数控车床刀架设计（含全套CAD图纸）

买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 常州机电职业技术学院 毕业设计（论文） 作 者： 相晨 学 号： 11260245 系 部： 电气工程系 专 业： 数控设备应用与维护 题 目： 数控车床刀架设计 校内指导教师： 企业指导教师 评阅者： 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 3 引言 随着数控车床的发展，数控刀架开始向快速换刀、电液组合驱动和伺服驱动方向发展。 目前国内数控刀架以电动为主，分为立式和卧式两种。立式刀架有四、六工位两种形式，主要用于简易数控车床；卧式刀架有八、十、十二等工位，可正、反方向旋转，就近选刀，用于全功能数控车床。另外卧式刀架还有液动刀架和伺服驱动刀架。 数控机床上的刀架是安 放刀具的重要部件，许多刀架还直接参与切削工作，如卧式车床上的四方刀架，转塔车床的转塔刀架，回轮式转塔车床的回轮刀架，自动车床的转塔刀架和天平刀架等。这些刀架既安放刀具，而且还直接参与切削，承受极大的切削力作用，所以它往往成为工艺系统中的较薄弱环节。随着自动化技术的发展，机床的刀架也有了许多变化，特别是数控车床上采用电 (液 )换位的自动刀架，有的还使用两个回转刀盘。加工中心则进一步采用了刀库和换刀机械手，定现了大容量存储刀具和自动交换刀具的功能，这种刀库安放刀具的数量从几十把到上百把，自动交换刀具的时间从十几秒 减少到几秒甚至零点几秒。因此，刀架的性能和结构往往直接影响到机床的切削性能、切削效率和体现了机床的设计和制造技术水平。 关键词： 刀架类型 刀架特点 各种类型刀架的操作方法 梯形图 刀架故障与维修 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 4 目录 第一章 引言 2 第二章 数控车床的刀架类型与作用 4 关概述 4 架的类型分类 5 类型刀架的作用 7 第三章 回转刀架 8 转刀架的结构 8 械系统 9 制系统 10 转刀架采用的转位、定位方法 10 转刀架采用液压缸转位和定位销定位的方式 10 转刀架采用电动机带动离合器的定位方式 12 种定位方式的差别 12 方刀架结构简述 12 方刀架的工作原理 14 控刀架的系统设计 15 动链的设计 15 气控制的设计 16 紧定位机构设计 16 架的电气控制 17 控车床主回路分析 17 控车床电源电路分析 18 控车床控制电路 19 轴电动机的控制 19 架电动机的控制 20 却泵电动机控制 20 方刀架的安装、调试 23 他刀架简介 26 第四章 刀架常规故障诊断与维修 27 控车床四方电动刀架电气故障举例分析 27 结论 34 致谢 35 参考文献 37 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 5 第二章 述 当今社会，数控技术应用渐渐成熟起 来， 数控车床、车削中心，是一种高精度、高效率的自动化机床。配备了多工位刀塔或动力刀塔，机床就有了广泛地加工艺性能，可加工直线圆柱、斜线圆柱、圆弧以及各种螺纹、槽、蜗杆等复杂工件，具有直线插补、圆弧插补各种补偿功能，并在复杂零件的批量生产中发挥了良好的经济效果。数控车床以加工精度高，自动化程度高，生产效率高逐渐融入到了生活中。而数控刀架也向两种方向发展：一是高速，可靠，追求的目标是时间尽量短，以换取车削中心和加工中心的高效性；二是简单实用，造价低，使用可靠，但换刀速度不快这两种方向发展，各有自己的利弊。 数控 刀架的基本设计是以 （ 1） 换到时间短，以减少加工时间。 （ 2） 减少换刀动作对加工范围的干扰。 （ 3） 刀具的重复定位精度高。 （ 4） 识刀，选刀可靠，换刀动作简单可靠。 （ 5） 刀库刀具储存量合理。 （ 6） 刀库占地面积小，并能和主机配合，使机床外观协调美观。 （ 7） 刀具卸载，调整，维修方便，并能得到清洁的维护。 这些方面为基本要求，使得机床的利益最大化，减少一些不必要的损失。 如今，对于中国而言，已成为制造业大国，但还不是制造业强国。我们要从制造业大国走向制造业强国，必须大力发展以数控技术为主的先进制造技术。现在大多数企业为了经济实惠，将企业 里普通机床该装为经济的数控机床如普通车床该为经济数控车床。然而操作者就需要具备一 定的数控技术知识。 