数控车床电动刀架PMC控制及常见故障诊断.doc

目录摘要 （4）引言 (5)第一章、数控车床的分类 （6）1.1、按车床主轴位置分类 （6）1.2、按加工零件的基本类型分类 （7）1.3、按刀架数量分类 （7）1.4、按功能分类（7）第二章、数控车床刀架的概况 （8）2.1刀架的产生 （8）2.2刀架基本结构 （9）2.3刀架的分类（9）2.4刀架的几种典型结构（10）2.5、刀架工作原理（12）第三章、数控车床刀架的PLC控制 （15）3.1、可编程逻辑控制器（PLC）的作用（15）3.2、可编程逻辑控制器（PLC）的组成（15）第四章、自动换刀的电器控制 （16）4.1、刀架电气控制系统 （16）4.2自动换刀的电气控制线路（19） 第五章、数控车床自动换刀PLC控制 （21）5.1、电气设计要求 （21）5.2、PLC编程的基本步骤及基本编程 （22）5.3、电动刀架PLC控制（25）第六章、数控车床刀架故障与诊断（28）6.1故障分析 （28）总结 （32）摘要数控车床又称为 CNC车床，即计算机数字控制车床，是目前国内使用量最大，覆盖面最广的一种数控机床，约占数控机床总数的25%。数控机床是集机械、电气、液压、气动、微电子和信息等多项技术为一体的机电一体化产品。是机械制造设备中具有高精度、高效率、高自动化和高柔性化等优点的工作母机。 数控机床的技术水平高低及其在金属切削加工机床产量和总拥有量的百分比是衡量一个国家国民经济发展和工业制造整体水平的重要标志之一。数控车床是数控机床的主要品种之一，它在数控机床中占有非常重要的位置，几十年来一直受到世界各国的普遍重视并得到了迅速的发展。 数控车床、车削中心，是一种高精度、高效率的自动化机床。它具有广泛的加工艺性能，可加工直线圆柱、斜线圆柱、圆弧和各种螺纹。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。为了完成不同工序的加工工艺，加工时需要很多刀具，必须配有自动换刀装置。自动换刀装置的功能就是储备一定数量的刀具并完成刀具的自动交换，同时具有换刀时间短，刀具重复定位精度高，结构紧凑及安全可靠等特点。引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。第一章、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，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。1.1、按车床主轴位置分类(1)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。(2)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。1.2、按加工零件的基本类型分类（1）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)。(2)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及直径不太大的盘类零件。1.3、按刀架数量分类(1)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，如四工位卧动 转位刀架或多工位转塔式自动转位刀架。(2)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。1.4、按功能分类（1）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。（2）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。（3）车削加工中心 在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，第二章、数控车床刀架的概况2.1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。2.2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：（1） 驱动装置 主要有电机、液压电动机、齿轮、齿条。（2） 分度装置 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。（3） 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。（4） 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，松开和刹紧一般选用液压和机械等来实现松开和刹紧。