数控车床四工位刀架电路的PLC控制设计【优秀机械机电毕业设计论文】【A6091】
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数控车床
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a6091
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四川信息职业技术学院毕业设计（论文）任务书 学 生 姓 名 马亮 学号 0616091 班级 数技06业 数控技术 设计（或论文）题目 数控车床四工位刀架电路的 制设计 指导教师姓名 职 称 工作单位及所从事专业 联系方式 备 注 杨金鹏 助教 四川信息职业技术学院 13547199676 设计（论文）内容： 以四工位自动刀架为例，刀架电机采用三相交流 380V 供电，正转是驱动刀架正向旋转，各刀具按顺序依次经过加工位置，刀架电机反转时，刀架自动锁死，保证刀具能够承受切削力。每把刀具 各有一个霍尔位置检测开关。 进度安排： 毕业设计（论文）工作进度安排 1 查阅关于数控车床刀架控制设计的相关资料，学习其相关知识。（ 2 周 ） 2数控车床刀架工作原理的分析，并收集原始库存数据与资料。（ 2 周 ） 3 进行大量的文献调查和参考，对系统进行总体的设计，以及对系统的各个部分进行详细设计。（ 1 周 ） 4对所选器件进行测试以及实验，保证器件能达到所要达到的目的。（ 1 周） 5毕业论文的撰写。（ 1 周 ） 6毕业设计的修改完善。（ 1 周 ） 主要参考文献、资料： 1 李华志 主编 清华 大学 出版社 2 徐宏海主编 2003 年第 1 版 2001. 3 杨伟群主编 控铣部分） 2002. 4 王卫兵主编 清华大学出版社， 2005. 5 李华主编 高等教育出版社， 2000. 审 批 意 见 教研室负责人： 年 月 日 备注：任务书由指导教师填写，一式二份。其中学生一份，指导教师一份。 四川信息职业技术学院 毕业设计（论文）中期进展情况检查 表 2009 年 11 月 8 日 课题名称 数控车床四方 刀架 的 制设计 学生姓名 李华 学 号 0710317065 专 业 数控设备应用与维护 指导教师 尹存涛 职 称 讲师 指导教师 肖于 职 称 工程师 毕业设计进展 集课题所需资料 。 学相关内容，确定课题总体方案 。 定个人研究重点，做好选题报告。 尚须完成的任务 计硬件模块图及软件模块图。 件设计及调试。 计说明书。 业答辩。 存在的主要问题及解决措施 1、对 够熟悉，以及对基础知识的把握不够深刻，导致进度较慢。经过两周的熟悉了解，以及导师的指导，已能较为熟练的运用控制系统 . 2、对时间的分配不尽合理，浪费不少时间。经过经验的积累和导师细心的指导，已能合理安排进度，顺利的进行毕业设计。 3、经验的缺乏，主要靠时间的积累。 学生对毕业设计的意见与建议 1、对课题的安排应尽量合理，符合自己的专业； 2、给予足够的时间进行课题的安排和准备工作； 3、应安排专门的机房供学生进行毕业 设计； 4、应给予导师专门用于指导学生进行毕业设计的时间 . 指导教师审查意见 摘 要 四工位自动刀架电路，刀架电机采用三相交流 380V 供电，正转是驱动刀架正向旋转，各刀具按顺序依次经过加工位置，刀架电机反转时，刀架自动锁死，保证刀具能够承受切削力。每把刀具各有一个霍尔位置检测开关。 