 盘 上 可 以 安 装 各 种 非 动 力 辅 助 刀 夹（ 车 刀 夹 、 镗 刀 夹 、 弹 簧 刀 夹 、 莫 氏 刀 柄 ） ， 夹 持 刀 具 进 行 加 工 ， 还 可 安 装 动 力 刀 夹 进 行主 动 切 削 ， 配 合 主 机 完 成 车 、 铣 、 钻 、 镗 等 各 种 复 杂 工 序 ， 实 现 加 工 程 序 自 动 化 、 高 效 化 。该 刀 架 采 用 端 齿 盘 作 为 分 度 定 位 元
31、 件 ， 刀 架 转 位 由 三 相 异 步 电 机 驱 动 ， 电 动 机 内 部 带 有 制动 机 构 ， 刀 位 由 二 进 制 绝 对 编 码 起 器 识 别 ， 并 可 双 向 转 位 和 任 意 刀 位 就 近 选 刀 。 动 力 刀 具由 交 流 伺 服 电 机 驱 动 ， 通 过 同 步 齿 形 带 、 传 动 轴 、 传 动 齿 轮 、 端 面 齿 离 合 器 将 动 力 传 递 到动 力 刀 夹 ， 再 通 过 刀 夹 内 部 的 齿 轮 传 动 ， 刀 具 回 转 ， 实 现 主 动 切 削 。宿 迁 泽 达 职 业 技 术 学 院 毕 业 设 计73.5 刀 架 工 作
32、 原 理该 装 配 图 为 螺 旋 升 降 式 四 方 回 转 刀 架 ， 其 工 作 原 理 见 图 ：图 3-1 数 控 车 床 四 工 位 刀 架 结 构1-直 流 伺 服 电 动 机 ； 2-联 轴 器 ； 3-蜗 杆 轴 ； 4-蜗 轮 丝 杠 ； 5-刀 架 底 座 ； 6-粗 定 位 盘 ；7-刀 架 体 ； 8-球 头 销 ； 9-转 为 套 ； 10-电 刷 座 ； 11-发 信 号 ； 12-螺 母 ； 13、 14-电 刷 ； 15-粗 定 位图 3-1所 示 为 经 济 型 数 控 机 床 常 用 方 刀 架 结 构 ， 该 刀 架 可 以 安 装 四 把 不 同 的
33、刀 具 转 位信 号 有 加 工 程 序 指 定 。 其 工 作 过 程 为 ： 刀 架 抬 起 刀 架 转 位 刀 架 定 位 夹 紧 刀 架 。刀 架 抬 起 当 数 控 装 置 发 出 换 刀 指 令 后 ， 电 动 机 1启 动 正 常 ， 通 过 套 筒 连 轴 器 2使 蜗杆 轴 3转 动 ， 从 而 带 动 蜗 轮 丝 杠 4转 动 。 刀 架 体 7的 内 孔 加 工 有 螺 纹 ， 与 蜗 轮 丝 杠 旋 合 ，蜗 轮 与 丝 杠 为 整 体 结 构 。 蜗 轮 丝 杠 内 孔 与 刀 架 中 心 轴 式 间 隙 配 合 ， 在 转 位 换 刀 时 ， 中 心 轴固 定 不
34、动 ， 蜗 轮 丝 杠 绕 中 心 轴 旋 转 。 当 蜗 轮 开 始 转 动 时 ， 由 于 刀 架 底 座 5和 刀 架 体 7上 的端 面 齿 处 在 啮 合 状 态 ， 且 蜗 轮 丝 杠 轴 向 固 定 ， 因 此 刀 架 体 7抬 起 。刀 架 转 位 当 刀 架 体 抬 至 一 定 距 离 后 ， 刀 架 底 座 5和 刀 架 体 7的 端 面 齿 脱 开 ， 转 位 套9用 销 钉 与 蜗 轮 丝 杠 4联 接 ， 随 蜗 轮 丝 杠 一 同 转 动 ， 当 端 面 齿 完 全 脱 开 时 转 位 套 正 好 转 过160 （ 如 图 所 示 ） ， 球 头 销 8在 弹 簧
