畢業(yè)設計數(shù)控車床刀架故障與維修

1、<p>　　畢 業(yè) 設 計</p><p>　　摘 要：隨著微電子技術、計算機技術、自動化技術的發(fā)展，社會對機械產品的質量和生產率提出了越來越高的要求，為了有效地提高產品質量、生產效率、降低生產成本、改善工人的勞動條件，一種新型的數(shù)字程序控制的機器應運而生——數(shù)控技術和數(shù)控機床。在數(shù)控機床中離開不了一個系統(tǒng)那就是——刀架系統(tǒng)。</p><p>　　本文從刀架的結構和工作原理

2、深刻分析,并且總結常見的故障和解決方案，主要討論了數(shù)控機床的組成和結構以及控制原理。著重研究了數(shù)控機床刀架的機械結構以及電氣控制原理，PLC控制，霍爾元件的原理及應用。通過這一系列的研究最后總結了一些典型故障的原因及排除方法。</p><p>　　關鍵詞：數(shù)控機床 ，自動回轉刀架 ，工作原理，可編程控制器 </p><p>　　Abstract： With the micro-elect

3、ronics technology, computer technology, automation technology, development, social quality of mechanical products and productivity higher and higher demands, in order to effectively improve product quality, production ef

4、ficiency, reduce production costs and improve the working conditions of workers , a new type of digital process control machines came into being - CNC technology and CNC machine tools. In the NC machine tool in a system

5、that is unable to leave - tool</p><p>　　In this paper, the structure and working principle of turret depth analysis, and summarizes the common faults and solutions., Mainly discussed the composition and stru

6、cture of CNC machine tools and control theory. NC machine tool turret study focused on the mechanical structure and electrical control principle, PLC control, and application of the principle of the Hall element. Through

7、 this series of studies concluded the causes of some typical and the removal method.</p><p>　　Keywords： CNC machine tools, automatic rotary tool, working principle ,PLC typical fault </p><p>&l

8、t;b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1 前言4</b></p><p>　　2 數(shù)控車床的分類4</p><p>　　2.1 按車床主軸位置分類4</p><p>　　2.2 按加工零件的基本類型分類4</p><p>　　2.3 按刀架

9、數(shù)量分類5</p><p>　　2.4 按功能分類5</p><p>　　3 數(shù)控車床刀架的概況5</p><p>　　3.1 刀架的產生5</p><p>　　3.2 刀架基本結構5</p><p>　　3.3 刀架的分類6</p><p>　　3.4 刀架的幾種典型結

10、構6</p><p>　　3.5 刀架工作原理7</p><p>　　4 數(shù)控車床刀架的PLC控制8</p><p>　　4.1 可編程邏輯控制器（PLC）的作用8</p><p>　　4.2 可編程邏輯控制器（PLC）的組成8</p><p>　　5 自動換刀的電器控制9</p>

11、<p>　　5.1 刀架電氣控制系統(tǒng)9</p><p>　　5.2 自動換刀的電氣控制線路10</p><p>　　6 數(shù)控車床自動換刀PLC控制11</p><p>　　6.1 電氣設計要求11</p><p>　　6.2 PLC編程的基本步驟及基本編程11</p><p>　　6.3

12、電動刀架PLC控制12</p><p>　　7 數(shù)控車床刀架故障與診斷13</p><p>　　7.1 故障分析13</p><p><b>　　結 論15</b></p><p><b>　　致 謝16</b></p><p>　　參 考 文 獻17&l

13、t;/p><p><b>　　1 前言 </b></p><p>　　電動刀架是數(shù)控車床重要的傳統(tǒng)結構，由于該類刀架采用全電控制，無需另加液壓或氣動等其它動力源，故對簡化機床控制的復雜程度帶來好處。合理的選配電動刀架，可以縮短生產準備時間，消除人為誤差，提高加工精度與加工精度的一致性。另外，加工工藝適應性和連續(xù)工作的工作能力也明顯提高;尤其是在加工幾何形狀較復雜的零件時