换刀动作由 T 指令或手动换刀按纽启动，换刀过程如下： (a)刀架电机正转； (b)检测到所选刀位的有效信号，停止刀架电机，并延时 (c) 延时结束后刀架电机反转锁死刀架，并延时 (d) 延时结束后停止刀架电机， 换刀完成。 关键词 数控机床；电动刀架；自动换刀 目录 第 1 章 机械结构 . 1 架总述 . 1 刀的机械原理 . 1 第 2 章 电动刀架的电气控制 . 2 架拆卸顺序 . 2 作原理 . 4 动刀架的电气控制 . 4 5T 型 . 5 第 3 章 数控车床刀架 制 . 7 程分析 . 7 全互锁 . 7 序设计 . 7 床刀架用 T 指令换刀的 C 语言 理程序 . 7 架控制逻辑 . 10 制逻辑 . 10 号地址、名称和意义 . 10 动换刀系统 . 11 第 4 章 数控机床的开机调试 . 15 架不能启动 . 14 械方面的原因 . 15 器方面的原因 . 15 架连续运转、到位不停 . 15 架越位过冲或转不到位 . 15 架不能正常夹紧 . 15 第 5 章 故障现象分析 . 17 见的故障 . 17 架使用的注意事项 . 17 致 谢 . 23 参考文献 . 24 机电工程系 2009 届毕业设计 (论文 )课题申报表 2008 年 9 月 19 日 设计 (论文 )题目 数控车床四方刀架电路的 制 课题简介 本文介绍了 ，数控车床四方刀架的 制 。 通过 控制实现刀架正反转，从而提高加工效率。 主要任务 知道刀架的 组 成部分和工作原理， 完成 选择、总体方案的确定、各模块电路的设计、软件设计、各模块调试 ， 还有就是编写说明书。 其它要求 字体和页面等按照给定要求设置 。 指导教师 姓名 杨金鹏 职称 助教 教研室 数维教研室 电话 13547199676 教研室 审查意见 教研室主任： 年 月 日 系部 审查意见 主管系主任： 年 月 日 四川信息职业技术学院毕业设计说明书（论文） 第 1 页 第 1 章 机械结构 架总述 数控刀架安装在数控车床的滑板上。它上面可以装夹多把刀具，在加工中实现自动换刀刀架的作用是装夹车刀，孔加工刀具及螺纹刀具并能准确迅速的选择刀具进行对工件的切削。刀架滑板由纵向（ 板和横向（ 板组成，纵向滑板安装在床身导轨上，可以沿床身纵向运动，横向滑板安装在纵向滑板上，能沿纵向滑板的导轨进行横向运动，刀架滑板的作用 是 安装在其上 的 刀架刀具在加工中实现纵向和横向的进给运动 。 刀的机械原理 按下换刀键或输入换刀指令后，电机正转，通过联轴器，蜗杆带动涡轮，螺纹带动 螺母刀架体松开并上抬，转位、找刀刀架体的上方有一发信盘，盘中每一到刀位都安装一霍尔开关刀架体旋转到一刀位时。该刀位的传感器件向数控系统发出信号，数控系统将收到的实际刀位信号与指令刀位信号进行比较，当两信号相同时，说明刀架体已旋转到所选刀位，数控系统控制继电器 电器刀电动机反转，粗定位销在在弹簧的作用下进入粗定位盘的凹槽中进行粗定位，由于粗定位槽的限制刀架体不能反转只能在该位置垂直落下，刀架体和刀架底座的端面齿啮合，实现精确定位，电动机做适当的延时。继续反转，当两端面齿增加到一定 夹紧力。刀架体被锁紧时。电动机停止转动，换刀结束。 四川信息职业技术学院毕业设计说明书（论文） 第 2 页 第 2 章 电动刀架的电气控制 架 拆卸顺序 A、使刀架处于松开状态，拆下上盖 1，拆下发讯盘 2 上的电线，然后拆下小锣母 3、发讯盘 2、磁钢座 4。 B、取出大螺母 5内两只 下大螺母 5及止退圈 6、平面轴承、离合盘 7。 