/目錄摘要……………………2畢業(yè)設計任務書…………3數(shù)控車床的分類…………………4按車床主軸位置分類………………4按加工零件的基本類型分類………4按刀架數(shù)量分類……………………4按功能分類…………5其次章、經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)……………5一、經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)的構成及功能…………………5二、車床經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)硬件設計…………………6第三章、數(shù)控機床的可編程序限制器………………8.一、數(shù)控機床用PLC……………………..8二、自動換刀機構……………………13第四章PLC限制車床刀架……………...16一、電動刀架的選用……………………16二、電動刀架的電機限制……………….16三、車床限制…………….161）、簡易刀架的限制…………………...172）、帶編碼器可雙相換刀的刀架限制………...………19第五章、數(shù)控車床的ＰＬＣ限制………..21數(shù)控車床自動換刀PLC限制………….…211.電氣設計要求………222.電動刀架PLC限制…………………23第六章、參考資料.………..25第七章、總結……………...25感謝信……………………...26摘要摘要：數(shù)控車床今后將向中高當發(fā)展，經(jīng)濟型數(shù)控刀架配套，接受電動刀架，預料近年來對數(shù)控刀架需求量將大大增加。數(shù)控刀架的發(fā)展趨勢是：隨著數(shù)控車床的發(fā)展，數(shù)控刀架起先向快速換刀和伺服驅(qū)動方向發(fā)展。本部分主要對六工位立式電動刀架的PLC車床限制設計，并對電動刀架的電路設計。最終的提出了對電動刀架提出了看法和措施。關鍵詞：經(jīng)濟型數(shù)控車床；車床刀架；PLC限制電動刀架畢業(yè)設計任務書一、設計題目：經(jīng)濟型數(shù)控車床電動刀架PLC限制電路設計二、設計的目的1）駕馭數(shù)電動刀架的功能。2）駕馭電動刀架PLC限制電路的組成。3）駕馭電動刀架輸入、輸出接口的設計方法。三、設計要求利用數(shù)控裝置進行數(shù)控化改造。要求用PLC限制經(jīng)濟型數(shù)控車床電動刀架：1)數(shù)控電動刀架接口原理框圖設計。2)限制限位輸入、輸出接口電路設計。3)選擇接口元器件。4)安裝調(diào)試說明。四、完成的技術資料要求說明詳細，字跡工整，原理正確，元件選擇有理。圖形清晰，圖紙規(guī)范，符號標準，線條勻整，用計算機畫圖。（1）設計圖紙安裝原理圖、元件安裝布置圖、接線圖。（2）畢業(yè)設計說明書（15000，文字不少于6000字）1）設計題目2）設計方案論證3）限制原理說明4）元件明細表5）設計總結及改進看法數(shù)控車床的分類數(shù)控車床可分為臥式和立式兩大類。臥式車床又有水平導軌和傾斜導軌兩種。檔次較高的數(shù)控臥車一般都接受傾斜導軌。按刀架數(shù)量分類，又可分為單刀架數(shù)控車床和雙刀架數(shù)控車，前者是兩坐標限制，后者是4坐標限制。雙刀架臥車多數(shù)接受傾斜導軌。數(shù)控車床和一般車床一樣，也是用來加工零件旋轉(zhuǎn)表面的。一般能夠自動完成外圓柱面、圓錐面、球面以及螺紋的加工，還能加工一些困難的回轉(zhuǎn)面，如雙曲面等。車床和一般車床的工件安裝方式基本相同，為了提高加工效率，數(shù)控車床多接受液壓、氣動和電動卡盤。數(shù)控車床的外形和一般車床相像，即由床身、主軸箱、刀架、進給系統(tǒng)壓系統(tǒng)、冷卻和潤滑系統(tǒng)等部分組成。數(shù)控車床的進給系統(tǒng)和一般車床有質(zhì)的區(qū)分，傳統(tǒng)一般車床有進給箱和交換齒輪架，而數(shù)控車床是干脆用伺服電機通過滾珠絲杠驅(qū)動溜板和刀架實現(xiàn)進給運動，因而進給系統(tǒng)的結構大為簡化。一、按車床主軸位置分類(1)立式數(shù)控車床立式數(shù)控車床簡稱為數(shù)控立車，其車床主軸垂直于水平面，一個直徑很大的圓形工作臺，用來裝夾工件。這類機床主要用于加工徑向尺寸大、軸向尺寸相對較小的大型困難零件。(2)臥式數(shù)控車床臥式數(shù)控車床又分為數(shù)控水平導軌臥式車床和數(shù)控傾斜導軌臥式車床。其傾斜導軌結構可以使車床具有更大的剛性，并易于解除切屑。二、按加工零件的基本類型分類（1）卡盤式數(shù)控車床這類車床沒有尾座，適合車削盤類(含短軸類)零件。夾緊方式多為電動或液動限制，卡盤結構多具有可調(diào)卡爪或不淬火卡爪(即軟卡爪)。(2)頂尖式數(shù)控車床這類車床配有一般尾座或數(shù)控尾座，適合車削較長的零件及直徑不太大的盤類零件。三、按刀架數(shù)量分類(1)單刀架數(shù)控車床數(shù)控車床一般都配置有各種形式的單刀架，如四工位臥動轉(zhuǎn)位刀架或多工位轉(zhuǎn)塔式自動轉(zhuǎn)位刀架。