经济型数控车床电动刀架PLC控制电路设计

1、目 录摘 要2毕业设计任务书3第一章 数控车床的分类4一、 按车床主轴位置分类4二、 按加工零件的基本类型分类4三、 按刀架数量分类4四、 按功能分类5其次章、经济型数控系统.5一、经济型数控系统的构成及功能.5二、车床经济型数控系统硬件设计.6第三章、数控机床的可编程序限制器.8.一、数控机床用PLC.8二、自动换刀机构.13第四章 PLC限制车床刀架.16一、 电动刀架的选用16二、电动刀架的电机限制.16三、车床限制.161）、简易刀架的限制.172）、带编码器可双相换刀的刀架限制.19第五章、数控车床的限制.21数控车床自动换刀PLC限制.211.电气设计要求222.电动刀架PLC限制

2、23第六章、参考资料.25第七章、总结.25感谢信.26摘 要摘要：数控车床今后将向中高当发展，经济型数控刀架配套，采纳电动刀架，预料近年来对数控刀架需求量将大大增加。数控刀架的发展趋势是：随着数控车床的发展，数控刀架起先向快速换刀和伺服驱动方向发展。 本部分主要对六工位立式电动刀架的PLC车床限制设计，并对电动刀架的电路设计。最终的提出了对电动刀架提出了看法和措施。关键词 ：经济型数控车床 ；车床刀架 ； PLC限制电动刀架毕业设计任务书一、设计题目： 经济型数控车床电动刀架PLC限制电路设计二、设计的目的 1） 驾驭数电动刀架的功能。 2） 驾驭电动刀架PLC限制电路的组成。 3） 驾驭电

3、动刀架输入、输出接口的设计方法。三、设计要求 利用数控装置进行数控化改造。要求用PLC限制经济型数控车床电动刀架： 1) 数控电动刀架接口原理框图设计。 2) 限制限位输入、输出接口电路设计。 3) 选择接口元器件。 4) 安装调试说明。四、完成的技术资料要求说明具体，字迹工整，原理正确，元件选择有理。图形清楚，图纸规范，符号标准，线条匀称，用计算机画图。（1）设计图纸 安装原理图、元件安装布置图、接线图。（2）毕业设计说明书（15000，文字不少于6000字） 1）设计题目2）设计方案论证3）限制原理说明4）元件明细表5）设计总结及改进看法第一章 数控车床的分类数控车床可分为卧式和立式两大类

4、。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纳倾斜导轨。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，前者是两坐标限制，后者是4坐标限制。双刀架卧车多数采纳倾斜导轨。 数控车床和一般车床一样，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，还能加工一些困难的回转面，如双曲面等。车床和一般车床的工件安装方式基本相同，为了提高加工效率，数控车床多采纳液压、气动和电动卡盘。数控车床的外形和一般车床相像，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和一般车床有质的区分，传统一般车床有进给箱和交换齿轮架

5、，而数控车床是干脆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。一、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困难零件。(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，并易于解除切屑。二、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限制，卡盘结构多具有可调卡爪或不淬火卡爪(即软

6、卡爪)。(2)顶尖式数控车床 这类车床配有一般尾座或数控尾座，适合车削较长的零件及直径不太大的盘类零件。三、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。四、按功能分类（1）经济型数控车床 采纳步进电动机和单片机、PLC对一般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）一般数控车床 依据车削加工要求在结构上进行特地设计并配备通用数控系统而形成

7、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限制两个坐标轴，即X轴和Z轴。（3）车削加工中心 在一般数控车床的基础上，增加了C轴和动力头，更高级的数控车床带有刀库，可限制X、Z和C三个坐标轴，联动限制轴可以是(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加，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，其次章 经济型数控系统按数控系统的功能水平,可以把数控系统分为高、中、低三档，低档数控系统即可认为是经济型数控系统。经济型数控系统