C、取下上刀体 11，拆下外端齿 16、螺杆 19、螺母 18、离合削 8、反靠销10（注意外端齿 16、螺母 18相对于上刀体 11的位置。 D、拆下电机、联接座 12、端盖 22。 E、从端改 22 端，向联接座 12端敲出蜗杆 23以轴承。 F、卸下中轴 14，取出蜗轮 15及平面轴承，卸下反靠盘 17。 2、装配顺序 A、装配时所有零件清洗上油，传动部位上润滑脂。 B、按拆卸反顺序装配。 C、刀架在啮合状态时，上刀体 11与下刀体 13应四面平行，反靠销 10应在反靠盘 17槽中，离合销 8应在离合盘 7平面上，大约离槽 125度左右。 D、用内六角扳手转动蜗杆，使刀架端齿处于松开状态，拧紧大螺母 5，然后稍稍松开一点大螺母 5，使大螺母 5上的螺孔与止退圈 6上的螺孔对准，装上2 转动蜗杆使刀架锁紧。 E、使刀架锁紧，调整磁钢 21与霍尔元件（发讯盘 3中）的相对位置，使刀架处于要刀位置。 四川信息职业技术学院毕业设计说明书（论文） 第 3 页 图 6作原理 微机发出换刀信号，控制继电器动作，电机正转，通过蜗轮、蜗杆、螺杆将销盘上升至一定高度时，离合销进入离合盘槽，离合盘带动离合销，离合销带动销盘，销盘带动上刀体转位，当上刀体转到所需刀位时，霍尔元件电路发出到位信号，电机反转，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。同时销盘下降端齿啮合，完成精定位，刀架锁紧。（ 15T）反转时间到，继电器动作，电机停止。（ 5/3T）延时绩电器动作，切断电源，电机停转，并向微机发 出回答信号，加工程序开始。 四川信息职业技术学院毕业设计说明书（论文） 第 4 页 动刀架的电气控制 电动刀架的电气控制分强电和弱电两部分，强电部分有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 发讯盘构成。发讯盘采用霍尔传感器发讯。根据数控系统的不同，发讯盘及相应控制也不相同，现分别说明： ，数控系统将相应刀位线（ 4）接地，然后等待回答信号，刀架的松开、转位、锁紧动作均由控制箱完成。 图 2引脚 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 功能 2 4 6 到位 电源 线色 黄 橙 蓝 白 粉红 紫 绿 红 表 615芯孔式插头） 引脚 1 2 3 4 功能 V W 线色 黄绿 黑 黑 黑 表 24芯针式航空插头） 四川信息职业技术学院毕业设计说明书（论文） 第 5 页 5T 型 图 2换刀时，数控系统将低电平有效的正转信号送出，然后检测相应刀位信号线（ 4），当所要刀位信号线有效（低电平）后，撤消正转信号，同时给出反转信号，系统已设定反转时间，反转时间到，撤消反转信号。该种方式我厂也配有控制箱，可代替交流接触器，用户可根据实际情况选用。 引脚 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 功能 2 4 6 地 电源 线色 黄 橙 蓝 白 粉红 紫 绿 红 表 215 芯孔式插头） 引脚 1 2 3 4 功能 V W 线色 黄绿 黑 黑 黑 表 24芯针式航空插头） A、正位（锁进）信号：有些立式刀架提供正位（锁进）信号，由霍尔传感器发讯，低电平有效。（ 位信号由微动开关发信，低电平有效）四川信息职业技术学院毕业设计说明书（论文） 第 6 页 该信号由一根灰色线在插头（ 15芯孔式插头）外单独引出。 B、霍尔发讯盘：采用开关型、单记性极性霍尔传感器发讯。