(2)雙刀架數(shù)控車床這類車床的雙刀架配置平行分布，也可以是相互垂直分布。四、按功能分類（1）經(jīng)濟型數(shù)控車床接受步進電動機和單片機、PLC對一般車床的進給系統(tǒng)進行改造后形成的簡易型數(shù)控車床，成本較低，但自動化程度和功能都比較差，車削加工精度也不高，適用于要求不高的回轉(zhuǎn)類零件的車削加工。（2）一般數(shù)控車床依據(jù)車削加工要求在結構上進行特地設計并配備通用數(shù)控系統(tǒng)而形成的數(shù)控車床，數(shù)控系統(tǒng)功能強，自動化程度和加工精度也比較高，適用于一般回轉(zhuǎn)類零件的車削加工。這種數(shù)控車床可同時限制兩個坐標軸，即X軸和Z軸。（3）車削加工中心在一般數(shù)控車床的基礎上，增加了C軸和動力頭，更高級的數(shù)控車床帶有刀庫，可限制X、Z和C三個坐標軸，聯(lián)動限制軸可以是(X、Z)、(X、C)或(Z、C)。由于增加了C軸和銑削動力頭，這種數(shù)控車床的加工功能大大增加，除可以進行一般車削外可以進行徑向和軸向銑削、曲面銑削、中心線不在零件回轉(zhuǎn)中心的孔和徑向孔的鉆削等加工，其次章經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)按數(shù)控系統(tǒng)的功能水平,可以把數(shù)控系統(tǒng)分為高、中、低三檔，低檔數(shù)控系統(tǒng)即可認為是經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)。經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)一般分辯力和進給速度較低、聯(lián)動軸數(shù)少、人機接口較簡潔。一、經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)的構成及功能1、開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)的總體結構CNC數(shù)控系統(tǒng)由以下幾個部分構成：1）微機，通常包括中心微處理器、存儲器、I/O接口等。2）進給伺服系統(tǒng)，在開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)中為步進電機伺服系統(tǒng)。3）開關量限制及主軸限制，這部分涉及到M、T、S代碼的執(zhí)行。4）人機接口和通信接口。2、數(shù)控系統(tǒng)的功能802S系統(tǒng)的功能有：1、進給軸/主軸監(jiān)控；2、連續(xù)路徑加工，精確停方式；3、速度，設定值—實際值系統(tǒng)，閉環(huán)限制；4、手動操作及手輪運行；5、程序運行；6、補償；7、端面軸；8、回參考點運行；9、主軸限制；10、輸出給PLC的幫助功能；11、進給率；12、刀具補償；13、急停等功能。3、數(shù)控系統(tǒng)的電氣連接假如機床運用變頻器作為主軸驅(qū)動單元，在設計電柜時應考慮實行必要的抗干擾的措施。變頻器是很強的干擾源（主要是電源干擾和無線干擾）。假如可能，變頻器可安裝在獨立的電柜內(nèi)。當變頻器和CNC必需安裝在同一電柜內(nèi)時，應按下列要求進行電柜布局：1、變頻器的電源進線和動力出線在電柜內(nèi)的長度應盡可能短；2、變頻器的電源線和動力線應單獨布線；3、CNC的模擬量限制信號應屏蔽，屏蔽應在變頻器端接地；4、變頻器的動力線也應屏蔽，屏蔽應在電動機地腳端接地。4、數(shù)控系統(tǒng)的調(diào)試1、PLC應用程序調(diào)試當系統(tǒng)各部件連接完畢后，首先必需調(diào)試PLC應用程序中的相關動作。只有在全部平安功能都正確無誤時，才可以進行NC參數(shù)和驅(qū)動器的調(diào)試。2、數(shù)控系統(tǒng)的參數(shù)設置PLC機床參數(shù)設置完成后，要進行數(shù)控系統(tǒng)的參數(shù)設置。數(shù)控系統(tǒng)的主要參數(shù)包括：通用機床數(shù)據(jù)、顯示機床數(shù)據(jù)、通信專用機床數(shù)據(jù)、軸相關機床數(shù)據(jù)、設定數(shù)據(jù)等。經(jīng)濟型數(shù)控車床接受步進電動機和單片機、PLC對一般車床的進給系統(tǒng)進行改造后形成的簡易型數(shù)控車床，成本較低，但自動化程度和功能都比較差，車削加工精度也不高，適用于要求不高的回轉(zhuǎn)類零件的車削加工。車床經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)硬件設計經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)的硬件和軟件設計干脆影響數(shù)控系統(tǒng)的加工性能和操作性能。本文介紹經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)硬件設計中經(jīng)常遇到的一些問題及處理方法。