14、，除了控制系統(tǒng)能提供相應的控制算法，對執(zhí)行機構發(fā)出相應的控制指令外，很重要的一點是數(shù)控機床須配備易于控制的電動刀架，以便一次裝夾所需各種刀具，靈活，方便地完成各種幾何形狀的加工。</p><p>　　電動刀架是數(shù)控車床進行自動換刀的實現(xiàn)機構，實現(xiàn)刀架上刀盤的轉動和刀盤的開定位、定位與夾緊的運動，以實現(xiàn)刀具的自動轉換，具有傳動機械結構、電氣正反轉控制、PLC 編程控制等數(shù)控機床的核心內容，是每一個學習數(shù)控機床結構的

15、學生必須掌握的，具有機械、電氣的綜合特點，同時電動刀架在數(shù)控加工過程中容易出現(xiàn)故障。</p><p>　　2 數(shù)控車床的分類</p><p>　　數(shù)控車床可分為臥式和立式兩大類。臥式車床又有水平導軌和傾斜導軌兩種。檔次較高的數(shù)控臥車一般都采用傾斜導軌。按刀架數(shù)量分類，又可分為單刀架數(shù)控車床和雙刀架數(shù)控車，前者是兩坐標控制，后者是4坐標控制。雙刀架臥車多數(shù)采用傾斜導軌。 </p>

16、;<p>　　數(shù)控車床與普通車床一樣，也是用來加工零件旋轉表面的。一般能夠自動完成外圓柱面、圓錐面、球面以及螺紋的加工，還能加工一些復雜的回轉面，如雙曲面等。車床和普通車床的工件安裝方式基本相同，為了提高加工效率，數(shù)控車床多采用液壓、氣動和電動卡盤。</p><p>　　數(shù)控車床的外形與普通車床相似，即由床身、主軸箱、刀架、進給系統(tǒng)壓系統(tǒng)、冷卻和潤滑系統(tǒng)等部分組成。數(shù)控車床的進給系統(tǒng)與普通車床有質的

17、區(qū)別，傳統(tǒng)普通車床有進給箱和交換齒輪架，而數(shù)控車床是直接用伺服電機通過滾珠絲杠驅動溜板和刀架實現(xiàn)進給運動，因而進給系統(tǒng)的結構大為簡化。</p><p>　　2.1 按車床主軸位置分類</p><p>　　立式數(shù)控車床 立式數(shù)控車床簡稱為數(shù)控立車，其車床主軸垂直于水平面，一個直徑很大的圓形工作臺，用來裝夾工件。這類機床主要用于加工徑向尺寸大、軸向尺寸相對較小的大型復雜零件。</p&

18、gt;<p>　　臥式數(shù)控車床 臥式數(shù)控車床又分為數(shù)控水平導軌臥式車床和數(shù)控傾斜導軌臥式車床。其傾斜導軌結構可以使車床具有更大的剛性，并易于排除切屑。</p><p>　　2.2 按加工零件的基本類型分類</p><p>　　卡盤式數(shù)控車床 這類車床沒有尾座，適合車削盤類(含短軸類)零件。夾 緊方式多為電動或液動控制，卡盤結構多具有可調卡爪或不淬火卡爪(即軟卡爪)。&l

19、t;/p><p>　　頂尖式數(shù)控車床 這類車床配有普通尾座或數(shù)控尾座，適合車削較長的零件及直徑不太大的盤類零件。</p><p>　　2.3 按刀架數(shù)量分類</p><p>　　單刀架數(shù)控車床 數(shù)控車床一般都配置有各種形式的單刀架。</p><p>　　雙刀架數(shù)控車床 這類車床的雙刀架配置平行分布，也可以是相互垂直分布。</p>

20、;<p>　　2.4 按功能分類</p><p>　　經濟型數(shù)控車床 采用步進電動機和單片機、PLC對普通車床的進給系統(tǒng)進行改造后形成的簡易型數(shù)控車床，成本較低，但自動化程度和功能都比較差，車削加工精度也不高，適用于要求不高的回轉類零件的車削加工。</p><p>　　普通數(shù)控車床 根據(jù)車削加工要求在結構上進行專門設計并配備通用數(shù)控系統(tǒng)而形成的數(shù)控車床，數(shù)控系統(tǒng)功能強，