其输出为 电平有效，最大额定输出电流 25用电源为 12V/24 C、有的发讯盘设计有限流保护电路。如果发讯盘的输出电流大于额定输出电流则保护电路启动，切断所有刀位信号输出电 流（刀架连转）。此时需断开发讯盘电源，排除电路故障，重新上电即能正常工作。因此刀架接线时应确认发讯盘的负载电流是否符合要求。例如不能用发讯盘直接带继电器等大负载器件，另外加上拉电阻时上拉电阻阻值不可太小。带保护的发讯盘有 124种规格，使用前应确认所使用发讯盘的电源规格。 D、上拉电阻：有些 统要求刀位输入信号高电平有效，此时应加上拉电阻，上拉电阻阻值及功率不可太小，以免损坏发讯盘。建议在 24V 1/2W 电阻；在 12电源下使用 620 1500， 1/2 四川信息职业技术学院毕业设计说明书（论文） 第 7 页 第 3 章 数控车床刀架 制 程分析 以四工位自动刀架为例，刀架电机采用三相交流 380V 供电，正转是驱动刀架正向旋转，各刀具按顺序依次经过加工位置，刀架电机反转时，刀架自动锁死，保证刀具能够承受切削力。每把刀具各有一个霍尔位置检测开关。 换刀动作由 T 指令或手动换刀按纽启动，换刀过程如下： (a)刀架电机正转； (b)检测到所选刀位的有效信号，停止刀架电机，并延时（ 100s） ； (c) 延时结束后刀架电机反转锁死刀架，并延时（ 500s） ； (d) 延时结束后停止刀架电 机，换刀完成。 全互锁 (1)刀架电机长时间旋转（如 20s） ，而检测不到刀位信号，则认为刀架出现故障，立即停止刀架电机，以防止将其损坏并报警提示； 过热报警时，停止换刀过程，并禁止自动加工； 序设计 床刀架用 T 指令换刀的 C 语言 理程序 2&=4 /若电机过热（ ） *|=4; /则显示 2 号外部报警：刀架电机过热 )= /强制 /从 T 指令处理程序返回到 程序 （以下简称“返回”） /否则 *&= 4; /清楚 2号外部报警 )/100; /由 四川信息职业技术学院毕业设计说明书（论文） 第 8 页 /列如 选 1号刀具，刀偏值取 21号 _ /若设定的换刀延时时间未完成 /则延时时间减去本程序执行周期的扫描时间 /并且返回 /否则 ; /清零为下次延时准备 /进入 行换刀顺序的下一步 _ /读取换刀顺序标记 : /换刀第 0步 Y0|= /输出 架正转 /退出 下简称“退出”） : /换刀第 1步 X3&=(18 000) /若超过 8 *|=8; /则显示 3号外部报警：换刀超时 Y0&= /停止电机 )= /T 指令强制完成 四川信息职业技术学院毕业设计说明书（论文） 第 9 页 /退出 *&= 8; /否则清楚 3号外部报警 /退出 Y0&= /否则，表示以到达所选刀位，止刀架正转 00; /设定停止延时 =100 /退出 ; /换刀第 2步 Y0|= / 1，刀电机反转锁死刀架 00; /反转时间为 500 / 退出 ; /换刀第 3步 Y0&= / 0，刀架电机停止旋转 )= /置 /退出 ; /换刀顺序标记加 1 /若顺利，下面的程序扫描周期中 /待延时时间完成后自动进入换刀顺序过程的下一步 四川信息职业技术学院毕业设计说明书（论文） 第 10 页 架控制逻辑 制逻辑 刀架控制逻辑见表 2类 条件 结果 执行 自动方式下零件加工成功程序中 T 代码与实际刀位不符时 刀架正转信号有效，信号一直保持 到实际刀位与编程中后刀架反转信号自动生效。反转信号的保持时间由机床参数设定 连续换刀 手动方式下按下换刀键，直至刀架转到所需位置 刀架正转信号有效，直至换刀键松开，然后刀架反转信号自动生效。