1、功能選擇系統(tǒng)功能選擇的方法有幾種不同的方式，運用CRT顯示器作為顯示終端時，可以制作功能菜單，用戶可以通過菜單選擇功能。但經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)為了降低成本，一般不用CRT顯示器，而用數(shù)碼管組成顯示終端。這時可用波段開關通過并行接口組成功能選擇電路。圖1是由接口電路8255和波段開關組成功能選擇圖2-1功能選擇及對刀處理電路原理程序編輯――加工程序的錄入、檢查和修改。

參數(shù)設定――設定傳動間隙、G00速度、刀具參數(shù)等。

文件處理――加工程序裝入和轉(zhuǎn)存等。

對刀處理――手動和自動檢測刀具位置和半徑參數(shù)并自動存入系統(tǒng)。

手動處理――手動進給。

連續(xù)加工――連續(xù)執(zhí)行加工程序。

單段加工――每次執(zhí)行一段加工程序。

在系統(tǒng)啟動后的主程序和以后的各個功能程序中，通過8255循環(huán)檢測波段開關的位置，并轉(zhuǎn)入相應的功能模塊。

2、對刀處理

我們設計的車床經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)中接受的對刀方式既可實現(xiàn)手動對刀，又可實現(xiàn)自動對刀。對刀棒為確定尺寸的絕緣圓棒，其頭部接受金屬材料，和機床絕緣，刀具通過機床接地。對刀時刀架帶動刀具向?qū)Φ栋艨拷瑢Φ缎盘柦?jīng)8255的PA7送入系統(tǒng)。刀尖和對刀棒不接觸時系統(tǒng)接收到高電平，刀尖和對刀棒接觸時系統(tǒng)接收到低電平。

進入對刀功能后有三種選擇，手動對刀、自動對刀和計算刀補值。

手動對刀方式，顯示當前刀位號，用鍵盤的換刀鍵手動換刀，用鍵盤的方向鍵(橫向或縱向)移動刀具。當?shù)毒吆蛯Φ栋艚佑|后，刀具移動自動停止并保存其移動距離，接著等待鍵盤操作。當選擇退出手動對刀時，則退出手動對刀功能返回對刀主程序。

自動對刀方式，首先保證刀具從1號位起先，并顯示當前刀位號。自動對刀分為縱向?qū)Φ逗蜋M向?qū)Φ丁？v向自動對刀時，刀具從第一把刀起先縱向移動至和對刀棒接觸時并記錄下該刀具的移動距離，將該刀具退至原位并自動換至其次把刀，縱向移動至和對刀棒接觸并記錄下該刀具的移動距離，直到全部刀具完成對刀并自動保存刀具移動距離。橫向自動對刀的方法和縱向相同，只是刀具的移動方向不同。當選擇退出自動對刀功能時，則退出自動對刀功能返回對刀主程序。

第三章數(shù)控機床的可編程序限制器一、數(shù)控機床用PLC數(shù)控機床用PLC可分為兩類：一類是專為實現(xiàn)數(shù)控機床依次限制而設計制造的“內(nèi)裝型”PLC，另一類是那些輸入/輸出接口技術規(guī)范、輸入/輸出點數(shù)、程序存儲容量以及運算和限制功能等均能滿足數(shù)控機床限制要求的“獨立型”PLC。（一）“內(nèi)裝型”PLC“內(nèi)裝型”PLC從屬于CNC裝置，PLC和NC間的信號傳送在CNC裝置內(nèi)部即可實現(xiàn)。PLC和MT（機床側(cè)）則通過CNC輸入/輸出接口電路實現(xiàn)信號傳送。如圖：圖3-1具有內(nèi)裝置型PLC的CNC機床系統(tǒng)框圖（二）“獨立型”PLC獨立型PLC是獨立于CNC裝置，具有完備的硬件和軟件功能，能夠獨立完成規(guī)定限制任務的裝置。如圖圖3-2具有獨立型PLC的CNC機床系統(tǒng)框圖1、回轉(zhuǎn)工作臺數(shù)控機床的圓周進給由回轉(zhuǎn)工作臺完成，稱之為數(shù)控機床的第四軸，回轉(zhuǎn)工作臺可以和Ｘ、Ｙ、Ｚ三個坐標軸聯(lián)動，從而加工出各種曲面和曲線等困難的形態(tài)。回轉(zhuǎn)工作臺對于自動換刀多工序的加工中心是必備的部件。數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺主要用于數(shù)控鏜床和銑床，它的功用是實現(xiàn)圓周進給運動，同時也可以完成分度運動，其外形和分度工作臺相像，但它的內(nèi)部結構具有數(shù)控進給驅(qū)動的許多特點，不同之處是，數(shù)控機床的進給驅(qū)動機構實現(xiàn)的是直線運動，而數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺實現(xiàn)的是圓周進給運動。數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺分為開環(huán)和閉環(huán)兩種。（1）開環(huán)數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺如圖所示為一種補償型的開環(huán)數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺，它的進給和定位鎖緊都由給定的指令進行限制。