8、一般分辩力和进给速度较低、联动轴数少、人机接口较简洁。一、经济型数控系统的构成及功能 1、开环数控系统的总体结构CNC数控系统由以下几个部分构成： 1）微机，通常包括中心微处理器、存储器、I/O接口等。 2）进给伺服系统，在开环数控系统中为步进电机伺服系统。 3）开关量限制及主轴限制，这部分涉及到M、T、S代码的执行。 4）人机接口和通信接口。2、数控系统的功能802S系统的功能有：1、进给轴/主轴监控；2、连续路径加工，精确停方式；3、速度，设定值实际值系统，闭环限制；4、手动操作及手轮运行；5、程序运行；6、补偿；7、端面轴；8、回参考点运行；9、主轴限制；10、输出给PLC的协助功能；1

9、1、进给率；12、刀具补偿；13、急停等功能。3、数控系统的电气连接假如机床运用变频器作为主轴驱动单元，在设计电柜时应考虑实行必要的抗干扰的措施。变频器是很强的干扰源（主要是电源干扰和无线干扰）。假如可能，变频器可安装在独立的电柜内。当变频器和CNC必需安装在同一电柜内时，应按下列要求进行电柜布局： 1、变频器的电源进线和动力出线在电柜内的长度应尽可能短； 2、变频器的电源线和动力线应单独布线； 3、CNC的模拟量限制信号应屏蔽，屏蔽应在变频器端接地；4、变频器的动力线也应屏蔽，屏蔽应在电动机地脚端接地。4、数控系统的调试1、PLC应用程序调试当系统各部件连接完毕后，首先必需调试PLC应用程序

10、中的相关动作。只有在全部平安功能都正确无误时，才可以进行NC参数和驱动器的调试。2、数控系统的参数设置 PLC机床参数设置完成后，要进行数控系统的参数设置。数控系统的主要参数包括：通用机床数据、显示机床数据、通信专用机床数据、轴相关机床数据、设定数据等。经济型数控车床 采纳步进电动机和单片机、PLC对一般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。二、 车床经济型数控系统硬件设计 经济型数控系统的硬件和软件设计干脆影响数控系统的加工性能和操作性能。本文介绍经济型数控系统硬件设计中常常遇到的一些问题

11、及处理方法。 1、功能选择 系统功能选择的方法有几种不同的方式，运用CRT显示器作为显示终端时，可以制作功能菜单，用户可以通过菜单选择功能。但经济型数控系统为了降低成本，一般不用CRT显示器，而用数码管组成显示终端。这时可用波段开关通过并行接口组胜利能选择电路。图1是由接口电路8255和波段开关组胜利能选择图2-1 功能选择及对刀处理电路原理程序编辑加工程序的录入、检查和修改。 参数设定设定传动间隙、G00速度、刀具参数等。 文件处理加工程序装入和转存等。 对刀处理手动和自动检测刀具位置和半径参数并自动存入系统。 手动处理手动进给。 连续加工连续执行加工程序。 单段加工每次执行一段加工程序。

12、在系统启动后的主程序和以后的各个功能程序中，通过8255循环检测波段开关的位置，并转入相应的功能模块。 2、对刀处理 我们设计的车床经济型数控系统中采纳的对刀方式既可实现手动对刀，又可实现自动对刀。对刀棒为肯定尺寸的绝缘圆棒，其头部采纳金属材料，和机床绝缘，刀具通过机床接地。对刀时刀架带动刀具向对刀棒靠近，对刀信号经8255的PA7送入系统。刀尖和对刀棒不接触时系统接收到高电平，刀尖和对刀棒接触时系统接收到低电平。 进入对刀功能后有三种选择，手动对刀、自动对刀和计算刀补值。 手动对刀方式，显示当前刀位号，用键盘的换刀键手动换刀，用键盘的方向键(横向或纵向)移动刀具。当刀具和对刀棒接触后，刀具移