反转信号的保持时间由机床设定 点动换刀 手动方式下短促按下手动换刀键 刀架正转信号有效，直至刀架转过一个刀位，然后刀架反转信号自动生效 表 2 信号地址、名称和意义 刀架控制的有关信号地址、名称和意义见表 2入信号 类型 地址及名称 意义 I/O 刀架在 N 件程序中的 入 编 程 指 令 N 动” 按下 出信号 类型 地址及名称 意义 I/输出刀架正反转信号 刀架正反转时， 表 2川信息职业技术学院毕业设计说明书（论文） 第 11 页 动换刀系统 （ 1）输入 位检测信号； 紧到位检测信号； 床面板上的手动换刀键； 件程序中的 件程序中的 （ 2）输出 架正转； 架反转； 刀故障指示灯。 换刀系统自动控制 四川信息职业技术学院毕业设计说明书（论文） 第 12 页 图 2（ 1） 自动换刀系统工作原理 手动方式下，当短促或长时间按手动换刀键 ，网络 1 单元 ，使辅助输出 由其自身的常开自锁，同时控制网络 5中的 架正转到与其相邻的一个工位或刀架正转一直保持按键松开。由网络 2 中的工位检测判断其有无旋转到该工位上，分别由 到达该工位后， 合，从而断开网络 1 网络 5中的 架停转。 自动方式下、网络 3中当零件加工程序 辅助继电器 合，并由其自身的常开自锁，同时控制网络 5 中的 架正转一直保持到刀位与编码 网络2中的工位检测判断其有无旋转到该工位上，分别由 个工位位置输入信号检测控制辅助继电器 到达该工位后， 合，从而断开网络 1 中的 网络 5中的 川信息职业技术学院毕业设计说明书（论文） 第 13 页 刀架停转；反转同理，在网络 4中，当闭合 其自身常开自锁，同时控制网络 6中的 架反转一直保持到刀位与编码 网络 2中的工位检测判断其有无旋转到该工位上，分别由 个工位位置输入信号检测控制辅助继电器 到达该工位后， 而断开网络 1中的 中的 架停转。 图 2 2） 自动换刀系统出现故障时监控 在网络 7中，由 长时间刀架转不到位，则使输出 合控制 四川信息职业技术学院毕业设计说明书（论文） 第 14 页 第 4 章 数控机床的开机调试 机床的各个部分安装就绪后应做好一下工作 一、在手动方式下调试 轴方向上的进給与后退 二、在手动方式下完成机床的回零 三、在手动与指令输入的方式下。调试主轴的正反转与无级调速 四、在手动与指令输入方式完成道具的自动换刀 经济型数控车床一般都配有四工位自动回转刀架，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。 架不能启动 械方面的原因 刀架预紧力过大。当用六角扳手插入蜗杆端部旋转时不易转动，而用力时，可以转动，但下次夹紧后刀架仍不能启动。此种现象出现，可确定刀架不能启动的原因是预紧力过大，可通过调小刀架电机夹紧电流排除之。 刀架内部机械卡死。当从蜗杆端部转动蜗杆时，顺时针方向转不动，其原因是机械卡死。首先，检查夹紧装置反靠定位销是否在反靠棘轮槽内，若在，则需将反靠棘轮与螺杆连接销孔回转一个角度重新打孔连接；其次，检查主轴螺母是否锁死，如螺母锁死，应重新调整；再次，由于润滑不良造成旋转件研死，此时，应拆开，观察实际情况，加以润滑处理。 四川信息职业技术学院毕业设计说明书（论文） 第 15 页 器方面的原因 电源不通、电机不转。检查溶芯是否完好、电源开关是否良好接通、开关位置是否正确。当用万用表测量电容时，电压值是否在规定范围内，可通过更换保险、调整开关位置、使接通部位接触良好等相应措施来排除。