工作臺的回轉(zhuǎn)運動通過電液脈沖馬達，經(jīng)齒輪減速，由蝸桿１傳給蝸輪２。為了消退蝸桿副的傳動間隙，接受了雙螺距漸厚蝸桿，通過移動蝸桿的軸向位置來調(diào)整間隙。這種蝸桿的左右兩側(cè)面具有不同螺距，因此蝸桿齒厚從頭到尾慢慢增厚。但由于同一側(cè)的螺距是相同的，所以照舊可保持正常的嚙合。圖3-3開環(huán)數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺當工作臺靜止時，必需處于鎖緊狀態(tài)。為此，在蝸輪底部的輻射方向裝有８對夾緊瓦４和３，并在底座９上均布著同樣數(shù)量的小液壓缸５。當小液壓缸的上腔接通壓力油時，活塞６便壓向鋼球8，撐開夾緊瓦４，并夾緊蝸輪２。在工作臺須要回轉(zhuǎn)時，先使小液壓缸的上腔接通回油路，在彈簧７的作用下，鋼球８抬起，夾緊瓦將蝸輪松開?；剞D(zhuǎn)工作臺的導軌面由大型滾子軸承13支承，并由圓錐滾子軸承12及調(diào)心圓柱滾子軸承11保持精確的回轉(zhuǎn)中心。開環(huán)數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺的定位精度取決于渦輪副的傳動精度，因而必需實行高精度的渦輪副。除此之外，還可以在時間測量工作臺靜態(tài)定位誤差之后，確定須要補償?shù)慕嵌任恢煤脱a償脈沖的符號（正向或反向），記憶在補償回路中，由數(shù)控裝置進行誤差補償。數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺設有零點，當它進行回零運動時，先用擋塊碰撞限位開關（圖2-1中未標出），使工作臺降速，然后在無觸點開關的作用下，使工作臺精確地停在零位。數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺在隨意角度地轉(zhuǎn)位和分度時，光柵10進行讀數(shù)，從而達到較高地分度精度。（2）閉環(huán)數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺閉環(huán)數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺地結構和開環(huán)數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺大致相同，其區(qū)分在于：閉環(huán)數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺有轉(zhuǎn)動角度的測量元件（圓光柵或圓感應同步器），所測量的結果反饋回去和指令值進行比較，按閉環(huán)原理進行工作，使回轉(zhuǎn)工作臺定位精度更高。圖所示為那還數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺的結構。該回轉(zhuǎn)工作臺用伺服電機15通過減速齒輪14、16及蝸桿渦輪副12、13帶動工作臺1回轉(zhuǎn)，工作臺的轉(zhuǎn)角位置用圓光柵9測量。測量結果發(fā)出反饋信號和數(shù)控裝置發(fā)出的指令信號進行比較，若有偏差經(jīng)放大后限制伺服電機朝消退偏差的方向轉(zhuǎn)動，使工作臺精確運轉(zhuǎn)或定位。當工作臺靜止時，必需處于鎖緊狀態(tài)。臺面地鎖緊用均布地八個小液壓缸5來完成，當限制系統(tǒng)發(fā)出夾緊指令時，液壓缸上腔進壓力油，活塞6下移，通過鋼球8推開夾緊瓦3及4，從而將渦輪13夾緊。當工作臺回轉(zhuǎn)時，限制系統(tǒng)發(fā)出指令，液壓缸5上腔壓力油流回油箱，在彈簧7的作用下，鋼球8抬起，夾緊瓦松開，不再夾緊渦輪13。然后按數(shù)控系統(tǒng)的指令，由伺服電機15通過傳動裝置實現(xiàn)工作臺的分度、定位、夾緊或連續(xù)回轉(zhuǎn)運動?；剞D(zhuǎn)工作臺的中心回轉(zhuǎn)軸接受圓錐滾子軸承11及雙列圓柱滾子軸承10支承，并通過預緊消退其軸向和徑向間隙，以提高工作臺的剛度和回轉(zhuǎn)精度。工作臺支承在鑲鋼滾柱導軌2上，運動平穩(wěn)且耐磨。有些數(shù)控工作臺接受伺服電機軸端帶測速發(fā)動機和旋轉(zhuǎn)變壓器，或帶脈沖編碼盤，干脆反饋電機軸的轉(zhuǎn)速和角位移，進行半閉環(huán)限制。數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺可作隨意角度的回轉(zhuǎn)或分度，當運用光柵進行讀數(shù)時，在光柵沿其圓周上有21600條刻線，通過6倍頻線路，刻度的分辯實力可達10″。1－工作臺；2－鑲鋼滾柱導軌；3、4－夾緊瓦；5－液壓缸；6－活塞；7－彈簧；8－鋼球；9－圓光柵；10、11－軸承；12－蝸桿；13－渦輪；14、16齒輪；15－電機圖3-4閉環(huán)限制數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺自動換刀機構（一）、自動換刀裝置一個零件往往須要進行多工序的加工，對于單功能的機床，大量的時間將用于更換刀具裝卸零件等非切削時間，切削加工時間只占整個工時中較小的比例。