13、动自动停止并保存其移动距离，接着等待键盘操作。当选择退出手动对刀时，则退出手动对刀功能返回对刀主程序。 自动对刀方式，首先保证刀具从1号位起先，并显示当前刀位号。自动对刀分为纵向对刀和横向对刀。纵向自动对刀时，刀具从第一把刀起先纵向移动至和对刀棒接触时并记录下该刀具的移动距离，将该刀具退至原位并自动换至其次把刀，纵向移动至和对刀棒接触并记录下该刀具的移动距离，直到全部刀具完成对刀并自动保存刀具移动距离。横向自动对刀的方法和纵向相同，只是刀具的移动方向不同。当选择退出自动对刀功能时，则退出自动对刀功能返回对刀主程序。 第三章 数控机床的可编程序限制器一、数控机床用PLC 数控机床用PLC可分为两

14、类：一类是专为实现数控机床依次限制而设计制造的“内装型”PLC，另一类是那些输入/输出接口技术规范、输入/输出点数、程序存储容量以及运算和限制功能等均能满意数控机床限制要求的“独立型”PLC。（一）“内装型”PLC“内装型”PLC从属于CNC装置，PLC和NC间的信号传送在CNC装置内部即可实现。PLC和MT（机床侧）则通过CNC输入/输出接口电路实现信号传送。如图：图3-1具有内装置型PLC的CNC机床系统框图（二）“独立型”PLC独立型PLC是独立于CNC装置，具有完备的硬件和软件功能，能够独立完成规定限制任务的装置。如图图3-2具有独立型PLC的CNC机床系统框图1、回转工作台数控机床的

15、圆周进给由回转工作台完成，称之为数控机床的第四轴，回转工作台可以和、三个坐标轴联动，从而加工出各种曲面和曲线等困难的形态。回转工作台对于自动换刀多工序的加工中心是必备的部件。数控回转工作台主要用于数控镗床和铣床，它的功用是实现圆周进给运动，同时也可以完成分度运动，其外形和分度工作台相像，但它的内部结构具有数控进给驱动的很多特点，不同之处是，数控机床的进给驱动机构实现的是直线运动，而数控回转工作台实现的是圆周进给运动。数控回转工作台分为开环和闭环两种。（1）开环数控回转工作台如图所示为一种补偿型的开环数控回转工作台，它的进给和定位锁紧都由给定的指令进行限制。工作台的回转运动通过电液脉冲马达，经齿

16、轮减速，由蜗杆传给蜗轮。为了消退蜗杆副的传动间隙，采纳了双螺距渐厚蜗杆，通过移动蜗杆的轴向位置来调整间隙。这种蜗杆的左右两侧面具有不同螺距，因此蜗杆齿厚从头到尾渐渐增厚。但由于同一侧的螺距是相同的，所以仍旧可保持正常的啮合。图3-3开环数控回转工作台当工作台静止时，必需处于锁紧状态。为此，在蜗轮底部的辐射方向装有对夹紧瓦和，并在底座上均布着同样数量的小液压缸。当小液压缸的上腔接通压力油时，活塞便压向钢球8，撑开夹紧瓦，并夹紧蜗轮。在工作台须要回转时，先使小液压缸的上腔接通回油路，在弹簧的作用下，钢球抬起，夹紧瓦将蜗轮松开。回转工作台的导轨面由大型滚子轴承13支承，并由圆锥滚子轴承12及调心圆柱

17、滚子轴承11保持精确的回转中心。开环数控回转工作台的定位精度取决于涡轮副的传动精度，因而必需实行高精度的涡轮副。除此之外，还可以在时间测量工作台静态定位误差之后，确定须要补偿的角度位置和补偿脉冲的符号（正向或反向），记忆在补偿回路中，由数控装置进行误差补偿。数控回转工作台设有零点，当它进行回零运动时，先用挡块碰撞限位开关（图2-1中未标出），使工作台降速，然后在无触点开关的作用下，使工作台精确地停在零位。数控回转工作台在随意角度地转位和分度时，光栅10进行读数，从而达到较高地分度精度。（2）闭环数控回转工作台闭环数控回转工作台地结构和开环数控回转工作台大致相同，其区分在于：闭环数控回转工作台有