有关人士指出，数控机床附件及其配套功能部件是我国机床工具制造业 “ 十五 ” 计 划 重 点 发 展的产品。虽然我国数控机床附件的研制由无到有，取得了显著成绩，但与国外先进水平相 比还是有一定差距的。为确保国产数买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 6 控机床的大发展，就必须把数控机床附件尽快搞上去。为此他们建议国家有关部门，尽快制定有关鼓励、扶持国产数控机床附件发展的相关政策， 加大对数控机床附件行业科研和技改投入，使国产数控机床附件行业有一个大发展。 经济 数控车床主要采用回转刀架。在操作过程中需了解刀架的安装、调试的基本知识，以便 在出现故障后有一定解决故障的能力。所以（ 1）以 ，着重分析四方刀架的电气控制原理图；（ 2）以 列电动刀架为例分析了刀架的安 装、调试； （ 3） 例举了一些常见刀架故障的排除方法；对操作者在操作过程中遇见的刀架故障有所帮助，他们在遇见故障后有及时解决现场问题的能力。 控车床刀架的类型分类 刀架是数控车床非常重要的部件。数控车床根据其功能，刀架上可安装的刀具数量 般为 8 把、 10 把、 12 把或 16 把，有些数控车床可以安装更多的刀具。 刀架的结构形式一般为回转式，刀具沿圆周方向安装在刀架上，可以安装径向车刀、轴向车刀、钻头、镗刀。车削加工中心还可安装轴向铣刀、径向铣刀。少数数控车床的刀架为直排式，刀具沿一条直线安装。按照不同的分法，我们可以把刀架分成不同的种类。 我们按照刀架旋转轴向的不同，分成立式和卧式两大类。刀架有好多样子，其中最为常见的就是四方刀架，除此之外还有转塔刀架，分度台刀架，电动刀架，回转刀架，排刀架等。立式刀架基本上用于经济型数控车床上，大多都是四工位，而卧式刀架一般用于中 高档数控机床上，多为斜轨。 我们还可以按照驱动方式的不同分成电动和液压驱动两种，液压驱动多用于卧式刀架。来说二者驱动的区别，主要区别在于定位方式的不同和驱动方式的不同。驱动方式的不同，再简单不过，一种是电带动的，而另一种是液压带动。数控机床的电动刀架，上、下刀体之间设有偏心支撑轴，电机设置在上刀体的上部，买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 7 减速机构的输出轴连接有传动轴，传动轴的外部啮合有凸轮，凸轮的下方设有与偏心支撑轴动配合的反靠盘，反靠盘的外周固定有齿面向下的上齿盘，下刀体上固定有齿面向上的下内齿盘，下内齿盘的外周设有固定在上刀体上且 齿面向上的下外齿盘，上齿盘、下外齿盘与上刀体之间由销轴连接。实用新型换刀时，上刀体毋需抬起，并用凸轮锁紧和三齿盘 定位 ，所以换刀速度快，刀架夹紧力大、定位 精度 高。本实用新型的电机设置在刀架内，对刀架和机床的尾架无干扰。此外，刀架与机床的电连接采用插头插座方式，安装方便。 一 排式刀架一般用于小规格数控车床，以加工棒料或盘类零件为主。其结构形式为： 如图示： 夹着不同 种类 刀具的刀夹沿着机床的 X 坐标轴方向排列在滑板上。这种刀架在刀具 放置 和机床调整等方面都 十分方便 ，可以根据具体 车削工艺上个各种要求 ，任意组合各种不同用途的刀具，一把刀具完成车削 进给后，横向滑板只要按程序沿 X 轴移动预先设定的 位置后 ，第二把刀就 运动到 加工位置， 就要就算完成了一次换刀动作 。 这种换刀方式迅速省时，有利于提高机床的生产效率。 二 . 回转刀架 如图， 回转刀架是数控车床最常用的一种换刀刀架，一般通过液压系统或电气来实现机床的自动换刀动作，根据加工要求可设计成四方、六方刀架或圆盘式买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 8 刀架，并相应地安装 4 把、 6 把或更多的刀具。回转刀架的换刀动作可分为刀架抬起、刀架转位和刀架锁紧等几个步骤。它的动作是由数控系统发出指令完成的。回转刀架根据刀架回转轴与安装底面的相对位置，分为立式刀架和卧式刀架两种。 三 上述排刀式刀架和回转刀架所安装的刀具都不可能太多，即使是装备两个刀架，对刀具的数目也有一定限制。当由于某种原因需要数量较多的刀具时，应采用带刀库的自动换刀装置。带刀库的自动换刀装置由刀库和刀具交换机构组成。左图为上海胜颉精密机械有限公司生产供应圣杰刀库。 