（5） 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。（6） 发信装置 包括工位信号（编码器）和动作控制信号。（7） 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DIN69881标准。（8） 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。2.3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。2.4刀架的几种典型结构（1）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。（2）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。（3）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，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。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。（4）盘形自动回转刀架盘形自动回转刀架根据刀位又可分为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关控制。整个刀架控制是一个纯电气系统，结构简单。（5）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。2.5、刀架工作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2-1 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2-1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。（1）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。（2）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在弹簧力的作用下进入转位套9的槽中，带动刀架体转位。（3）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。（4）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4-1、电动刀架电机的控制硬件连接图 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。第三章、数控车床刀架的PLC控制3.1、可编程逻辑控制器（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）。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，功能更丰富，响应速度更快，工作更可能。3.2、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。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。PLC在数控机床中有三种不同的配置方式。（1）PLC在机床一侧，代替了传统的继电器一接触器逻辑控制，PLC有(m+n)个输入/输出（I/O）点。（2）PLC在电气控制柜中，PLC有m个输入和输出（I/O）点（3）PLC在电气控制柜中，而输入和输出接口在机床一侧，这种配置方式使CNC与机床接口的电缆大为减少。第四章、自动换刀的电器控制4.1、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。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2、图中各器件的作用如下：序号名称含义1M刀架电动机2QS4刀架电动机带过载保护的电源空开3KM5、KM6线圈刀架电动机正、反转控制交流接触器4KA4由急停控制的中间继电器5KA2、KA3刀架电动机正、反转控制中间继电器6SQ1SQ4刀位检测霍尔元件开关7PMC控制刀架系统8U61单相灭弧器9RC阻容吸收装置起到过载保护作用10KM5、KM6常闭对刀架正反转起到互锁作用11KA2、KA3常开对刀架正反转起到起到自保作用12COM接地线3、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。