18、转动角度的测量元件（圆光栅或圆感应同步器），所测量的结果反馈回去和指令值进行比较，按闭环原理进行工作，使回转工作台定位精度更高。图所示为那还数控回转工作台的结构。该回转工作台用伺服电机15通过减速齿轮14、16及蜗杆涡轮副12、13带动工作台1回转，工作台的转角位置用圆光栅9测量。测量结果发出反馈信号和数控装置发出的指令信号进行比较，若有偏差经放大后限制伺服电机朝消退偏差的方向转动，使工作台精确运转或定位。当工作台静止时，必需处于锁紧状态。台面地锁紧用均布地八个小液压缸5来完成，当限制系统发出夹紧指令时，液压缸上腔进压力油，活塞6下移，通过钢球8推开夹紧瓦3及4，从而将涡轮13夹紧。当工作台回

19、转时，限制系统发出指令，液压缸5上腔压力油流回油箱，在弹簧7的作用下，钢球8抬起，夹紧瓦松开，不再夹紧涡轮13。然后按数控系统的指令，由伺服电机15通过传动装置实现工作台的分度、定位、夹紧或连续回转运动。回转工作台的中心回转轴采纳圆锥滚子轴承11及双列圆柱滚子轴承10支承，并通过预紧消退其轴向和径向间隙，以提高工作台的刚度和回转精度。工作台支承在镶钢滚柱导轨2上，运动平稳且耐磨。有些数控工作台采纳伺服电机轴端带测速发动机和旋转变压器，或带脉冲编码盘，干脆反馈电机轴的转速和角位移，进行半闭环限制。数控回转工作台可作随意角度的回转或分度，当运用光栅进行读数时，在光栅沿其圆周上有21600条刻线，通

20、过6倍频线路，刻度的分辩实力可达10。1工作台；2镶钢滚柱导轨；3、4夹紧瓦；5液压缸；6活塞；7弹簧；8钢球；9圆光栅；10、11轴承；12蜗杆；13涡轮；14、16齿轮；15电机图3-4 闭环限制数控回转工作台二、 自动换刀机构（一）、自动换刀装置 一个零件往往须要进行多工序的加工，对于单功能的机床，大量的时间将用于更换刀具装卸零件等非切削时间，切削加工时间只占整个工时中较小的比例。为了缩短非切削时间，往往采纳自动换刀装置的数控机床。自动换刀装置已广泛应用于加工中心机床，如车削中心镗铣加工中心钻削中心等。运用这种装置协作精密数控转台，可以使机加工时间提高7080。由于零件在一次装夹中完成零

21、件的多工序加工，大大削减了零件安装定位次数，从而进一步提高了加工精度。自动换刀装置的功能就是储备肯定数量的刀具并完成刀具的自动交换。它应当满意换刀时间短、刀具重复定位精度高、刀具储存量足够、结构紧凑及平安牢靠等要求。各类数控机床的自动换刀装置的结构和数控机床的类型工艺范围运用刀具种类和数量有关。数控机床常用的自动换刀装置的类型、特点及适用范围见表3-1。表3-1 自动换刀装置的类型、特点及适用范围类型特点运用范围转塔式回转刀架多为依次换刀，换刀时间短，结构简洁紧凑，容纳刀具较少各种数控车床数控车削中心转塔头依次换刀，换刀时间短刀具主轴都集中在转塔头上，结构紧凑，但刚性较差，刀具主轴数受限制数控