為了縮短非切削時間，往往接受自動換刀裝置的數(shù)控機床。自動換刀裝置已廣泛應用于加工中心機床，如車削中心鏜銑加工中心鉆削中心等。運用這種裝置協(xié)作精密數(shù)控轉(zhuǎn)臺，可以使機加工時間提高70％～80％。由于零件在一次裝夾中完成零件的多工序加工，大大削減了零件安裝定位次數(shù)，從而進一步提高了加工精度。自動換刀裝置的功能就是儲備確定數(shù)量的刀具并完成刀具的自動交換。它應當滿足換刀時間短、刀具重復定位精度高、刀具儲存量足夠、結構緊湊及平安牢靠等要求。各類數(shù)控機床的自動換刀裝置的結構和數(shù)控機床的類型工藝范圍運用刀具種類和數(shù)量有關。數(shù)控機床常用的自動換刀裝置的類型、特點及適用范圍見表3-1。表3-1自動換刀裝置的類型、特點及適用范圍類型特點運用范圍轉(zhuǎn)塔式回轉(zhuǎn)刀架多為依次換刀，換刀時間短，結構簡潔緊湊，容納刀具較少各種數(shù)控車床數(shù)控車削中心轉(zhuǎn)塔頭依次換刀，換刀時間短刀具主軸都集中在轉(zhuǎn)塔頭上，結構緊湊，但剛性較差，刀具主軸數(shù)受限制數(shù)控鉆床鏜床刀庫式刀庫和主軸之間干脆換刀換刀運動集中，運動部件少。但刀庫運動多，布局不靈敏，適應性差各種類型的自動換刀數(shù)控機床。尤其是對運用回轉(zhuǎn)類刀具的數(shù)控鏜銑類立式臥式加工中心機床。要依據(jù)工藝范圍和機床特點，確定刀庫容量和自動換刀裝置形式用機械手協(xié)作刀庫換刀刀庫只有選刀運動，機械手進行換刀運動，比刀庫作換刀運動慣性小速度快用機械手運輸裝置協(xié)作刀庫換刀換刀運動分散，由多個部件實現(xiàn)，運動部件多，但布局靈敏，適應性好有刀庫的轉(zhuǎn)塔頭換刀裝置彌補轉(zhuǎn)塔頭換刀數(shù)量不足的缺點，換刀時間短擴大工藝范圍的各類轉(zhuǎn)塔式數(shù)控機床1．用于數(shù)控車床的回轉(zhuǎn)刀架（完成）數(shù)控車床上運用的回轉(zhuǎn)刀架換刀是一種簡潔的自動換刀裝置，有四方刀架、六角刀架等多種形式，即在回轉(zhuǎn)刀架上分別安裝有四把、六把或更多的刀具，并按數(shù)控裝置的指令換刀?；剞D(zhuǎn)刀架在結構上必需具有良好的強度和剛度，以承受粗加工時的切削抗力。由于車削加工精度在很大程度上取決于刀尖位置，對于數(shù)控車床來說，加工過程中刀具位置不進行人工調(diào)整，因此更有必要選擇牢靠的定位方案和合理的定位結構，以保證回轉(zhuǎn)刀架在每次轉(zhuǎn)位之后，具有盡可能高的重復定位精度(一般為0.001～0.005mm（1）四方回轉(zhuǎn)刀架如圖所示為四方回轉(zhuǎn)刀架的結構圖，該刀架廣泛應用于經(jīng)濟型數(shù)控車床及臥式車床的數(shù)控化改造中。當機床執(zhí)行加工程序中的換刀指令時，刀架自動轉(zhuǎn)位換刀。其換刀過程如下。刀架抬起當數(shù)控裝置發(fā)出換刀指令后，電動機1正轉(zhuǎn)，并經(jīng)聯(lián)軸器2帶動蝸桿軸3轉(zhuǎn)動從而帶動渦輪絲杠4轉(zhuǎn)動。渦輪的上部外圓柱加工有螺紋，所以該零件稱為渦輪絲杠。刀架體7的內(nèi)孔加工有螺紋和渦輪上的絲杠旋合。渦輪絲杠內(nèi)孔和刀架中心軸外圓使滑協(xié)作，在轉(zhuǎn)位換刀時，中心軸固定不動，渦輪絲杠環(huán)繞中心軸旋轉(zhuǎn)。當渦輪絲杠起先轉(zhuǎn)動時，刀架7和刀架底座5上端面齒的處于嚙合狀態(tài)，且渦輪絲杠軸向固定，因此刀架體7不能轉(zhuǎn)動只能軸向移動，刀架體7抬起。當?shù)都荏w抬至確定距離時，端面齒脫開，完成刀架抬起動作。刀架轉(zhuǎn)位刀架抬起后，由于轉(zhuǎn)位套9用銷釘和渦輪絲杠4連接，因此隨渦輪絲杠一起轉(zhuǎn)動，當?shù)都芴鸲嗣纨X完全脫開時，轉(zhuǎn)位套恰好轉(zhuǎn)過160°(如A-A剖面圖所示)，球頭銷8在彈簧的作用下向下進入轉(zhuǎn)位套9的槽中，帶動刀架體轉(zhuǎn)位。粗定位壓力下并由微動開關發(fā)出信號給數(shù)控裝置。刀架定位刀架體轉(zhuǎn)動時帶著電刷座10轉(zhuǎn)動，當轉(zhuǎn)到指定的刀號時，粗定位銷15在彈簧力的作用下進入粗定位盤6的槽中進行粗定位，同時電刷13、14接觸導通，使電動機反轉(zhuǎn)。由于粗定位槽的限制，刀架體不能轉(zhuǎn)動，使其在該位置垂直向下移動，刀架體7和刀架底座5的端面齒嚙合實現(xiàn)精確定位。刀架夾緊電動機接著反轉(zhuǎn)，此時渦輪絲杠停止轉(zhuǎn)動，蝸桿軸3接著轉(zhuǎn)動，端面齒間夾緊力不斷增加，轉(zhuǎn)矩不斷增大，達到確定值時，在傳感器的限制下電動機1停止轉(zhuǎn)動，從而完成一次轉(zhuǎn)位。譯碼裝置由發(fā)信體11、電刷13、電刷14組成。