控刀架的作用 刀架作为数控车床的重要配件，在机床运行工作中起着至关重要的作用，一旦出现故障很可能导致工件报废，甚至造成卡盘与刀架碰撞的事故。导致工期拖长带来巨大的经济损失。它是车床的支撑部件之一，其中起支撑、刀具装夹作用；同时它也是进给系统的一部分。最重要的是在工件加工过程中还提供切削力、定位精度。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 9 第三章 回转刀架 转刀架的结构要求 图 1 卧式回转刀架 图 1 立式回转刀架 回转刀架在结构上要求要有良好的强度和刚度，以承受粗加工时巨大的切削力。由于车削加工精度一部分取决于刀尖位置，对于数控车床来说，加工过程中刀具位置不进行人工调整，因此更有必要选择可靠的定位方案和合理的定位结构，以保证回转刀架在每次转位之后，具有尽可能高的重复定位精度（ 数控刀架换刀原理大致一致，先以数控车床四工位刀架为例对换刀过程就行介绍。数控刀架换刀过程如下图 所示，在接到换刀命令后，检测装置会检测刀具是否在工位上，如果在将结束命令，如果没有，将转动电机，驱动刀架旋转到到下一个工位上，并检测，如果还没有，再转动电机，直到到工位上，再延迟相对时间，锁紧刀架，结束换刀命令。此系统采用闭环系统，相比开环系统，闭环具有反馈条件功能，进行进一步调节，因此其精度更加高。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 10 数控刀架的机械系统总体来说分为三部分：减速传动机构；定位机构；刀架抬起机构。减速传动机构：由于三相异步电动机因转速太快，不能用来直接驱动刀架进行换刀，必须经过适当的减速机构 来得到一个合适的速度。由于刀架结构紧凑，传动比要求大，因此通常采用蜗杆副，同时蜗杆副能保证传动精度和平稳性，并且具有自锁功能。定位机构：由于刀具直接安装在上刀体上，所以上刀体要承受全部的切削力，其锁紧与定位的 精度将直接影响工件的加工精度。本设计上刀体的锁紧与定位机构选用端面齿盘，将上刀体和下刀体的 配合面加工成梯形端面齿。当刀架处于锁紧状态时，上下端面齿相互咬合，这时上刀体不能绕刀架的中心轴转动；换刀时电动机正传，抬起机构使上刀体抬起，等上下端面齿脱开后，上刀体才可以绕刀架中心轴转动，完成转位动作。刀架抬 起机构：要想使上，下刀体的 两个端面齿脱离，就必须设计合适的机构使上刀体抬起。本设计选用螺杆 上刀体内部加工出内螺纹，当电动机通过蜗杆 为螺母的上刀体要么转动，要么上下移动。当刀架处于锁紧状态时，上刀体与下刀体的端面齿相互咬合，因为这时上刀体不能与螺杆一起转动，所以螺杆的转动会使上刀体向上移动。当端面齿脱离咬合时，上刀体就与螺杆一同转动。 设计螺杆时要求选择适当的螺距，以便当螺杆转动一定角度时，使得上刀体与下刀体的端面齿能够完全脱离买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 11 咬合状态。 数控刀架的控制主要是通过传感器将各种信号收集到并反馈给机床中央单元，数控单元根据反馈信号再指挥执行机构，因此数控刀架的控制系统主要组成为：传感器、信号转换（ A/D,D/A）、信号传输单元。数控刀架的传感器主要为：霍尔开关控制器，它利用了电磁原理避免了机械接触，减少了磨损，因此延长了使用寿命。信号转换：由于传感器采集的信号为模拟信号，而中央单元是数字信号，因此为了实现数控刀架与机床中央单元的沟通，因此必须采用信号转换器，它将传感器采集的模拟信号转换为数字信号后，传送给中央单元，同时也将中央单元传来的数字信号 转换为模拟信号后，传送给数控刀架执行机构。 转刀架采用的转位、定位方法 回转刀架除了采用液压缸转位和定位销定位之外，还可以采用电动机带动离合器定位的方法，以及其他转位和定位机构。 数控机床使用的回转刀架是最简单的自动换刀装置，有四方刀架、六角刀架，即在其上装有四把、六把或更多的刀具。 回转刀架必须具有良好的强度和刚度，以承受粗加工的切削力：同时要保证回转刀架在每次转位的重复定位精度。 （ 1）回转刀架采用液压缸转位和定位销定位的方式 下 图为 数控车床六角回转刀架，它适用于盘类零件的加工。在加工轴类零件时，可以用四方回转刀架。由于两者底部安装尺寸相同，更换刀架十分方便。