22、钻床镗床刀库式刀库和主轴之间干脆换刀换刀运动集中，运动部件少。但刀库运动多，布局不敏捷，适应性差各种类型的自动换刀数控机床。尤其是对运用回转类刀具的数控镗铣类立式卧式加工中心机床。要依据工艺范围和机床特点，确定刀库容量和自动换刀装置形式用机械手协作刀库换刀刀库只有选刀运动，机械手进行换刀运动，比刀库作换刀运动惯性小速度快用机械手运输装置协作刀库换刀换刀运动分散，由多个部件实现，运动部件多，但布局敏捷，适应性好有刀库的转塔头换刀装置弥补转塔头换刀数量不足的缺点，换刀时间短扩大工艺范围的各类转塔式数控机床1用于数控车床的回转刀架（完成）数控车床上运用的回转刀架换刀是一种简洁的自动换刀装置，有四方刀

23、架、六角刀架等多种形式，即在回转刀架上分别安装有四把、六把或更多的刀具，并按数控装置的指令换刀。回转刀架在结构上必需具有良好的强度和刚度，以承受粗加工时的切削抗力。由于车削加工精度在很大程度上取决于刀尖位置，对于数控车床来说，加工过程中刀具位置不进行人工调整，因此更有必要选择牢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(一般为0.0010.005mm)。（1）四方回转刀架如图所示为四方回转刀架的结构图，该刀架广泛应用于经济型数控车床及卧式车床的数控化改造中。当机床执行加工程序中的换刀指令时，刀架自动转位换刀。其换刀过程如下。刀架抬起 当数控装置发出换

24、刀指令后，电动机1正转，并经联轴器2带动蜗杆轴3转动从而带动涡轮丝杠4转动。涡轮的上部外圆柱加工有螺纹，所以该零件称为涡轮丝杠。刀架体7的内孔加工有螺纹和涡轮上的丝杠旋合。涡轮丝杠内孔和刀架中心轴外圆使滑协作，在转位换刀时，中心轴固定不动，涡轮丝杠环绕中心轴旋转。当涡轮丝杠起先转动时，刀架7和刀架底座5上端面齿的处于啮合状态，且涡轮丝杠轴向固定，因此刀架体7不能转动只能轴向移动，刀架体7抬起。当刀架体抬至肯定距离时，端面齿脱开，完成刀架抬起动作。刀架转位 刀架抬起后，由于转位套9用销钉和涡轮丝杠4连接，因此随涡轮丝杠一起转动，当刀架抬起端面齿完全脱开时，转位套恰好转过160(如A-A剖面图所示

25、)，球头销8在弹簧的作用下向下进入转位套9的槽中，带动刀架体转位。粗定位压力下并由微动开关发出信号给数控装置。刀架定位 刀架体转动时带着电刷座10转动，当转到指定的刀号时，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、14接触导通，使电动机反转。由于粗定位槽的限制，刀架体不能转动，使其在该位置垂直向下移动，刀架体7和刀架底座5的端面齿啮合实现精确定位。刀架夹紧 电动机接着反转，此时涡轮丝杠停止转动，蜗杆轴3接着转动，端面齿间夹紧力不断增加，转矩不断增大，达到肯定值时，在传感器的限制下电动机1停止转动，从而完成一次转位。译码装置由发信体11、电刷13、电刷14组成。电

26、刷13负责发信，电刷14负责位置推断。当刀架定位出现过位或不到位时，可松开螺母12，调整发信体11和电刷14的相对位置。1电动机；2联轴器；3蜗杆轴；4涡轮丝杠；5刀架底座；6粗定位7刀架体；8球头销；9转位套；10电刷座；11发信体；12螺母；13、14电刷；15粗定位销图3-5 数控车床方刀架结构第四章 PLC限制车床刀架一、刀架的选用目前数控车床刀架基本为电动刀架，其特点是定位更精确、快速。老式传统车床刀架多为手动、液压驱动或少部分的电动，改造时可以依据须要对其加以更换。 电动刀架可分为卧式转塔刀架（一般安装812把刀）和立式电动刀架，立式电动刀架有四工位（或六工位），其中每一种刀架又有

