1.1经济型机床用四工位回转刀架的电气连接

学习情境一：数

控

机

床

电

气

线

路

连

接任务一经济型数控机床用四工位回转刀架的电气控制主

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出我们都知道车床的刀架可以实现换刀，对于普通车床我们通过人手摇动的方式进行刀具

转换，通过手动扳紧的方法进行锁紧和固定的，

那么我们的数控机床又如何实现这样的功能呢?请同学们参照我们的四方刀架的机械结构先思考15分钟，然后我们提问!主

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出●解决问题一：1、从直观感觉上：普通刀架：手工操作旋转换位，手工锁紧刀架

。数控机床：由程序控制刀架回转并最终锁紧刀

架

。主

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出解决问题二：·

我们先看看数控机床的机械机构，我们

从电机开始看。·

由螺杆—螺母机构实现刀架的抬起和

落下

。·

由电机——连轴器——蜗杆—

蜗轮带

动四方刀架旋转，实现刀位的转换。·

由霍尔元件对刀位的正确选择进行定位。主

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出3

、

四

方

刀

架

的

工

作

原

理.下来就让我们看看四方刀架的工作原理究竞是怎么样的，我将从两方面向大家四方刀架的

工作原理：·

(1)、从机械结构上看。·

(2)、从电器控制原理上看。主

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出(1)、从机械结构上看刀架的工作原理回转刀架的工作原理为机械螺母升降转位式。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2.1为螺旋升降式四方刀架，

其工作过程如下：①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。②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。③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。④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。主

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出螺旋升降式四方刀架主

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出刀架回转换刀原理自动回转刀架的换刀流程国如下图I所示图2表示自动回转刀架在换刀过程中有关销的位置。其中上部的圆柱销2和下部的

反靠销6起着重要的作用。当刀架处于锁紧状态时，两销的情况如图a

所示，此时反靠销6落在反靠圆盘7的

十字槽内，上刀体4的端面齿和下刀体的端面齿处于咬台就态，需要换刀时，控制系

统发出刀架转位信号，三相异步电动机正自旋转，通过蜗杆副带动螺杆正向转动，与蜗杆配合的上刀体4逐渐抬起，上刀件4与下刀体之间的端面齿慢慢脱开；于此同时，上盖圆盘1电随着螺杆正向转动(上盖圆盘1通过圆柱销与螺杆连接)当转

过约170时，上盖圆盘1直槽的另端转到圆柱销2的正上方，自于弹簧3的作用，圆柱

销2落入直槽内，于是上盖圆盘I就通过圆柱销2使得上刀体4转动起来(此时端面齿

已经完全脱开)。主页

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后退退出·

如图b所示·

上盖圆盘I,圆柱销2以及上刀体4在正转的过程中.反靠销6能够从反靠圆

盘7中十字槽的左侧斜坡滑出，而不影响上刀体4寻找刀位时的正向转动，

如图c所示上刀体4带动磁铁转到需要的刀位时，发信盘上对应的霍尔元件

输出低电平信号，控制系统·

收到后，立即控制刀架电动机反转，上盖圆盘I通过圆柱销2带动上上刀体

4开始反转，反靠销6马上就会落入反靠圆盘7的十字槽内，至此。完成租

定位，如图d所示。此时，反靠销6从反靠圆盘7的十字橹内爬不上来，于

是上刀体4停止转动，开始下降，而上盖圆盘I继续反转，其直槽的左侧斜

坡将圆柱销2的头部压入上刀体4的销孔内，之后，上盖圆盘l的下表面开

始与圆柱销2的头部滑动。在此期间，上下刀体的端面齿逐渐咬合，实现

精定位。当蜗杆转动产生轴向位移，压缩弹簧，套筒的外圆压缩开关使刀

架电动机停转，整个换刀过程结束。·

由于蜗杆有自锁功能，所以刀架可以稳定工作。主

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出主

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出C

da)换刀开始时，圆柱销2与上盖圆盘1可以相对滑动。

b)

上刀体4完全抬起后，圆柱销2落入上盖圆盘1的槽内，上盖圆盘1将带动圆柱销2及上刀体一起转动。c)

上刀体4连续转

动时，反靠销6可以从反靠圆盘7的槽左侧斜坡滑出。d)找到刀位时，刀架电动机反转反靠

销6反靠，上刀体停转，实现粗定位。1.上盖圆盘

2.

圆柱销

3.弹簧

4.上刀体

5.圆柱销

6.反靠销7.反靠圆盘刀架回转过程中销所在位置主

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出ba三、回转刀架硬件控制原理·

(1自动回转刀架的电气控制部分主要包括收信电路和发信电路两

大块，如图示收信电路图a中，发信盘上的4只霍尔开关，都有三

个引脚，第1脚接+12V电源，第2脚接+12V地，第3脚为输出.转

位时刀台带动磁铁旋转，当磁铁对准某以个霍尔开关时，其输出

端第3脚输出低电平：当磁铁离开时，第3脚输出高电平.4只霍尔

开光输出的4个刀位信号Tl-T4分别送到图b的4只光耦合器进行处

理，经过光电隔离的信号再送给I/O接口芯片8255的PC4-PC7.·

(2)发信电路图c为刀架电动机正反控制电路，I/O接口芯片8255的

PA6A与PA7分别控制刀架电动机的正转与反转.其中KA1为正转

继电器的线圈，

KA2为反转继电器的线圈，因刀架电动机的功率

只有90W,

所以图d中刀架电动机与380V市电的接通可以选用大

功率直流继电器，而不必采用继电器一接触器控制电路，以节约

成本，较低故障率.

图c中，正转继电器的线圈KA1与反转继电器

的一组常闭触点串联，而反转继电器的线圈KA2又与正转继电器

的一组常c11触点串联，这样就构成了正转与反转的互锁电路，以

防操作系统失控时导致短路现象.KA1与KA2的触点接通380V

电

压时，会产生较强的火花，并通过电网影响控制系统的正常工作，

为此，在图d中布置了3对R-C

阻容用来灭弧，以抑制火花产生。主

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出主电路连接方法主

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