除此以外，电源不通的原因还可考虑刀架至控制器断线、刀架内部断线、电刷式霍尔元件位置变化导致不能正常通断等情况。 电源通，电机反转，可确定为电机相序接反。通过检查线路，变换相序排除之。 手动换刀正常、机控不换刀，应重点检查微机与刀架控制器引线、微机 i/ 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。 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。 架不能正常夹紧 出现该故障时，首先检查夹紧开关位置是否固定不当，并调整至正常位置；四川信息职业技术学院毕业设计说明书（论文） 第 16 页 其次，用万用表检查其相应线路继电器是否能正常工作，触点接触是否可靠。若仍不能排除，则应考虑刀架内部机械配合是否松动。有时会出现由于内齿盘上有碎屑造成夹紧不牢而使定位不准，此时，应调整其机械装配并清洁内齿盘。 四川信息职业技术学院毕业设计说明书（论文） 第 17 页 第 5 章 故障现象分析 见的故障 1. 按下启动按钮机床未动作 分析：用万用表测量后发现伺服启动按钮的常开与常闭按钮接错解决的办法，按正确的接线结好即可 2. 急停报警 分析：产生此故障由两个：一 口未接好。二 的 15、 16 管脚上的急 停没有和机床面板上的急停按钮相连，解决的办法， 5、 16脚外接急停键信号，开路表示 “ 急停状态 ” 常态时与 0如 15、 16 脚短接 3. 按下主轴按钮主轴运行正常但继电器指示灯不亮 分析：指示灯未一发光二极管由正负，解决的办法倒一下继电器线圈的两根线即可。类似故障解决的办法也一样。 4. 去掉电动刀架后主轴正反转不能输出，现象： 分析：不能和 成回路解决的办法找到 口上的 2 号管脚和 10号管脚把系统的 24V 和开关电源上的 24 5. 进給轴报警。解决的办法，选择手动工作方式按与限位方向的手动进給键即可推出行程限位 6. 驱动器报警，在屏幕右上角提示 Z 轴驱动器报警：程序停止运行并关闭所有输出信号解决的办法检查驱动器即排除故障重新上电 架使用的注意事项 A、刀架电机采用三相 380架连续运行时，每分钟换刀次数不得超过 6次，否则会烧坏电机。 该刀架反转锁紧时间为 转锁紧时间设置过长会使电机温升过高而损坏电机。反转锁紧时间设置 过短会使刀架不能充分锁紧。在每台刀架的合格证上都注明了该刀架的准确锁紧时间。 四川信息职业技术学院毕业设计说明书（论文） 第 18 页 故障现象 可能原因 排除方法 1、电机起不动或上刀体不转动 1）电机三相电源线相序接反 2）电源电压偏低 1）立即切断电源，调整电机相序。 2）电源电压正常后在使用。 2、上刀体连转不停或刀台在某刀位不停 1）发讯盘电源故障 2）发讯盘某刀位信号线接触不良 3）某霍尔元件断路或短路 4）磁钢磁极装反 5）磁与霍尔元件高度位置不准 6）某霍尔元件与磁钢无信号 去掉上罩壳，检查发讯盘接线是否有短路或开路现象；发讯盘电源电压是否正常；检查机床相关接线是否良好；调整磁钢磁极方向；调整磁钢与霍尔元件位置；更换霍尔元件。 3、刀架锁不紧 1）刀架电机反转时间不够 2）刀架电机正发转接触器的接线接触不良 3）用刀架锁紧信号关断电机反转接触器 重设刀架反转锁紧时间；检查机床相关控制程序是否正确；不能用刀架锁紧信号控制反转接触器 4、刀台换刀位时不到位或过冲太大 1）磁钢在圆周方向相对霍尔元件太前或太后 2）机床动作控制程序中，在刀架电机正转停止和反转开始之间，插入较长延时。 