21、自動化程度和加工精度也比較高，適用于一般回轉類零件的車削加工。這種數(shù)控車床可同時控制兩個坐標軸，即X軸和Z軸。</p><p>　　車削加工中心 在普通數(shù)控車床的基礎上，增加了C軸和動力頭，更高級的數(shù)控車床帶有刀庫，可控制X、Z和C三個坐標軸，聯(lián)動控制軸可以是(X、Z)、(X、C)或(Z、C)。由于增加了C軸和銑削動力頭，這種數(shù)控車床的加工功能大大增強，除可以進行一般車削外可以進行徑向和軸向銑削、曲面銑削、中心

22、線不在零件回轉中心的孔和徑向孔的鉆削等加工。</p><p>　　3 數(shù)控車床刀架的概況</p><p>　　3.1 刀架的產生</p><p>　　電動刀架是數(shù)控車床重要的傳統(tǒng)結構，由于該類刀架采用全電控制，無需另加液壓或氣動等其它動力源，故對簡化機床控制的復雜程度帶來好處。合理的選配電動刀架，可以縮短生產準備時間，消除人為誤差，提高加工精度與加工精度的一致性

23、。另外，加工工藝適應性和連續(xù)工作的工作能力也明顯提高;尤其是在加工幾何形狀較復雜的零件時，除了控制系統(tǒng)能提供相應的控制算法，對執(zhí)行機構發(fā)出相應的控制指令外，很重要的一點是數(shù)控機床須配備易于控制的電動刀架，以便一次裝夾所需各種刀具，靈活，方便地完成各種幾何形狀的加工。</p><p>　　3.2 刀架基本結構</p><p>　　數(shù)控刀架作為數(shù)控車床的動作執(zhí)行部件，其基本結構：</p

24、><p>　　驅動裝置 主要有電機、液壓電動機、齒輪、齒條。</p><p>　　分度裝置 通過機械液壓傳動結構到所需工位間的轉動。結構主要分為間歇分度結構和連續(xù)分度機構?？焖贀Q刀一般選用雙向旋轉的連續(xù)分度機構。</p><p>　　預定位裝置 到達所需的工位后，停止分度運動，以便于齒盤正確嚙合。伺服電機驅動刀架，利用伺服電機編碼器作為預定位。</p>

25、<p>　　松開、剎緊裝置 齒盤副的松開剎緊。為了完成快速殺緊和得到的殺緊力，松開和剎緊一般選用液壓和機械等來實現(xiàn)松開和剎緊。</p><p>　　精定位裝置 刀具在切削時需要很高的剛性和定位精度，因此刀架都選用齒盤副做的精度定位元件。</p><p>　　發(fā)信裝置 包括工位信號（編碼器）和動作控制信號。</p><p>　　裝刀裝置 包括刀盤

26、、刀夾及夾刀裝置。目前刀盤有2種模式：歐式VDI、日式槽刀盤。德國標準VDI刀盤DIN69880和DIN69881標準。</p><p>　　數(shù)控刀架換刀動作 系統(tǒng)發(fā)出指令——齒盤松開——刀架旋轉分度——到達目標工位并發(fā)信號給系統(tǒng)——預定位——齒盤鎖緊精定位——系統(tǒng)確認后工件切削。</p><p>　　為滿足不同工件的加工要求，數(shù)控刀架分為4、6、8、10、12工位，形式為立式和臥式【3

27、】。</p><p>　　3.3 刀架的分類</p><p>　　按刀架的回轉軸線分類，有繞水平軸旋轉分度和繞垂直軸旋轉分度兩大類。按裝刀數(shù)來分常見的有四工位電動刀架和六工位電動刀架等。按機械定位方式分，常見的有端齒盤定位，三齒盤定位，斜板圓銷轉位電動刀架等。三齒盤定位電動刀架(又稱為“免抬刀架”)可實現(xiàn)上刀體不抬起而順利地轉位換刀的要求，排除了冷卻液、加工屑對刀架轉位時的影響，較為可靠

28、地解決了刀架的密封問題。斜板圓銷轉位電動刀架結構簡單，工作可靠。</p><p>　　3.4 刀架的幾種典型結構</p><p>　　排刀式刀架 排刀式刀架一般用于小規(guī)格數(shù)控車床，以加工棒類為主的機床較為常見，它的結構形式為夾持著各種不同用途刀具的刀夾沿著機床X坐標軸方向排列在橫向滑板或一種稱為快換臺板上。這種刀架的特點之一是刀具布置和機床調整都較方便，可以根據(jù)具體工件的車削工藝要求，