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 12 数控车床六角回转刀架 1活塞 2刀架体 3、 7齿轮 4齿圈 5空套齿轮 6活塞 8齿条 9固定插销 10、 11推杆 12触头 回转刀架的全部动 作由液压系统通过电磁换向阀和顺序阀进行控制，它的动作分为 4 个步骤： (1)刀架抬起 当数控装置发出换刀指令后，压力油由 a 孔进入压紧液压缸的下腔，活塞 1 上升，刀架体 2 抬起，使定位用的活动插销 10 与固定插销 9 脱开。同时，活塞杆下端的端齿离合器与空套齿轮 5 结合。 (2)刀架转位 当刀架抬起后，压力油从 c 孔进入转位液压缸左腔，活塞 6 向右移动，通过联接板带动齿条 8 移动，使空套齿轮 5 作逆时针方向转动。通过端齿离合器使刀架转过 60。活塞的行程应等于齿轮 5 分度圆周长的 1/6，并由限位开关控制。 (3)刀架压紧 刀架转位之后，压力油从 b 孔进入压紧液压缸上腔，活塞 1 带动刀架体 2 下降。齿轮 3 的底盘上精确地安装有 6 个带斜楔的圆柱固定插销 9，利用活动插销 10 消除定位销与孔之间的间隙，实现反靠定位。刀架体 2 下降时，定位活动插销 10 与另一个固定插销 9 卡紧，同时齿轮 3 与齿圈 4 的锥面接触，刀架在新的位置定位并夹紧。这时，端齿离合器与空套齿轮 5 脱开。 (4)转位液压缸复位 刀架压紧之后，压力油从 d 孔进入转位液压缸的右腔，活塞 6 带动齿条复位，由于此时端齿离合器已脱开，齿条带动齿轮 3 在轴上空转。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 13 如果定位和夹紧动作正常，推杆 11 与相应 的触头 12 接触，发出信号表示换刀过程已经结束，可以继续进行切削加工。 （ 2） 回转刀架采用电动机带动离合器定位 如下图（ a）所示为螺母升降转位刀架，电动机经弹簧安全离合器到蜗轮副带动螺母旋转，螺母举起刀架使上齿盘与下齿盘分离，随即带动刀架旋转到位，然后给系统发信号螺母反转锁紧。 （ 3）两种定位方式的 区别 离合器是应用电磁效应接通或切断运动的元件，便于实现自动操作。它是通过若干个安装在各传动轴上的离合器的吸合和分离的不同组合来改变齿轮的传动路线，实现主轴的变速。 液压缸是通 过改变不同的通油方式可以使三联齿轮获得三个不同的变速位置。它必须在主轴停车之后才能进行，但停车时拨动滑移齿轮啮合又可能出现“顶齿”现象。它增加了数控机床液压系统的复杂性，而且必须将数控装置送来的信号先转换成电磁阀的机械动作，然后再将压力油分配到相应的液压缸，因而增加了变速的中间环节，带来了更多的不可靠因素。 方刀架的结构 四方刀架是回转刀架的一种，它的外形是四方形的，同时具有四个刀位。在买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 14 加工零件时可以根据加工要求的不同可以同时一次性装四把刀，所以叫它四方刀架。 如下图 8示立 式四方刀架结构。它是采用蜗轮蜗杆传动，三齿盘啮合螺杆锁紧的工作原理。具体工作程序；当主机系统发出转位信号后，刀架电机转动，电机带动蜗杆 19 转动，蜗杆 19 带动蜗轮 2 转动，蜗轮 2 与蜗杆 19 用键联接，螺杆 9 的转动把夹紧轮 14 往上抬，从而使三齿圈（内齿圈、外齿圈和夹紧齿圈）都松开，这时离合销进入离合盘 16 的槽内，反靠销 26 同时脱离反靠盘10 的槽子，上刀体 15 开始转动，当刀体 15 转到对应的刀位时，磁钢 22 与发讯盘 24 上的霍尔元件相对应，发出到位信号。系统收到信号后发出电机反转延时信号，电机反转，上刀体 15 稍有反转，反 靠销 26 进入反靠盘 10 的槽子实行初定位，离合销 25 脱离离合盘 16 的槽子，夹紧轮 14 往下压紧内外齿圈直至锁紧，延时结束。主机系统指令下一道程序。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 15 方刀架工作原理 如下图（ a）所示为 回转刀架的工作原理为机械螺母升降转位式 刀架，电动机经弹簧安全离合器到蜗轮副带动螺母旋转，螺母举起刀架使上齿盘与下齿盘分离，随即带动刀架旋转到位，然后给系统发信号螺母反转锁紧。 工作过程可分为刀架抬起、刀架转位、刀架定位并压紧等几个步骤。图 螺旋升降式四方 刀架，其工作过程如下： 刀架抬起 当数控系统发出换刀指令后 , 通过接口电路使电机正转 , 经传动装置 2、驱动蜗杆蜗轮机构 1、蜗轮带动丝杆螺母机构 8 逆时针旋转 ,此时由于齿盘 4、 5 处于啮合状态，在丝杆螺母机构 8 转动时，使上刀架体产生向上的轴向力将齿盘松开并抬起 ,直至两定位齿盘 4、 5 脱离啮合状态 ,从而带动上刀架和齿盘产生 “上台 ”动作。 