35、力 的 作 用 下 进 入 转 位 套 9的 槽 中 ， 带 动 刀 架 体 转 位 。刀 架 定 位 刀 架 体 7 转 动 时 带 着 电 刷 座 10 转 动 ， 当 转 到 程 序 指 定 的 刀 号 时 ， 粗 定 位销 15在 弹 簧 力 的 作 用 下 进 入 粗 定 位 盘 6的 槽 中 进 行 粗 定 位 ， 同 时 电 刷 13接 触 导 体 使 电 动机 1翻 转 。 由 于 粗 定 位 槽 的 限 制 ， 刀 架 体 7不 能 转 动 ， 使 其 在 该 位 置 垂 直 落 下 ， 刀 架 体 7和 刀 架 底 座 5上 的 端 面 齿 啮 合 实 现 精 确 定 位
36、。夹 紧 刀 架 电 动 机 继 续 反 转 ， 此 时 蜗 轮 停 止 转 动 ， 涡 杆 轴 3自 身 转 动 ， 当 两 端 面 齿 增加 到 一 定 夹 紧 力 时 ， 电 动 机 1停 止 转 动 。译 码 装 置 由 发 信 体 13.14组 成 ， 电 刷 13负 责 发 信 号 ， 电 刷 14负 责 位 置 判 断 当 刀 架 定宿 迁 泽 达 职 业 技 术 学 院 毕 业 设 计8位 出 现 过 位 或 不 到 位 时 ， 可 松 开 螺 母 12， 调 好 发 信 体 11与 电 刷 14的 相 对 位 置 。图 3-2 电 动 刀 架 电 机 的 控 制 硬 件 连
37、接 图当 PLC应 用 程 序 由 数 控 系 统 的 信 号 接 口 或 从 机 床 控 制 面 板 得 到 换 刀 指 令 后 ， 控 制 刀 架电 机 正 转 ， 同 时 通 过 PLC的 数 字 输 入 监 控 刀 架 的 实 际 位 置 。 如 果 刀 架 的 实 际 位 置 等 于 指 令刀 具 的 位 置 ， PLC 应 用 程 序 控 制 刀 架 电 机 反 转 锁 紧 ， 并 启 动 延 时 控 制 。 延 时 时 间 到 达 后 ，刀 架 反 转 停 止 ， 换 刀 过 程 结 束 。4 数 控 车 床 刀 架 的 PLC 控 制4.1 可 编 程 逻 辑 控 制 器 （
38、PLC） 的 作 用数 控 机 床 的 自 动 控 制 由 CNC和 PLC共 同 完 成 ， 其 中 CNC负 责 完 成 与 数 字 运 算 和 管 理 有关 的 功 能 ， 如 编 辑 加 工 程 序 、 插 补 运 算 、 译 码 、 位 置 伺 服 控 制 等 ； PLC 负 责 完 成 与 逻 辑 运算 有 关 的 各 种 动 作 。 PLC接 受 CNC控 制 代 码 M（ 辅 助 功 能 ） 、 S(主 轴 转 速 )、 T（ 选 刀 、 换 刀 ）等 顺 序 动 作 信 息 ， 对 其 进 行 译 码 后 转 换 成 相 应 的 控 制 信 号 ， 驱 动 辅 助 装 置 完
39、 成 一 系 列 开 关动 作 ， 如 装 夹 工 件 、 更 换 刀 具 和 开 关 切 削 液 等 。PLC是 一 种 专 门 应 用 于 工 业 环 境 ， 以 微 处 理 器 为 基 础 的 通 用 型 自 动 控 制 装 置 ， 这 种 装置 的 主 要 作 用 是 解 决 工 业 设 备 逻 辑 关 系 与 开 关 量 控 制 ， 故 称 为 可 编 程 逻 辑 控 制 器 PLC（ prammable logic controller） 。 1在 数 控 机 床 上 使 用 PLC取 代 传 统 的 继 电 器 控 制 系 统 ，使 得 数 控 机 床 的 结 构 更 加 紧 凑
40、 ， 功 能 更 丰 富 ， 响 应 速 度 更 快 ， 工 作 更 可 能 。4.2 可 编 程 逻 辑 控 制 器 （ PLC） 的 组 成数 控 机 床 的 控 制 可 分 为 两 大 部 分 ： 一 部 分 是 坐 标 轴 运 动 的 位 置 控 制 ； 另 一 部 分 是 数 控机 床 加 工 过 程 的 顺 序 控 制 。 1在 讨 论 PLC、 CNC和 机 床 各 机 械 部 件 、 机 床 辅 助 装 置 、 强 电 回路 之 间 的 关 系 时 ， 常 把 数 控 机 床 分 为 “ NC 侧 ” （ 数 控 系 统 侧 ） 和 “ MT 侧 ” （ 机 床 侧 ） 两 大