29、任意組合各種不同用途的刀具在一把刀完成車削任務后，橫向滑板只要按程序沿X軸向移動預先設定的距離后，第二把刀就到達加工位置，這樣就完成了機床的換刀動作。這種換刀方式迅速、省時、有利于提高機床的生產效率。</p><p>　　數(shù)控車床方刀架 經濟型數(shù)控車床方刀架是在普通車床四方刀架的基礎上發(fā)展的一種自動換刀裝置，其功能和普通四方刀架一樣：有四個刀位，能裝夾四把不同的刀具，方刀架回轉90`時，刀具變換一個刀位，但方刀

30、架的回轉和刀位號的選擇是由加工程序指令控制的。換刀時方刀架的動作順序是：刀架抬起、刀架轉位、刀架定位和刀架夾緊。完成上述動作要求，有相應的機構來實現(xiàn)。</p><p>　　轉塔回轉刀架 轉塔回轉刀架適用與盤類零件加工。在加工軸類零件時，可以換用四方回轉刀架。由于兩者底部安裝尺寸相同，更換刀架十分方便?；剞D刀架動作根據(jù)數(shù)控指令進行，由液壓系統(tǒng)通過電磁換向閥進行控制，其動作過程分為如下四個步驟：（1）、刀架抬起，（

31、2）、刀架轉位、（3）、刀架壓緊，（4）、轉位液壓缸復位。[2]如果定位、壓緊動作正常，刀架會發(fā)出信號表示已完成換刀過程，可進行切削加工。</p><p>　　盤形自動回轉刀架 盤形自動回轉刀架根據(jù)刀位又可分為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型回轉刀盤的外切刀可使用25mm*150mm標準刀具和刀桿截面為25mm*25mm的可調工具，C型可用尺寸為20mm*20m

32、m*125mm的標準刀具。鏜刀桿直徑最大為32mm。該種刀架更換和對刀十分方便。刀位選擇由刷形選擇器進行，松開、夾緊位置檢測由微動開關控制。整個刀架控制是一個純電氣系統(tǒng)，結構簡單。</p><p>　　車削中心的動力刀架 車削中心的動力刀架的刀盤上可以安裝各種非動力輔助刀夾（車刀夾、鏜刀夾、彈簧刀夾、莫氏刀柄），夾持刀具進行加工，還可安裝動力刀夾進行主動切削，配合主機完成車、銑、鉆、鏜等各種復雜工序，實現(xiàn)加工程

33、序自動化、高效化。該刀架采用端齒盤作為分度定位元件，刀架轉位由三相異步電機驅動，電動機內部帶有制動機構，刀位由二進制絕對編碼起器識別，并可雙向轉位和任意刀位就近選刀。動力刀具由交流伺服電機驅動，通過同步齒形帶、傳動軸、傳動齒輪、端面齒離合器將動力傳遞到動力刀夾，再通過刀夾內部的齒輪傳動，刀具回轉，實現(xiàn)主動切削。</p><p>　　3.5 刀架工作原理</p><p>　　該裝配圖為螺旋

34、升降式四方回轉刀架，其工作原理見圖：</p><p>　　圖3-1 數(shù)控車床四工位刀架結構</p><p>　　1-直流伺服電動機；2-聯(lián)軸器；3-蝸桿軸；4-蝸輪絲杠；5-刀架底座；6-粗定位盤；7-刀架體；8-球頭銷；9-轉為套；10-電刷座；11-發(fā)信號；12-螺母；13、14-電刷；15-粗定位</p><p>　　圖3-1所示為經濟型數(shù)控機床常用方刀架結構

35、，該刀架可以安裝四把不同的刀具轉位信號有加工程序指定。其工作過程為：刀架抬起—刀架轉位—刀架定位—夾緊刀架。</p><p>　　刀架抬起 當數(shù)控裝置發(fā)出換刀指令后，電動機1啟動正常，通過套筒連軸器2使蝸桿軸3轉動，從而帶動蝸輪絲杠4轉動。刀架體7的內孔加工有螺紋，與蝸輪絲杠旋合，蝸輪與絲杠為整體結構。蝸輪絲杠內孔與刀架中心軸式間隙配合，在轉位換刀時，中心軸固定不動，蝸輪絲杠繞中心軸旋轉。當蝸輪開始轉動時，由于