刀架转位 当圆套 9 逆时针转过 150时，齿盘 4、 5 完全脱开，此时销钉准确进入圆套 9 中的凹槽中，带动刀架体转位。 刀架定位 当上刀架转到需要到位 后（旋转 90、 180或 270），数控装置发出的换刀指令使霍尔开关 10 中的某一个选通 ,当磁性板 11 与被选通的霍尔开关对齐后 ,霍尔开关反馈信号使电机反转 ,插销 7 在弹簧力作用下进入反靠盘 6地槽中进行粗定位，上刀架体停止转动，电机继续反转，使其在该位置落下，通过螺母丝杆机构 8 使上刀架移到齿盘 4、 5 重新啮合 , 实现精确定位。 刀架压紧 刀架精确定位后，电机及许反转，夹紧刀架，当两齿盘增加到一定夹紧力时， 电机由数控装置停止反转，防止电机不停反转而过载毁坏，从而完成一次换刀过程。 经传动装置 2 驱动蜗杆蜗轮机构 1 螺母机构 8 齿盘 4、 5 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 16 控刀架的系统设计 将从传动链、锁紧、电气部分对数控刀架进行设计，以六方为例。由于驱动刀架换刀的速度很低，而驱动电机的转速很高，因此必须经过传动机构，对其速度进行调整，调整到一个合理的状态时，再驱动刀具。本章以数控车床转盘式刀架为例，进行传动设计，通常数控刀架的传动系统有很多种，如图 3 图 3 1）传动链的设计 刀架的结构空间比较小，且要求传动比的很高，因此传动链中采用蜗杆涡轮传动，其传动链布置图如 图。其传动过程为：电机 蜗轮蜗杆 离合器 刀架。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 17 （ 2）锁紧定位机构设计 刀架的定位锁紧机构采用端齿盘，如果 3齿盘具有自动定心功能的机密定位元件，广泛用于加工中心、数控机床。其实际上相当于一对齿数相同的离合器，其啮合过程与离合器相似。根据齿形可以分为直齿和弧齿两种，直齿结构简单，加工方便，弧齿性能良好，允许一定的角位移，但是加工复杂，结合实际情况选取弧齿。 图 3 3）电气控制部分 数控刀架的电气控制部分主要包括接受电路和发送电路 ，如图 3受电路：转盘上有 6 只霍尔开关，转位时，磁铁对准某一个霍尔开关引起电位变化，再经过 6 只光耦合处理，经过光电隔离信号送给 I/0 接口芯片 8255。霍尔元件是一种磁敏感元件，当具有磁性的物体接近霍尔元件时，其内部产生霍尔效应使内部电位发生变化，由此来识别磁性物体。再得到换刀信号后，霍尔开关接通，通过功放电路后，驱动刀架，刀架抬起，转过一个工位，再检查是否为所需要刀位，若是，换刀结束，否则继续重复上面的动作，直至所需到位。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 18 图 3架的电气控制 （ 1） 控车床主 回路分析 2 是 控车床电气控制中的 380V 强电回路。 图 8 2 中 电源总开关。 别为主轴强电、伺服买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 19 强电、冷却电动机、刀架电动机的空气开关 ,它们的作用是接通电源及短路、过流时起保护作用；其中 辅助触头 ,该触点输入到 为 并且这两个空开的保护电流为可调的 ,可根据电动机的额定电流来调节空开的设定值 ,起到过流保护作用 。 别为主轴电动机、伺服电动机、冷却电动机交流接触器 ,由它们的主触点控制相应电动机； 用于控制刀架的正反转。 三相伺服变压器 ,将交流 380V 变为交流 200V,供给伺服电源模块。 阻容吸收 ,当相应的电路断开后 ,吸收伺服电源模块、冷却电动机、刀架电动机中的能量 ,避免产生过电压而损坏器件。 2电源电路分析 图 8 3为 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 20 图 8 3中 初级为 级为 中 作灯提供电源； 源模块、4将 给世纪星数控系统、 输出、 24服模块、电源模块、吊挂风扇提供电源； （ 1） 主轴电动机的控制 图 8 4、图 别为交流控制回路图。 