41、部 分 。 “ NC 侧 ” 包 括 CNC 系 统 的 硬 件 和 软 件 、 与 CNC 系 统 连 接 的 外 部 设 备 ： “ MT 侧 ” 包 括机 床 机 械 部 分 及 其 液 压 、 气 压 、 冷 却 、 润 滑 、 排 屑 等 辅 助 装 置 、 机 床 操 作 面 板 、 继 电 器 线路 和 机 床 强 电 线 路 等 。 PLC处 于 CNC和 MT之 间 ， 对 NC侧 和 MT侧 的 输 入 、 输 出 信 号 进 行 处理 。 MT侧 顺 序 控 制 的 最 终 对 象 随 数 控 机 床 的 类 型 、 结 构 、 辅 助 装 置 等 不 同 而 有 很 大
42、 差 别 。机 床 机 构 越 复 杂 ， 辅 助 装 置 越 多 ， 最 终 受 控 对 象 也 越 多 。 一 般 来 说 ， 最 终 受 控 对 象 的 数 量和 顺 序 控 制 程 序 的 复 杂 程 度 从 低 到 高 依 次 为 CNC车 床 、 CNC铣 床 、 加 工 中 心 、 FMC、 FMS。宿 迁 泽 达 职 业 技 术 学 院 毕 业 设 计95 自 动 换 刀 的 电 器 控 制5.1 刀 架 电 气 控 制 系 统电 动 刀 架 为 四 工 位 ， 每 个 刀 位 对 应 一 个 刀 位 到 位 信 号 ， 当 刀 架 运 动 经 过 工 位 时 ， 发 出相 应
43、 的 控 制 信 号 ， 使 得 电 机 反 转 ， 对 销 反 靠 ， 双 端 齿 精 定 位 ， 螺 纹 升 降 夹 紧 ， 电 机 运 动 停止 。 数 控 刀 架 转 到 工 位 时 ， 由 安 装 在 刀 架 内 部 的 霍 尔 传 感 器 检 测 刀 架 到 位 信 号 ，刀 架 信 号 输 出 端 由 高 电 平 转 到 低 电 平 ， 由 信 号 采 集 电 路 对 这 一 瞬 时 信 号 进 行 采 集 和 保持 ， 输 出 相 对 应 的 工 位 信 号 （ 高 电 平 信 号 ） ， 相 应 的 中 间 继 电 器 线 圈 得 电 工 作 ， 使 得 刀 架反 转 夹 紧
44、 。数 控 机 床 刀 架 是 由 机 床 PLC来 进 行 控 制 ， 对 于 普 通 的 四 工 位 刀 架 来 说 ， 控 制 比 较 简 单 ，一 般 用 于 普 通 的 车 床 。 我 们 分 析 车 床 刀 架 的 控 制 原 理 其 实 就 是 指 刀 架 的 整 个 换 刀 过 程 ， 刀架 的 换 刀 过 程 其 实 是 通 过 PLC对 控 制 刀 架 的 所 有 I/O信 号 进 行 逻 辑 处 理 及 计 算 。 实 现 刀 架的 顺 序 控 制 。 另 外 为 了 保 证 换 刀 能 够 正 确 进 行 ， 系 统 一 般 还 要 设 置 一 些 相 应 的 系 统
45、参 数 来对 换 刀 过 程 进 行 调 整 。 下 面 我 们 分 析 PLC控 制 下 的 换 刀 过 程 。 在 分 析 之 前 ， 我 们 首 先 了 解刀 架 控 制 的 电 气 部 分 。 刀 架 电 气 控 制 部 分 如 图 所 示 。 图 中 的 a 是 刀 架 控 制 的 强 电 部 分 ，主 要 是 控 制 刀 架 电 机 的 正 转 和 反 转 ， 来 控 制 刀 架 的 正 转 和 反 转 ； 图 b是 刀 架 控 制 的 交 流 控制 回 路 ， 主 要 是 控 制 两 个 交 流 接 触 器 的 导 通 和 关 闭 来 实 现 a中 的 强 电 控 制 ； 图 c