调整磁钢在圆周方向相对于霍尔元件的位置；修改程序，删除在刀架电机正转停止和刀架电机反转开始之间的延时。 5、工件的加工表面出现 波纹 1）刀架没有充分锁紧 2）车刀固定不牢固或刀杆太细 适当延长锁紧时间。（合格证上注明了该刀架的准确锁紧时间） 表 5数控回转刀架是数控车床重要部件之一，它在一定程度上标志着数控车床的技术水平，并且与加工精 度和生产效率密切相关。因此，国内外都在不断地提高数控回转刀架的重复定位精度和转位速度， 以适应高质量、高效率生产的要求。目前具 有世界先进水平的数控车床，其转位速度已达到 1内，重复定位精度可保证小于 控车床回转刀架按结构分有转塔型和转塔 刀库 型两种。 目前转塔型的较多，转塔上一般有 4 12个工位，水平式转轴占绝大多数。四川信息职业技术学院毕业设计说明书（论文） 第 19 页 现在采用较 多的数控回转刀架有：德国的 特）、意大利的 普洛 马蒂克）和 鲁法迪）等，它们都有自己的系列型式、规格和专利。下面 仅介绍德国的肖特公司的数控回转刀架。其结构见附图。刀架的分度过程是以普通三相交流电动机 驱动，通过三级行星齿轮降速，借助电动机正反转来完成转塔刀架的松开、升起、转位、落下和夹紧 定位盘） 盘 钉 部离合器） 要动作顺序是：回转刀架被锁紧在某 一原位上时，驱动电动机与电磁铁均处于断电状态。离合器 9和 8处于锁紧状态。当电动机 15正 转时，行星轮机构的最后一级驱动压紧环 11和齿形离合器上部 9一起旋转，约转 20 角，上部离合器 9的凸起部分落入下部离合器 8的凹槽部分。 在圆柱形弹簧 14的作用下使下部离合器 8升 起而脱开双层端齿盘 5（与刀盘 1 连接）和固定于壳体 4 上的固定端齿盘 6，完成刀架的升起动作 。由于采用双层端齿盘结构，使刀盘体 1 无轴向运动。当齿形离合器 9 继续旋转时，离合器 9 带动 离合器 8 一起旋转，而离合器 8 可通过圆周上的三个销钉 7 使已脱开的下层端齿盘 5 旋转，带动刀 盘体 1 转动，实现分度动作。在刀架分度到预定位置时，由件 5的内齿轮经轴齿轮 13，带动 8421位置编码器发出指令给电磁铁 两个预分度销钉 17迅速插入缓冲盘 3的定位孔16 中 ，行程约为 5。在销钉 17 的插 入过程中，约 1/2 行程时，其连杆 18作用无触点开关 注：由于在同一圆周上设计有 2 套预分度销钉 17，所以件），断开三相电 动机 15 的正向旋转，并随即进入反向旋转。即结束了刀架的分度动作而转入端齿盘的啮合与夹紧 动作。当电动机 15 反转时，由于销钉 17已经插入刀盘体 1，则件 8、 5均不能转动，这就迫使 离合器 8、9借助单向斜齿面使已处于升起位置的上端齿盘 8被压下，压合在下端齿盘 5上，并使 均布在件 11和件 9之间的碟形弹簧 10产生大于 20、 5和 6之 间。由于电动机 15反转带着压紧环 11反转，位于其上的感应片作用无触点开关 停止转动，至此完成全部分度动作过程。这种回转刀架结构的优点是 ： （ 1）采用行星传动机构，结构紧凑传动轴均为同一方向，没有象蜗轮副降四川信息职业技术学院毕业设计说明书（论文） 第 20 页 速机构的交叉轴设计，易于一体化布置。例如：在肖 特回转刀架的设计中，把动力电动机标准外壳去掉，只保留电动机的转子和定子与行星机构形成机 电一体化的整体，推入回转刀架壳体 4之中，使整个刀架外形设计紧凑美观，拆卸方便。可是，电 动机散热不够好。 （ 2）间，大大高于蜗轮副降速装置（蜗轮副约为 。故采用这种机构有助 于动力电动机功率的减小。 （ 3）松开和夹紧动作快由于采用牙嵌式齿形离合器升起和夹紧机构， 空行程转角小，只有 20 ，比 自锁功能可 靠。 （ 4）采用缓冲装置，吸收了惯性冲击在预分度销钉 17插入粗定位盘（缓冲盘） 3 时，缓冲 装置起作用。即位于刀盘体 1 中的缓冲盘 3 的外圆周上为多齿形结构，在件 1 的内周槽内有对应的 凹槽，其两侧各装有一个缓冲橡胶块 2。这个具有弹性阻尼的橡胶块 2可以 吸收由于销钉 17硬性 插入时而引起的惯性冲击，并迫使刀盘体 1立即停止而不会越位。 （ 5）由于采用双层（复合式） 定位端齿盘结构，对齿盘的脱开与啮合动作均在刀架壳体内部进行，因而回转刀架的转位主轴或是 工作台面在分度时均无伸缩动作，这样就易于保证分度精度，又便于回转刀架的密封。几种回转刀 架在升起与降下和分位时间的比较如下表。厂家升降方式螺纹导程（ 完成4离时所 要转过的工作角（ ）所需升起与夹紧（降下）时间（）刀架转 1/4 位时，所需分位时间分 位（）大连机床厂螺纹2036020 4=722 鲁法迪螺纹 2536025 4=522 特离合器 202 个回转刀架的分位 时间分位升起分度降下如果刀架都是以相同的转位速度分度时，则式中的分度是 相同的。因而一个回转刀架分位时间的长短就取决于升起和降下时间了。由表中可知：所升起 的行程和所转过的工作角度越小，则所需分位时间就越短。在螺纹升降方式中，加大螺纹导程会缩 短升起和降下时间，但不要忽略螺纹在夹紧时所承受的自锁功能。由于作为刀架驱动动力源的普通 交流电动机，有特性硬的缺点，近来也有些厂家采用液压马达作为驱动动力源的回转刀架。液压马 达具有转速四川信息职业技术学院毕业设计说明书（论文） 第 21 页 低，速度可控的优点。如美国辛辛那提公司的 架就是这种结构型式。还有的厂家使用了带有动力刀具的回转刀架，多为采用了伺服直流电动机作为驱动动力源一种数控回转刀架的结构与性能 , 回转刀架 , 行星传动 ,分度结构 ,性能都是以相同的转位速度分度时，则式中的分度是相同的。因而一个 回转刀架分位时间的长短就取决于升起和降下时间了。由表中可知：所升起的行程和所转过的 工作角度越小，则所需分位时间就越短。在螺纹升降方式中，加大螺纹导程会缩短升起和降下时间 ，但不要忽略螺纹在夹紧时所承受的自锁功能。由于作为刀架驱动动力源的普通交流电动机，有特 性硬的缺点，近来也有些厂家采用液压马达作为驱动动力源的回转 刀架。液压马达具有转速低，速 度可控的优点。如美国辛辛那提公司的 列数控车床用的回转刀架就是这种结构型式。还有的厂家使用了带有动力刀具的回转刀架，多为采用了伺服直流电动机作为驱动动力源一种数控回转刀架的结构与性能 。 数控车床利用 各轴进给进行自动控制，达到对零件快捷。优质的加工，其刀架 作为最终加工的执持者，亦是数控车床的核动部件。数控车床九架无论是采用蜗轮、蜗杆进行分 度，还是马氏机构进行分度，或者采用行星齿轮系进行分度，作为高度机、电一体化部件，对其维 修无论从机械角度 ，或者电气角度都有很大局限性，只有机、电一体化综合考虑，才能收到事半功 倍的效果，这里就意大利公司产品进行介绍： 一、主要结构和工作原理本刀架采用瑞齿 盘作为分度和定位元件，由电机驱动，通过一对齿轮和一套行星轮系进行分度传动。工作程序为： 当主机控制系统向刀架出转位信号后，电机上的制动器松开，电源接通使电机开始工作，通过轮 O I、 11带动行星轮明旋转。这时
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