電刷13負責發(fā)信，電刷14負責位置推斷。當?shù)都芏ㄎ怀霈F(xiàn)過位或不到位時，可松開螺母12，調(diào)整發(fā)信體11和電刷14的相對位置。1－電動機；2－聯(lián)軸器；3－蝸桿軸；4－渦輪絲杠；5－刀架底座；6－粗定位7－刀架體；8－球頭銷；9－轉(zhuǎn)位套；10－電刷座；11－發(fā)信體；12－螺母；13、14－電刷；15－粗定位銷圖3-5數(shù)控車床方刀架結構第四章PLC限制車床刀架一、刀架的選用目前數(shù)控車床刀架基本為電動刀架，其特點是定位更精確、快速。老式傳統(tǒng)車床刀架多為手動、液壓驅(qū)動或少部分的電動，改造時可以依據(jù)須要對其加以更換。電動刀架可分為臥式轉(zhuǎn)塔刀架（一般安裝8～12把刀）和立式電動刀架，立式電動刀架有四工位（或六工位），其中每一種刀架又有抬刀刀架（兩端齒盤）和免抬刀刀架（三端齒盤）之分。臥式轉(zhuǎn)塔刀架價格相對較貴，改造中常用四六工位電動刀架。二、電動刀架的電機限制車床的刀架是車床自動換刀的機構，是車床上一個重要的部件。刀架具有許多種類。有霍爾元件檢測刀位的簡易刀架，有帶位置編碼可雙相換刀的自動刀架，有可帶動刀具的自動刀架，限制刀架旋轉(zhuǎn)有的運用一般異步電動機，有的運用伺服電極。有許多刀架的限制廠為車床供應各種各樣的刀架。每個廠家生產(chǎn)的刀架限制方法有所差別，就是同一廠家供應不同型號的刀架，其限制時序也不是百分百相同。電動刀架接受三相異步電動機驅(qū)動，刀架檢測接受霍爾元件。限制直流繼電器，繼電器再驅(qū)動溝通接觸器接通三相溝通電源，使刀架電動機正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)。電動刀架電機的限制硬件連接。三、車床刀架限制車床的刀架是車床自動換刀的機構，是車床上一個重要的部件。刀架具有許多種類。有霍爾元件檢測刀位的簡易刀架，有帶位置編碼可雙相換刀的自動刀架，有可帶動刀具的自動刀架，限制刀架旋轉(zhuǎn)有的運用一般異步電動機，有的運用伺服電極。有許多刀架的限制廠為車床供應各種各樣的刀架。每個廠家生產(chǎn)的刀架限制方法有所差別，就是同一廠家供應不同型號的刀架，其限制時序也不是百分百相同。（一）、簡易刀架的限制簡易刀架是經(jīng)濟型車床上常用的一種自動換刀機構。它的機械結構簡潔，調(diào)試和運用便利。刀架接受三相異步電動機驅(qū)動，刀架檢測接受霍爾元件。這種刀架只能單方相換刀，電動機正轉(zhuǎn)換刀，反轉(zhuǎn)鎖緊。刀架反轉(zhuǎn)鎖緊時刀架電機事實上是一種堵轉(zhuǎn)狀態(tài)，因此刀架電機反轉(zhuǎn)的時間不太長，否則可能導致刀架電機的損壞。刀架上每一個刀位都配備一個霍爾元件，如4工位刀架，需配備4個霍爾元件。霍爾元件的常態(tài)是截止，當?shù)毒咿D(zhuǎn)到工作位置時，利用磁體和霍爾元件導通。將刀架位置狀態(tài)發(fā)送到PLC的數(shù)字輸入。由于霍爾元件只有導通和截止兩種狀態(tài)。對于電平有效的數(shù)控系統(tǒng)數(shù)字輸入接口，應當運用大約1.5千歐的上拉電阻將導通和截止的狀態(tài)變成低電平和高電平。刀架的電機的轉(zhuǎn)動由PLC數(shù)字輸出限制。通過PLC的數(shù)字輸出，限制直流繼電器，繼電器再驅(qū)動溝通接觸器接通三相溝通電源，使刀架電動機正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)。圖4-1、電動刀架電機的限制硬件連接圖當PLC應用程序由數(shù)控系統(tǒng)的信號接口或從機床限制面板得到換刀指令后，限制刀架電機正轉(zhuǎn)，同時通過PLC的數(shù)字輸入監(jiān)控刀架的實際位置。假如刀架的實際位置等于指令刀具的位置，PLC應用程序限制刀架電機反轉(zhuǎn)鎖緊，并啟動延時限制。延時時間到達后，刀架反轉(zhuǎn)停止，換刀過程結束。車床換刀時要考慮的平安互鎖是在換刀過程中刀架不能和工件碰撞。換刀時，零件程序首先限制各坐標軸回退至平安位置，再執(zhí)行換刀指令TX。換刀完成后，快速移到工件坐標原點，接著加工。就是說在換刀指令完成之前，PLC要鎖定零點程序的接著執(zhí)行，同時要禁止坐標軸的運動。鎖定零件程序的接著執(zhí)行是通過數(shù)控系統(tǒng)信號接口中通道信號“讀入禁止”實現(xiàn)的。坐標軸的禁止，也是通過通道接口中的“進給保持”信號置位實現(xiàn)的。圖4-2表示的是簡易刀架的限制時序。簡易刀架的限制并不困難，但要設計出一個運用且功能完備的PLC應用程序，除了切換的基本動作以外還須要考慮以下的邊界條件。圖4-2刀架的鎖緊時間刀架的鎖緊時刀架電機處于堵轉(zhuǎn)狀態(tài)，所以刀架鎖緊時間不能過長。由于不同廠商生產(chǎn)的刀架，反轉(zhuǎn)鎖緊的時間可能有所不同，因此刀架的反轉(zhuǎn)鎖緊時間在PLC應用程序中是一個可變的值。刀架的鎖緊所需的時間，應當以刀架生產(chǎn)廠商的技術標準為準。