27、抬刀刀架（两端齿盘）和免抬刀刀架（三端齿盘）之分。卧式转塔刀架价格相对较贵，改造中常用四六工位电动刀架。二、电动刀架的电机限制车床的刀架是车床自动换刀的机构，是车床上一个重要的部件。刀架具有很多种类。有霍尔元件检测刀位的简易刀架，有带位置编码可双相换刀的自动刀架，有可带动刀具的自动刀架，限制刀架旋转有的运用一般异步电动机，有的运用伺服电极。有很多刀架的限制厂为车床供应各种各样的刀架。每个厂家生产的刀架限制方法有所差别，就是同一厂家供应不同型号的刀架，其限制时序也不是百分百相同。电动刀架采纳三相异步电动机驱动，刀架检测采纳霍尔元件。限制直流继电器，继电器再驱动沟通接触器接通三相沟通电源，使刀架电

28、动机正转或反转。电动刀架电机的限制硬件连接。三、车床刀架限制车床的刀架是车床自动换刀的机构，是车床上一个重要的部件。刀架具有很多种类。有霍尔元件检测刀位的简易刀架，有带位置编码可双相换刀的自动刀架，有可带动刀具的自动刀架，限制刀架旋转有的运用一般异步电动机，有的运用伺服电极。有很多刀架的限制厂为车床供应各种各样的刀架。每个厂家生产的刀架限制方法有所差别，就是同一厂家供应不同型号的刀架，其限制时序也不是百分百相同。（一）、简易刀架的限制 简易刀架是经济型车床上常用的一种自动换刀机构。它的机械结构简洁，调试和运用便利。刀架采纳三相异步电动机驱动，刀架检测采纳霍尔元件。这种刀架只能单方相换刀，电动机

29、正转换刀，反转锁紧。刀架反转锁紧时刀架电机事实上是一种堵转状态，因此刀架电机反转的时间不太长，否则可能导致刀架电机的损坏。刀架上每一个刀位都配备一个霍尔元件，如4工位刀架，需配备4个霍尔元件。霍尔元件的常态是截止，当刀具转到工作位置时，利用磁体和霍尔元件导通。将刀架位置状态发送到PLC的数字输入。 由于霍尔元件只有导通和截止两种状态。对于电平有效的数控系统数字输入接口，应当运用大约1.5千欧的上拉电阻将导通和截止的状态变成低电平和高电平。刀架的电机的转动由PLC数字输出限制。通过PLC的数字输出，限制直流继电器，继电器再驱动沟通接触器接通三相沟通电源，使刀架电动机正转或反转。图4-1、电动刀架

30、电机的限制硬件连接图 当PLC应用程序由数控系统的信号接口或从机床限制面板得到换刀指令后，限制刀架电机正转，同时通过PLC的数字输入监控刀架的实际位置。假如刀架的实际位置等于指令刀具的位置，PLC应用程序限制刀架电机反转锁紧，并启动延时限制。延时时间到达后，刀架反转停止，换刀过程结束。 车床换刀时要考虑的平安互锁是在换刀过程中刀架不能和工件碰撞。换刀时，零件程序首先限制各坐标轴回退至平安位置，再执行换刀指令TX。换刀完成后，快速移到工件坐标原点，接着加工。就是说在换刀指令完成之前，PLC要锁定零点程序的接着执行，同时要禁止坐标轴的运动。锁定零件程序的接着执行是通过数控系统信号接口中通道信号“读