自动换刀的电器控制4.2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，完成换刀控制后，KA4、KA3断电。第五章、数控车床自动换刀PLC控制数控车床中电动刀架上夹持各种不同用途的刀具，通过旋转分度定位来实现机床的换刀动作。下面以电动刀架BWD40-1为例，分析数控车床自动换刀的PLC控制过程。电动刀架为六工位，采用蜗杆蜗轮传动，刀架电动机正转实现刀架松开并进行分度，反转进行锁紧并定位。电动机的正反转由接触器KM6、KM7控制，刀架的松开和锁紧靠微动行程开关SQ1进行检测，刀架的分度由刀架电动机后端的角度编码器进行检测。具体控制电路如图5-1所示。图5-1数控车床电动刀架电气控制线路5.1、电气设计要求1)机床接收到换刀指令(程序的T码指令)后，刀架电动机正转进行松开并分度控制，分度过程中要有转位时间的检测，检测时间设定为10s，每次分度时间超过10s系统就发出分度故障报警。2)刀架分度并到位后，通过电动机反转进行锁紧和定位控制，为了防止反转时间过长导致电动机过热，要求电动机反转控制时间不得超过0.7s。3)电动机正反转控制过程中，还要求有正转停止延时时间控制和反转开始的延时时间控制。4)自动换刀指令执行后，要进行刀架锁紧到位信号的检测，只有检测到该信号，才能完成T代码功能。5)自动换刀过程中，要求有电动机过载、短路及温度过高保护，并有相应的报警信息显示。自动运行中，程序的T代码错误(T=0或T7)时相应有报警信息显示。5.2、PLC编程的基本步骤及基本编程（1）控制系统开发开始，确定控制对象（机床、NC、PLC）、确定控制对动作的规格，算出输入、输出点数，估计控制规模。不同型号的PC具有不同的硬件组成和性能指标。他们的基本I/O点数和扩展范围、程序存储容量往往差别很大。因此，在进行PLC程序设计之前，要对所用PC的型号、硬件配置（是否需要附加I/O板等）作出选择。1）输入输出点输入点是与机床侧被控对象有关的按钮、开关、继电器和接触器触点等连接的输入信号接口，以及由机床侧直接连接到NC输入信号接口。输出点包括向机床侧继电器、指示灯等输出信号接口。设计者对被控对象的上述输入、输出信号要逐一确认，并分别计算出总的需要数量。选用的PC所具有的输入、输出点数应比计算出输入、输出点数稍多一些，以备可能追加和变更控制性能的需要。2）存储容量等其它指标程序规模虽机床的复杂程度变化，设计者要根据具体任务对程序规模作出估算，并据此确定合格的程序容量。所选择PC的处理时间，指令功能，定时器、计数器、内部继电器的技术规格、数量等指标也应满足要求。（2）制定接口规格，分配DI,DO,编制地址表。根据选定PC的接口技术规格，设计和编制相关技术文件：输入输出信号电路原理图，地址表，PC数据表。梯形图中所用到的所有内部和外部信号、信号地址、名称、传输方向，与功能指令有关的设定数据，与信号有关的电气元件等都反映在这些文件中。编制文件的设计员除需要掌握所用CNC装置和PC的技术性能外，还需要具备一定的电气设计知识。1）输入输出信号原理图与输入信号有关的器件名称、位置。如操作面板按钮、工作台行程限位开关、主轴准停传感器、电机热继电器等。输出信号执行元件（操作面板指示灯、中间继电器线圈等）名称、位置。输入和输出信号插座和插脚编号，或连接端子编号及其信号名称、在PC中的地址。输入和输出信号接线和工作电源。2）地址表输入信号地址表，MTPLC地址表。如X0000,X0002,X0004等均为输入信号的8位地址。少数输入信号的地址由CNC生产厂家定义，如急停输入信号EMS.M、进给轴零点返回减速信号XDEC.M、ZDEC.M等。其它地址的信号名称由设计者定义，信号名称一般用缩写英文字母表示。输出信号地址表，PLCMT地址表。如Y48,Y53,Y80等均为输出信号的8位地址，字节的每位对应一个输出信号接口，应附有该信号的连接器名称和插脚编号。所有输出信号名称由设计者定义，并用缩写英文字母表示。输入输出信号地址一经确定，信号所用连接器、插脚编号易随之确定。安装时，各信号线应按指定连接器和插脚连接。PLCCNC地址表。如G100.G111等8位地址。这些信号已由CNC厂家定义，名称和含义均已固定，用户不得增删和修改。CNCPLC地址表。如F148.F156等8位地址。这些信号已由CNC厂家定义，名称和含义均已固定，用户不得增删和修改。3）PC数据表如地址名称为R300、R699等，该存储区可全部用作内部继电器地址，也可由功能指令参数设定。可以任意将整个存储区域划分成用于定时器、计数器、保持继电器和数据表及内部继电器存储区。（3）编制梯形图。对一台特定的数控机床，只要能满足控制要求，对梯形图的结构、规模并没有硬性的规定，设计员可以按思路和逻辑方案进行编程。