46、部 分 是 刀架 控 制 的 继 电 器 控 制 回 路 及 PLC的 输 入 及 输 出 回 路 ， 整 个 过 程 的 控 制 最 终 是 由 这 个 模 块 来完 成 的 。图 a 强 电 电 路 图 b 接 触 器 电 路图 c PLC的 输 入 输 出宿 迁 泽 达 职 业 技 术 学 院 毕 业 设 计10图 中 各 器 件 的 作 用 如 下 ：序 号 名 称 含 义1 M 刀 架 电 动 机2 QS4 刀 架 电 动 机 带 过 载 保 护 的 电 源 空 开3 KM5、 KM6线 圈 刀 架 电 动 机 正 、 反 转 控 制 交 流 接 触 器4 KA4 由 急 停 控 制
47、 的 中 间 继 电 器5 KA2、 KA3 刀 架 电 动 机 正 、 反 转 控 制 中 间 继 电 器6 SQ1SQ4 刀 位 检 测 霍 尔 元 件 开 关7 PMC 控 制 刀 架 系 统8 U61 单 相 灭 弧 器9 RC 阻 容 吸 收 装 置 起 到 过 载 保 护 作 用10 KM5、 KM6常 闭 对 刀 架 正 反 转 起 到 互 锁 作 用11 KA2、 KA3常 开 对 刀 架 正 反 转 起 到 起 到 自 保 作 用12 COM 接 地 线自 动 刀 架 控 制 涉 及 到 的 I/O信 号 如 下 ：PLC输 入 信 号 ：X4.0X4.3： 14号 刀 到
48、位 信 号 输 入 ；PLC输 出 信 号 ：Y0.1： 刀 架 正 转 继 电 器 控 制 输 出 ；Y0.2： 刀 架 反 转 继 电 器 控 制 输 出 。5.2 自 动 换 刀 的 电 气 控 制 线 路电 动 刀 塔 电 动 机 是 由 电 动 机 、 制 动 器 、 热 保 护 开 关 组 成 一 体 的 三 相 力 矩 电 动 机 ， 制 动器 安 装 在 电 动 机 后 端 盖 上 ， 制 动 器 的 线 圈 为 DC24V直 接 线 圈 ， 热 保 护 开 关 在 电 动 机 绕 阻 内 ，电 气 控 制 线 路 。 电 动 刀 塔 电 气 控 制 线 路接 触 器 KM1
49、控 制 电 动 机 正 转 ， 接 触 器 KM2 控 制 电 动 机 反 转 ， 接 触 器 KM1、 KM2 分 别 由继 电 器 KM1、 KM2控 制 。 断 路 器 QF实 现 电 动 机 的 短 路 和 过 载 保 护 。 继 电 器 KM3控 制 电 动 机的 制 动 器 线 圈 ， 当 KM3闭 合 ， 电 动 机 后 端 的 制 动 器 线 圈 获 电 动 作 ， 电 动 机 处 于 松 开 状 态 ，当 KM3断 开 ， 制 动 器 线 圈 断 电 ， 电 动 机 啊 处 于 锁 紧 状 态 。 当 电 动 刀 架 转 到 目 标 位 置 的 前 一位 置 时 ， 继 电 器 KM4获 电 动 作 ， 预 分 度 电 磁 铁 线 圈 获 电 ， 当 电 动 刀 架 到 换 到 位 置 时 ， 电 磁铁 推 动 插 销 移 动 ， 分 度 到 位 检 测 接 近 开 关 SQ1发 出 信 号 ， 停 止 电 动 机 转 动 ， 电 动 机 反 转 进宿 迁 泽 达 职 业 技 术 学 院 毕 业 设 计11行 锁 紧 。 锁 紧 到 位 后 ， 接 近 开 关 SQ2发 出 信 号 ， 继 电 器 KA3获 电 动 作 ， 电 动 机 制 动 ， 完 成换 刀 控 制