31、入禁止”实现的。坐标轴的禁止，也是通过通道接口中的“进给保持”信号置位实现的。图4-2表示的是简易刀架的限制时序。简易刀架的限制并不困难，但要设计出一个运用且功能完备的PLC应用程序，除了切换的基本动作以外还须要考虑以下的边界条件。图4-2刀架的锁紧时间刀架的锁紧时刀架电机处于堵转状态，所以刀架锁紧时间不能过长。由于不同厂商生产的刀架，反转锁紧的时间可能有所不同，因此刀架的反转锁紧时间在PLC应用程序中是一个可变的值。刀架的锁紧所需的时间，应当以刀架生产厂商的技术标准为准。考虑锁紧时间的可变性，可以运用PLC参数定义刀架的锁紧时间。假如运用了PLC参数，必需在PLC应用程序的技术说明中定义该参

32、数的单位和取值范围。这样在机床的生产过程中，生产人员可以依据PLC技术说明定义PLC参数。同时，在PLC初始化时应检查输入的参数是否在定义的取值范围之内。假如小于低限，则令其等于低限值；假如超出高限，则令其等于高限值。刀架电机的反转时间切忌过长。刀架刀位信号监控 假如刀位检测信号出现问题，将使换刀过程不能结束，应为PLC应用程序恒久不能找到零件程序中的目标刀具。这种状况在机床运用过程中是有可能出现的，如冷却液进入刀架，使霍尔元件损坏或刀位信号线断等。从刀架的时序图中可以看出，刀架的位置检测信号在任何时候都没有全“0”也没有全“1”状态。因此，在没有刀架电机转动指令时，假如全部刀位检测信号都为“

33、0”或都位“1”，则说明刀架硬件故障。这时应通过激活PLC报警工作人员供应故障信息，提示操作人员对刀架进行检修。换刀时间监控 所谓时间监控是是指监控从启动换刀到目标刀具的时间。如在换刀过程中由于刀信号故障或编程错误，都可以导致找不到目标刀位，使换刀过程不能完成。监控换刀时间的PLC应用程序可利用换刀指令激活一个定时器，假如在定时器规定的时间内找到了目标刀具，则将该定时器复位；假如在定时器规定的时间内，没有找到目标刀具，则停止刀架电机的运动，并通过报警提示操作人员进行修检。同样，换刀的监控时间可以通过PLC参数设定，并在PLC技术说明中定义该参数的单位和取值范围。二）、带编码器可双相换刀的刀架限

34、制在市场上很多生产车床刀架的厂商，供应各种各样的带位置编码、可双相换刀的自动刀架。这里以肖特公司为例，对此类刀架的限制过程进行说明。图（4-3）带位置编码器的自动刀架的限制时序，是此类刀架的限制时序。从时序图上看出，这种刀架限制时序的相对比较困难。同样采纳三相异步电动机启动刀架正转和反转，但是刀架的锁紧是通过定位电磁铁和刀架旋转协作完成的。 图4-3 带位置编码器的自动刀架的限制时序1）时序分析当PLC应用程序接收到由数控系统信号接口发出的换刀指令后，首先须要依据当前的刀具位置确定出刀架就近旋转到目标刀位的方向，并启动刀架电机按该方向旋转，同时检测有刀架位置编码器信号发出的实际刀位和选通信号。

35、当检测到实际刀位等于目标位，且选通信号的下降沿出现时，PLC应用程序则限制预定位电磁铁动作。这时PLC应用程序接着监控预定位传感器的下降沿，在下降沿出现后，限制电机方向相反方向转动，这时刀架进入锁紧过程。锁紧过程启动后，PLC应用程序监控当前刀位以及选通信号的上升沿。一旦当前刀位等于目标刀位，且选通信号的上升沿出现时，限制预定位电磁铁关闭，刀架电机停止，整个换刀过程完成。从时序图看出，在整个换刀过程中有两个重要的时间d1、d2。这两个时间影响整个换刀过程。d1=30ms,d2=60ms.假如预定位电磁铁吸合或者刀架电机反向的时间不能保证刀架限制时序的要求，可能导致刀架不能锁紧，影响这两个时间的