在图 8 2中 ,先将 在图 8 5中 ,当机床未压限位开关、伺服未报警、急停未压下、主轴未报警时 ,继电器触点吸合 ,并且 出点 继电器触点吸合 ,在图 8 4中 ,交流接触器触点吸合 ,在图 8主轴变频 器加上 有主轴正转或主轴反转及主轴转速指令时 (手动或自动 ),在图 8 5中 ,11有效、主轴转速指令输出对应于主轴转速的直流电压值 (O 主轴变频器上 ,主轴按指令值的转速正转或反转；当主轴速度到达指令值时 ,主轴变频器输出主轴速度买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 21 到达信号给 轴转动指令完成。主轴的启动时间、制动时间由主轴变频器内部参数设定。 (2)刀架电动机的控制 当有手动换刀或自动换刀指令时 ,经过系统处理转变为刀位信号 ,这时在图8 5中 ,06有效 ,继电器触点闭合 ,在图 8 4中 ,交流接触器主触点吸合 ,刀架电动机正转；当 入点检测到指令刀具所对应的刀位信号时 ,06有效撤销 ,刀架电动机正转停止；接着07有效 ,继电器触点闭合 ,在图 8 4中 交流接触器主触点吸合 ,刀架电动机反转 ,延时一定时间后（该时间由参数设定 ,并根据现场情况作调整 ,07有效销 ,刀架电动机反转停止 ,换刀过程完成。为 了防止电源短路和电气互锁 ,在刀架电动机正转继电器线圈、接触器线圈回路中串入了反转继电器、接触器常闭触点 ,反转继电器、接触器线圈回路中串入了正转继电器、接触器常闭触点。请注意 ,刀架转位选刀只能一个方向转动 ,取刀架电动机正转。刀架电动机反转时 ,刀架锁紧定位。 （ 3）冷却泵电动机控制 当有手动或自动冷却指令时 ,这时在图 8 4 中 出 效 ,电器线圈通电 ,继电器触点闭合 ,在图 8 4 中 流接触器线圈通电 ,交流接触器主触点吸合 ,冷却电动机旋转 ,带动冷却泵工作。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 22 图 8 4 交流控制电路 8 5 直流控制电路（ 出） 图中各器件的作用如下： 序 号 名 称 含 义 1 刀架电动机 2 刀架电动机带过载保护的电源空开 3 刀架电动机正、反转控制交流接触器 4 由急停控制的中间继电器 5 刀架电动机正、反转控制中间继电器 6 4 刀位检测霍尔开关 7 手动刀位选择按钮 8 手动换刀启动按钮 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 23 9 三相灭弧器 10 单相灭弧器 自动刀架控制涉及到的 I/O 信号如下： 入信号： 架电动机过热报警输入； 14 号刀到位信号输入； 动刀位选择按钮信号输入； 动换刀启动按钮信号输入； 出信号： 架正转继电器控制输出； 架反转继电器控制输出。 我们现在已经清楚了刀架控制的 I/O 信号，下面我们结合这些信号来分析一下换刀过程，刀架换刀有两种模式，一种是手动换刀，一种是通过 T 指令进行自动换刀。 1、 首先我们将机床调至手动状态，通过刀位选择按键进行目的刀位选择，有的系统是利用波段开关的形式进行实现，有的系统是利用记数的形式来实现，比如说通过检测刀 位选择信号（ 状态，如果按下刀位选择按键， 状态应该会改变一次，计数器的数值会发生改变，系统选择的目的刀具也会发生买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 24 相应的改变。 2、 选择目的刀具完成以后，下面就是将机床刀架的当前刀位转换到目的刀位。我们按下刀位转换按键 后。这时系统 出一个刀架正转信号 合； 合，这是刀架电机开始正向旋转，刀架开始正转。 3、刀架在正向旋转的过程中不停的对刀位输入信号进行检测，如图 3 所示，每把刀具各有一个霍尔位置检测开关。各刀具按顺序依次经过发磁体位置产生相应的刀位信号。 方刀架的安装与调试 刀架的电气部分分强电和弱电两部分， 强电部分由三相电源驱动三相交流异步电动机正反旋转从而实现刀架的松开、转位、锁紧等动作；弱电部分主要由位置传感器 发讯盘采用霍尔传感器发讯。 电动刀架一般有四工位或六工位，由电动机、机械换刀机构、发讯盘等组成，当系统发出换刀信号，刀架电机正转，通过减速机构和升降机构将上刀体上升至一定位置，离合盘起作用，带动上刀体旋转到所选择刀位，发讯盘发出 刀位到位信号，刀架电机反转，完成初定位后上刀体下降，齿牙盘啮合，完成精确定位，并通过升降机构锁紧刀架。 