但理想的梯形图程序除能满足机床的控制要求外，还应具有最少的步数、最短的处理时间和易于理解的逻辑关系。（4）顺序程序的输入、调试，如果有仿真器可在仿真器上对程序进行先期的调试。（5）系统运行（RAM）。5.3、电动刀架PLC控制图5-2为某数控车床电动刀架PLC控制梯形图，图中的X2.1、X2.2、X2.3为角度编码器的实际刀号检测输入信号地址，X2.6为角度编码器位置选通输入信号(每次转到位就接通)地址，通过常数定义指令(NUME)把刀架当前实际位置的刀号写入到地址D302中。通过判别一致指令(COIN)把当前位置的刀号(D302中的数值)与程序的T码选刀刀号(F26中的数值)进行判别，如果两个数值相同，则T码辅助功能结束(说明程序要的刀号与当前实际刀号一致)；如果两个数值不相同，则进行R1.1的分度控制。通过判别指令(COIN)和比较指令(COMP)与数字0和数字7进行比较，如果程序指令的T码为0或大于等于7时，系统要有T代码错误报警信息显示，同时停止刀架分度指令的输出。当程序指令的T码与刀架实际刀号不一致时，系统发出刀架分度指令(继电器R0.3为“1”)，刀架电动机正转(输入继电器Y2.4为“1”)，通过蜗杆蜗轮传动松开锁紧凸轮，凸轮带动刀盘转位，同时角度编码器发出转位信号(X2.1、X2.2、X2.3)，当刀架转到换刀位置，系统判别一致指令(COIN)信号R0.0为“1”，发出刀架分度到位信号(继电器R0.4为“1”)，刀架电动机经过定时器01的延时(定时器TMR01为50ms)后，切断刀架电动机正转输出信号Y2.4，同时接通反转运行开始定时器02，经过延时后，系统发出转塔电动机反转输出信号Y2.5，电动机开始反转，进行定位，锁紧凸轮进行锁紧并发出刀架锁紧到位信号(X2.5)，经过反转停止延时定时器03的延时(定时器TMR03设定为0.6s)后，发出电动机反转停止信号(R0.7为“1”)，切断刀架电动机反转运转输出信号Y2.5。通过刀架锁紧到位信号X2.5接通T辅助功能完成指令(R1.1为“1”)，系统辅助功能结束指令信号G4.3为“1”，切断刀架分度指令R0.3，从而完成换刀的自动控制。在换刀整个过程中，当换刀过程超时(TMR04)、电动机过载温升过高(X2.4)及断路器QF1(X2.7)信号动作时，系统立即停止换刀动作并发出系统换刀故障信息。图 5-2电动刀架控制梯形图第六章、数控车床刀架故障与诊断经济型数控车床一般都配有自动回转刀架，它是根据微机数控系统改造传统机床设备的需要，同时兼顾刀架在机床上能够独立控制的需要而设计的。现有自动回转刀架，其结构主要有插销式和端齿盘式。由于刀架生产厂家无统一标准，因此，其结构、尺寸各异。而无论是哪一类刀架，要使其正常工作，均涉及到机械、电气、控制系统等多方面的稳定、可靠工作。一旦出现某种故障现象，则可能是机械原因，也可能是电气、控制系统方面的原因。因此，应根据不同故障类型，找准原因，准确迅速确定故障点，方能及时排除故障。现以目前使用较多的端齿盘式四工位自动刀架可能出现的各种故障现象加以分析，确定其排除方法。其它类型的刀架，虽其结构、尺寸、元器件类型号各有差异，但故障原因大多雷同，也可参照此法加以排除6.1故障分析故障现象一：刀架连续运转、到位不停 由于刀架能够连续运转，所以，机械方面出现故障的可能性较小，主要从电气方面检查：检查刀架到位信号是否发出，若没有到位信号，则是发讯盘故障。可检查：发讯盘弹性触头是否磨坏、发讯盘地线是否断路或接触不良或漏接。此时需要更换弹性片触头或重修，针对其线路中的继电器接触情况、到位开关接触情况、线路连接情况相应地进行线路故障排除。当仅出现某号刀不能定位时，则是由于该号刀位线断路所至。故障现象二：刀架越位过冲或转不到位 刀架越位过冲故障的机械原因可能性较大。主要是后靠装置不起征作用。首先检查后靠定位销是否灵活，弹簧是否疲劳。此时应修复定位销使其灵活或更换弹簧。其次，检查后靠棘轮与蜗杆连接是否断开，若断开，需更换连接销。若仍出现过冲现象，则可能是由于刀具太长过重，应更换弹性模量稍大的定位销弹簧。出现刀架运转不到位(有时中途位置突然停留)，主要是由于发讯盘触点与弹性片触点错位，即刀位信号胶木盘位置固定偏移所至。此时，应重新调整发讯盘与弹性片触头位置并固定牢靠。若仍不能排除故障，则可能是发讯盘夹紧螺母松动，造成位置移动。故障现象三：刀架有时转不动（加工只是偶尔出现）故障原因及处理方法：刀架的控制信号受干扰；系统接地，特别注意变频器的接地，在交流接触器的线圈上接入抗干扰电容。刀架内部机械故障，造成的偶尔卡死 ；维修刀架，调整机械。故障现象四：输入刀号能转动刀架，直接按换刀键刀架不能转动。故障原因及处理方法： 霍尔元件偏离磁块，置于磁块前面，手动键换刀时，刀架刚一转动就检测到刀架到位信号，然后马上反转刀架；检查刀架发信盘上的霍尔元件是否偏离位置，调整发信盘位置使霍尔元件对正磁块