36、因素有PLC的扫描周期，继电器或接触器的滞后时间。对于此类高速刀架，PLC的扫描周期时间在应可能短，可通过数控系统的配置参数调整PLC的扫描周期时间。一般PLC扫描时间在12ms左右就可以满意对此类刀架限制时序的要求。另外应削减限制回路中滞后的中间环节，如刀架电机的正转、反转不应在PLC数字输出和接触器之间通过继电器接力限制，应采纳24V直流接触器干脆限制，见图（4-4）支流接触器干脆限制刀架电机。这样才能保证预定位电磁铁的动作时间和刀架正转、反转的切换时间。图4-4支流接触器干脆限制刀架电机2）、按就近找刀的原则确定换刀方向在PLC应用程序中的一项任务是推断刀架的旋转方向。当数控系统通过信号

37、接口发出换刀指令后，PLC应用程序要依据当前的实际刀位来确定就近找刀方向。图（4-5）刀架旋转方向的确定，中的换刀实例说明白就近找刀方向的推断过程。由此推倒出确定就近换刀方向的判据。 图4-5 刀位差 D差=D目标-D当前3）、PLC应用程序的柔性化所谓PLC程序的柔性化是指同一个PLC应用程序可以适应不同的改变，假如限制时序相同，但刀位数不同的刀架。这里再次提出了应用PLC参数的问题。PLC参数是数控系统为机床制造厂供应的开放平台之一。利用PLC参数可以定义刀架最大刀位数，定义换刀的监控时间。刀架限制PLC子程序调用，是一个PLC子程序的实例，其中刀架的最大刀位数和监控时间运用了PLC参数。

38、同样必需定义PLC参数的单位和取值范围，而且在PLC应用程序中对取值范围进行限制。第五章 PLC限制电动刀架随着电气技术的飞速发展，PLC限制技术广泛的应用各个领域的工业限制，通过用户程序限制生产工艺过程，具有较高的稳定性和牢靠性，较强的实时处理实力，运用简洁维护便利。沟通伺服以独特的定位精度和调速方式，在各工业领域也得到了广泛的应用，而在机床的应用则更具有代表性。数控车床自动换刀PLC限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限制过程。电动刀架为六工位，采纳蜗杆蜗轮传动，刀架电动机正转实

39、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限制，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。具体限制电路如图5-1所示。图5-1数控车床电动刀架电气限制线路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限制，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限制，为了防止反转时间过长导致电动机过热，要求电动机反转限制时间不得超过0.7s。3)电动机正反转限制过程中，还要求

40、有正转停止延时时间限制和反转起先的延时时间限制。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、短路及温度过高爱护，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。2.电动刀架PLC限制图5-2为某数控车床电动刀架PLC限制梯形图，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。通过判别一样指令(COIN)把当前

41、位置的刀号(D302中的数值)和程序的T码选刀刀号(F26中的数值)进行判别，假如两个数值相同，则T码协助功能结束(说明程序要的刀号和当前实际刀号一样)；假如两个数值不相同，则进行R1.1的分度限制。通过判别指令(COIN)和比较指令(COMP)和数字0和数字7进行比较，假如程序指令的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码和刀架实际刀号不一样时，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、

42、X2.3)，当刀架转到换刀位置，系统判别一样指令(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，同时接通反转运行起先定时器02，经过延时后，系统发出刀图 5-2电动刀架限制梯形图架电动机反转输出信号Y2.5，电动机起先反转，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.

43、5接通T协助功能完成指令(R1.1为“1”)，系统协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限制。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，系统马上停止换刀动作并发出系统换刀故障信息。参考资料数控机床电器限制技术 中国林业出版社 主编 朱自勤机床数控改造设计和实例 机械工业出版社 主编 余英数控车床设计 电子出版社 主编 陈婵娟可编程限制器原理和应用 机械工业出版社 主编 王卫兵数控机床调试.运用和应用 化学工业出版社 主编 王刚数控化改造 清华高校出版社 主编 张春源数控原理本文