1、刀架的控制原理 如上图所示，当手动或自动状态下执行换刀指令时，微机接口输出一组换刀信号（ +24 V），使刀架控制箱的直流继电器 合，把三相正相序交流电送给刀架电机，电机正转并通过减速机构带动刀架上升转位，旋转到所选刀位。到位后发讯盘发出刀架到位信号，微机得到信号后撤除换刀信号， 电释放，电机停止正转。微机输出另一组 +24V 电压给刀架控制箱，使另一个直流继电器 机得到反相序交流 电，电机反转，刀架上刀体下降并固紧，霍尔元件向微机发出回答信号，微机得到回答信号后开始执行下道工序。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 25 2、刀架正反转控制 如下图所示，当时间继电器 圈得电时， 助触点闭合，电机正转即刀架正转； 当时间继电器 圈得电时， 助触点闭合，电机反转即刀架反转。 3 刀架的安装 刀架的安装一般分为两部分： 1 机械安装 2 电气安装 继电器板 架正转 1 1 2 继电器板 架反转 1 1 2 +7 9 13 114 220A 220B +文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 26 （ 1） 机械安装 一般机械安装是指刀架的上刀体、下刀体、电机、发讯盘等组合。它一般在厂家出厂时就安装、调试好的， 无需使用者在安装。使用者只需将其放置平稳、安全的地方将其固定即可。 （ 2） 电气安装 电气安装一般分为： 1 强电电路 2 控制电路 （ 1） 强电电路 所谓的强电电路就是采用 380V 三相制的交流电。它是用来控制电机的正、反转。其中用到得一个重要的电气元件交流接触器，它主要是频繁的接通电路，从而控制电机的正、反转。其电路的连接主要是将刀架的电源线与车床的电源相连接。 注意：在接电源的时候，要将相序一一对应。不要将相序接反。 （ 2） 控制电路 所谓控制电路就是一个有顺序的逻辑控制。简单的说就是一种开关量的控制，它是通过中间继电器来控制接 触器的线圈，从而控制电机的正、反转。其电路的连接需通过具体的电路图来进行电路的连接。 他刀架类型 除了上文叙述的几种刀架，这里再说些不常见的刀架类型。 平口钳也就是通称的虎钳，是一种通用夹具，其工作原理是：丝杠螺母带动活动钳身，到达夹紧与松开的。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 27 图 4机夹式刀架势采用机械夹持方法将刀具固定在刀架上，这样避免了焊接刀具产生的裂纹，提供了刀架的耐用度，只需更换刀片即可，同时避免了焊接产生高温引起的裂纹，提供了刀片的使用寿命。从固定方式上可分为： 上压式、侧压式、切屑力固定式。上压式采用螺栓压紧压板，再加刀片压紧。测压式是利用刀片本身的斜面，固定在刀架的楔块里，切屑力式固定利用切屑力将刀片固定在斜槽中，结构简单，使用方便，无冲击振动。 图 4文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 28 转盘式刀库又称为圆盘式刀库，在每个刀为上有编号，从一开始到24 或者其他，这些便是刀片的地址，当转到指定的位置时，通过换刀机构 (机械手 )将其装在主轴上。 第四章 刀架常规故障诊断与维修 控车床四方电动刀架电气故障分析 数控机床的安装、调试是指机床 由制造厂经运输商运送到用户，安装到车间工作场地后，经过检查、调试直到机床能正常运转，投入使用等一系列的工作过程。数控机床属于高精度自动化的机床，所以安装、调试时必须严格按照机床制造商提供的使用说明书及有关的标准进行。机床安装、调试效果直接影响到机床的正常使用和效果。然而刀架也是机床的一重要组成部分，它的安装、调试也直接影响机床的使用寿命。同时在安装、调试过程中也会出现各种各样的故障，这也就要求我们需要具备一些解决常见故障的能力。 随着 电子技 术 和 自动化 技术 的高速 发 展 ， 数 控 技 术 的应用 越来 越广泛 。以微 处理 器 为基 础 ， 以 大 规模 集成 电路 为标 志 的数控设备 ， 给机 械制 造业 的 发 展创造 了条件 ， 并带 来 了很大 的效 益 。数 控 机床 是一 种高 投入 的高效 自动 化机床 ， 加 工柔 性好 、 精度 高 ， 由于其投 资比普通机床高得多 。 