考慮鎖緊時間的可變性，可以運用PLC參數(shù)定義刀架的鎖緊時間。假如運用了PLC參數(shù)，必需在PLC應用程序的技術說明中定義該參數(shù)的單位和取值范圍。這樣在機床的生產(chǎn)過程中，生產(chǎn)人員可以依據(jù)PLC技術說明定義PLC參數(shù)。同時，在PLC初始化時應檢查輸入的參數(shù)是否在定義的取值范圍之內(nèi)。假如小于低限，則令其等于低限值；假如超出高限，則令其等于高限值。刀架電機的反轉(zhuǎn)時間切忌過長。刀架刀位信號監(jiān)控假如刀位檢測信號出現(xiàn)問題，將使換刀過程不能結束，應為PLC應用程序恒久不能找到零件程序中的目標刀具。這種狀況在機床運用過程中是有可能出現(xiàn)的，如冷卻液進入刀架，使霍爾元件損壞或刀位信號線斷等。從刀架的時序圖中可以看出，刀架的位置檢測信號在任何時候都沒有全“0”也沒有全“1”狀態(tài)。因此，在沒有刀架電機轉(zhuǎn)動指令時，假如全部刀位檢測信號都為“0”或都位“1”，則說明刀架硬件故障。這時應通過激活PLC報警工作人員換刀時間監(jiān)控所謂時間監(jiān)控是是指監(jiān)控從啟動換刀到目標刀具的時間。如在換刀過程中由于刀信號故障或編程錯誤，都可以導致找不到目標刀位，使換刀過程不能完成。監(jiān)控換刀時間的PLC應用程序可利用換刀指令激活一個定時器，假如在定時器規(guī)定的時間內(nèi)找到了目標刀具，則將該定時器復位；假如在定時器規(guī)定的時間內(nèi)，沒有找到目標刀具，則停止刀架電機的運動，并通過報警提示操作人員進行修檢。同樣，換刀的監(jiān)控時間可以通過PLC參數(shù)設定，并在PLC技術說明中定義該參數(shù)的單位和取值范圍。二）、帶編碼器可雙相換刀的刀架限制在市場上許多生產(chǎn)車床刀架的廠商，供應各種各樣的帶位置編碼、可雙相換刀的自動刀架。這里以肖特公司為例，對此類刀架的限制過程進行說明。圖（4-3）帶位置編碼器的自動刀架的限制時序，是此類刀架的限制時序。從時序圖上看出，這種刀架限制時序的相對比較困難。同樣接受三相異步電動機啟動刀架正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，但是刀架的鎖緊是通過定位電磁鐵和刀架旋轉(zhuǎn)協(xié)作完成的。圖4-3帶位置編碼器的自動刀架的限制時序1）時序分析當PLC應用程序接收到由數(shù)控系統(tǒng)信號接口發(fā)出的換刀指令后，首先須要依據(jù)當前的刀具位置確定出刀架就近旋轉(zhuǎn)到目標刀位的方向，并啟動刀架電機按該方向旋轉(zhuǎn)，同時檢測有刀架位置編碼器信號發(fā)出的實際刀位和選通信號。當檢測到實際刀位等于目標位，且選通信號的下降沿出現(xiàn)時，PLC應用程序則限制預定位電磁鐵動作。這時PLC應用程序接著監(jiān)控預定位傳感器的下降沿，在下降沿出現(xiàn)后，限制電機方向相反方向轉(zhuǎn)動，這時刀架進入鎖緊過程。鎖緊過程啟動后，PLC應用程序監(jiān)控當前刀位以及選通信號的上升沿。一旦當前刀位等于目標刀位，且選通信號的上升沿出現(xiàn)時，限制預定位電磁鐵關閉，刀架電機停止，整個換刀過程完成。從時序圖看出，在整個換刀過程中有兩個重要的時間d1、d2。這兩個時間影響整個換刀過程。d1=30ms,d2=60ms.假如預定位電磁鐵吸合或者刀架電機反向的時間不能保證刀架限制時序的要求，可能導致刀架不能鎖緊，影響這兩個時間的因素有PLC的掃描周期，繼電器或接觸器的滯后時間。對于此類高速刀架，PLC的掃描周期時間在應可能短，可通過數(shù)控系統(tǒng)的配置參數(shù)調(diào)整PLC的掃描周期時間。一般PLC掃描時間在12ms左右就可以滿足對此類刀架限制時序的要求。另外應削減限制回路中滯后的中間環(huán)節(jié)，如刀架電機的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)不應在PLC數(shù)字輸出和接觸器之間通過繼電器接力限制，應接受24V直流接觸器干脆限制，見圖（4-4）支流接觸器干脆限制刀架電機。這樣才能保證預定位電磁鐵的動作時間和刀架正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)的切換時間。圖4-4支流接觸器干脆限制刀架電機2）、按就近找刀的原則確定換刀方向在PLC應用程序中的一項任務是推斷刀架的旋轉(zhuǎn)方向。當數(shù)控系統(tǒng)通過信號接口發(fā)出換刀指令后，PLC應用程序要依據(jù)當前的實際刀位來確定就近找刀方向。圖（4-5）刀架旋轉(zhuǎn)方向的確定，中的換刀實例說明白就近找刀方向的推斷過程。由此推倒出確定就近換刀方向的判據(jù)。圖4-5刀位差D差=D目標-D當前3）、PLC應用程序的柔性化所謂PLC程序的柔性化是指同一個PLC應用程序可以適應不同的變更，假如限制時序相同，但刀位數(shù)不同的刀架。這里再次提出了應用PLC參數(shù)的問題。PLC參數(shù)是數(shù)控系統(tǒng)為機床制造廠供應的開放平臺之一。