因此降低数控 机 床故 障率 ， 缩短 故 障修 复时 间提高 机 床 利用 率是 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 29 十分重要 的工作 。但 由于技术 越来越 先进 、 复杂 ， 对 维修 人员 的素 质要 求很 高 ， 要求 他们 具 有较 深 的专 业 知识 和丰 富 的维 修 经验 ， 这样 才 能及 时排 除 数 控 机床 出现 的故 障 。在 日常故 障中 ， 我们 经 常遇 见 的 是 刀架 类 、 主轴 类 、 螺 纹 加工 类 、 系 统显 示 类 、 驱 动 类 、 通 信类 等故 障 。而刀架 故 障在其 中 占有 很 大 比 例 。在这 里 ，以采用 统 的 140 数控车床为例 ， 介绍 一下日常工作中遇见的四工位电动刀架各类故障及相应地解决方法 。 一、 基础知识 电动刀架的电气控制分强电和弱电两部分， 强 电部分由三相电源驱动三相交流异步电动机正、反向旋转 ，从而实现电动刀架的松开、转位、锁紧等动作； 弱电部分主要由位置传感器一发讯盘构成。发讯盘采用霍尔传感器发讯。当我们 换 刀 时 ， 数 控 系 统 将 正转信 号送 出 ， 正 转继 电器 吸合 ， 电机 正转，电机带动蜗杆、蜗轮、螺杆转动 ，使上刀体抬起 ，当上刀体 抬至一 定 高度 时离 合盘 进入 离合 盘槽 ， 离 合盘 带 动离 合销 ， 离 合盘 销带 动上 刀体 转 位 。 当上 刀体 旋 转到 所需 刀位时 ，即检 测到 相应刀位信号 ( T 4) 时 ， 霍 尔元件 电路发 出到 位信 号 ， 正转 继 电 器 松开 、 反转 继 电器吸 合 ， 电机 正转 ， 离合 盘 带 动离 合 销 使上 刀 体 反转 ， 反靠 销 进 入 反靠 盘 槽 ， 离合 销 从 离合 盘槽 中爬 出 ， 刀架完 成粗 定位 。同 时上 刀体 下 降 ， 端 齿 啮合 ， 完成 精定 位动 作 ， 刀架锁 紧 。反转 时 间到 ， 反转 继 电器 松开 ， 电机停止 。 维修 过 程 中需 要 利 用 机 床 的 调试 页 面 ，查 看 P L C 状态 ， 当然也 可查看 P L C 程序 。 其 相关 I O 定义 为 ： 1 号刀位输入信号 - 0 2 号刀位输入信号 l - l 3 号刀位输入信号 - 2 4 号刀位输入信号 - 3 刀架正转 4 刀架反转 5 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 30 故 障 举 例 故障现象一 系统不能正确的找到刀位或系统报警 “ 寻找刀位超间 ” 。 故障分析： 刀架在寻找刀具的过程中，都有时间的设 定，如果超出系统设定的时间就会出现系统报警。该故障现象说明系统在设定的时间内没有接收到刀架侧的刀位信号。 故障检测： 首先检测霍尔元件是否埙坏或强力磁体位置是否合适，其次再检测刀架信号电缆是否断路。 故障现象二 换刀后刀架不能锁紧。 故障分析： 如图 3 为一数控机床刀架控制的梯形图。 图 3 刀架控制梯形图 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 31 如图 4 是数控刀架控制的电器原理图。 图 4 刀架控制的电器原理图 从图中可以看出数控机床刀架不能锁紧，说明能找到刀位，但刀架电机 没有得到反转电源。该故障现象说明系统没有发出刀架电机反转指令或虽然发出指令但刀架电机反转交流接触器没有吸合。 故障检测： 首先检测霍尔元件工作是否稳定，这种故障经常会出现由于霍尔元件工作不稳定，虽然找到了刀位，由于惯性的作用，刀架转过一定的角度位置使刀位信号丢失，系统未能在规定的时间内持续发出反转指令，而使刀架不能反转；其次检测刀架电机正反转交流接触器，有时刀位信号开关正常，系统也发出了反转指令，但是由于刀架电机的交流接触器具有互锁，当刀架电机的正转交流接触器打火粘联时，不能马上断电，导致反转接触器 不能吸合，刀架也就不能锁紧。因系统已经发出反转信号，所以也不会出现报警。 故障现象三 换刀后机床不能自动运行。 故障分析： 有的数控机床加装了刀架锁紧到位开关，从图 4 中可以看出该机床加装了 架锁紧到位开关，如果该开关没有闭合，那么买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 32 即使换刀正确机床也不能执行下一步程序；如果换刀不正确，机床同样也不会