利用PLC參數(shù)可以定義刀架最大刀位數(shù)，定義換刀的監(jiān)控時間。刀架限制PLC子程序調(diào)用，是一個PLC子程序的實例，其中刀架的最大刀位數(shù)和監(jiān)控時間運用了PLC參數(shù)。同樣必需定義PLC參數(shù)的單位和取值范圍，而且在PLC應用程序中對取值范圍進行限制。PLC限制電動刀架隨著電氣技術的飛速發(fā)展，PLC限制技術廣泛的應用各個領域的工業(yè)限制，通過用戶程序限制生產(chǎn)工藝過程，具有較高的穩(wěn)定性和牢靠性，較強的實時處理實力，運用簡潔維護便利。溝通伺服以獨特的定位精度和調(diào)速方式，在各工業(yè)領域也得到了廣泛的應用，而在機床的應用則更具有代表性。數(shù)控車床自動換刀PLC限制數(shù)控車床中電動刀架上夾持各種不同用途的刀具，通過旋轉(zhuǎn)分度定位來實現(xiàn)機床的換刀動作。下面以電動刀架BWD40-1為例，分析數(shù)控車床自動換刀的PLC限制過程。電動刀架為六工位，接受蝸桿蝸輪傳動，刀架電動機正轉(zhuǎn)實現(xiàn)刀架松開并進行分度，反轉(zhuǎn)進行鎖緊并定位。電動機的正反轉(zhuǎn)由接觸器KM6、KM7限制，刀架的松開和鎖緊靠微動行程開關SQ1進行檢測，刀架的分度由刀架電動機后端的角度編碼器進行檢測。詳細限制電路如圖5-1所示。圖5-1數(shù)控車床電動刀架電氣限制線路1.電氣設計要求1)機床接收到換刀指令(程序的T碼指令)后，刀架電動機正轉(zhuǎn)進行松開并分度限制，分度過程中要有轉(zhuǎn)位時間的檢測，檢測時間設定為10s，每次分度時間超過10s系統(tǒng)就發(fā)出分度故障報警。2)刀架分度并到位后，通過電動機反轉(zhuǎn)進行鎖緊和定位限制，為了防止反轉(zhuǎn)時間過長導致電動機過熱，要求電動機反轉(zhuǎn)限制時間不得超過0.7s。3)電動機正反轉(zhuǎn)限制過程中，還要求有正轉(zhuǎn)停止延時時間限制和反轉(zhuǎn)起先的延時時間限制。4)自動換刀指令執(zhí)行后，要進行刀架鎖緊到位信號的檢測，只有檢測到該信號，才能完成T代碼功能。5)自動換刀過程中，要求有電動機過載、短路及溫度過高愛惜，并有相應的報警信息顯示。自動運行中，程序的T代碼錯誤(T=0或T>7)時相應有報警信息顯示。2.電動刀架PLC限制圖5-2為某數(shù)控車床電動刀架PLC限制梯形圖，圖中的X2.1、X2.2、X2.3為角度編碼器的實際刀號檢測輸入信號地址，X2.6為角度編碼器位置選通輸入信號(每次轉(zhuǎn)到位就接通)地址，通過常數(shù)定義指令(NUME)把刀架當前實際位置的刀號寫入到地址D302中。通過判別一樣指令(COIN)把當前位置的刀號(D302中的數(shù)值)和程序的T碼選刀刀號(F26中的數(shù)值)進行判別，假如兩個數(shù)值相同，則T碼幫助功能結束(說明程序要的刀號和當前實際刀號一樣)；假如兩個數(shù)值不相同，則進行R1.1的分度限制。通過判別指令(COIN)和比較指令(COMP)和數(shù)字0和數(shù)字7進行比較，假如程序指令的T碼為0或大于等于7時，系統(tǒng)要有T代碼錯誤報警信息顯示，同時停止刀架分度指令的輸出。當程序指令的T碼和刀架實際刀號不一樣時，系統(tǒng)發(fā)出刀架分度指令(繼電器R0.3為“1”)，刀架電動機正轉(zhuǎn)(輸入繼電器Y2.4為“1”)，通過蝸桿蝸輪傳動松開鎖緊凸輪，凸輪帶動刀盤轉(zhuǎn)位，同時角度編碼器發(fā)出轉(zhuǎn)位信號(X2.1、X2.2、X2.3)，當?shù)都苻D(zhuǎn)到換刀位置，系統(tǒng)判別一樣指令(COIN)信號R0.0為“1”，發(fā)出刀架分度到位信號(繼電器R0.4為“1”)，刀架電動機經(jīng)過定時器01的延時(定時器TMR01為50ms)后，切斷刀架電動機正轉(zhuǎn)輸出信號Y2.4，同時接通反轉(zhuǎn)運行起先定時器02，經(jīng)過延時后，系統(tǒng)發(fā)出刀圖5-2電動刀架限制梯形圖架電動機反轉(zhuǎn)輸出信號Y2.5，電動機起先反轉(zhuǎn)，進行定位，鎖緊凸輪進行鎖緊并發(fā)出刀架鎖緊到位信號(X2.5)，經(jīng)過反轉(zhuǎn)停止延時定時器03的延時(定時器TMR03設定為0.6s)后，發(fā)出電動機反轉(zhuǎn)停止信號(R0.7為“1”)，切斷刀架電動機反轉(zhuǎn)運轉(zhuǎn)輸出信號Y2.5。通過刀架鎖緊到位信號X2.5接通T幫助功能完成指令(R1.1為“1”)，系統(tǒng)幫助功能結束指令信號G4.3為“1”，切斷刀架分度指令R0.3，從而完成換刀的自動圖5-2電動刀架限制梯形圖參考資料《數(shù)控機床電器限制技術》中國林業(yè)出版社主編朱自勤《機床數(shù)控改造設計和實例》機械工業(yè)出版社主編余英《數(shù)控車床設計》電子出版社主編陳嬋娟《可編程限制器原理和應用》機械工業(yè)出版社主編王衛(wèi)兵《數(shù)控機床調(diào)