36、刀架底座5和刀架體7上的端面齒處在嚙合狀態(tài)，且蝸輪絲杠軸向固定，因此刀架體7抬起。</p><p>　　刀架轉位 當?shù)都荏w抬至一定距離后，刀架底座5和刀架體7的端面齒脫開，轉位套9用銷釘與蝸輪絲杠4聯(lián)接，隨蝸輪絲杠一同轉動，當端面齒完全脫開時轉位套正好轉過160°（如圖所示），球頭銷8在彈簧力的作用下進入轉位套9的槽中，帶動刀架體轉位。</p><p>　　刀架定位 刀架體7

37、轉動時帶著電刷座10轉動，當轉到程序指定的刀號時，粗定位銷15在彈簧力的作用下進入粗定位盤6的槽中進行粗定位，同時電刷13接觸導體使電動機1翻轉。由于粗定位槽的限制，刀架體7不能轉動，使其在該位置垂直落下，刀架體7和刀架底座5上的端面齒嚙合實現(xiàn)精確定位。</p><p>　　夾緊刀架 電動機繼續(xù)反轉，此時蝸輪停止轉動，渦桿軸3自身轉動，當兩端面齒增加到一定夾緊力時，電動機1停止轉動。</p>&l

38、t;p>　　譯碼裝置由發(fā)信體13.14組成，電刷13負責發(fā)信號，電刷14負責位置判斷當?shù)都芏ㄎ怀霈F(xiàn)過位或不到位時，可松開螺母12，調好發(fā)信體11與電刷14的相對位置。</p><p>　　圖3-2 電動刀架電機的控制硬件連接圖</p><p>　　當PLC應用程序由數(shù)控系統(tǒng)的信號接口或從機床控制面板得到換刀指令后，控制刀架電機正轉，同時通過PLC的數(shù)字輸入監(jiān)控刀架的實際位置。如果刀

39、架的實際位置等于指令刀具的位置，PLC應用程序控制刀架電機反轉鎖緊，并啟動延時控制。延時時間到達后，刀架反轉停止，換刀過程結束。</p><p>　　4 數(shù)控車床刀架的PLC控制</p><p>　　4.1 可編程邏輯控制器（PLC）的作用</p><p>　　數(shù)控機床的自動控制由CNC和PLC共同完成，其中CNC負責完成與數(shù)字運算和管理有關的功能，如編輯加工程

40、序、插補運算、譯碼、位置伺服控制等；PLC負責完成與邏輯運算有關的各種動作。PLC接受CNC控制代碼M（輔助功能）、S(主軸轉速)、T（選刀、換刀）等順序動作信息，對其進行譯碼后轉換成相應的控制信號，驅動輔助裝置完成一系列開關動作，如裝夾工件、更換刀具和開關切削液等。</p><p>　　PLC是一種專門應用于工業(yè)環(huán)境，以微處理器為基礎的通用型自動控制裝置，這種裝置的主要作用是解決工業(yè)設備邏輯關系與開關量控制，故

41、稱為可編程邏輯控制器PLC（prammable logic controller）。[1]在數(shù)控機床上使用PLC取代傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)，使得數(shù)控機床的結構更加緊湊，功能更豐富，響應速度更快，工作更可能。</p><p>　　4.2 可編程邏輯控制器（PLC）的組成</p><p>　　數(shù)控機床的控制可分為兩大部分：一部分是坐標軸運動的位置控制；另一部分是數(shù)控機床加工過程的順序控制。[1

42、]在討論PLC、CNC和機床各機械部件、機床輔助裝置、強電回路之間的關系時，常把數(shù)控機床分為“NC側”（數(shù)控系統(tǒng)側）和“MT側”（機床側）兩大部分?！癗C側”包括CNC系統(tǒng)的硬件和軟件、與CNC系統(tǒng)連接的外部設備：“MT側”包括機床機械部分及其液壓、氣壓、冷卻、潤滑、排屑等輔助裝置、機床操作面板、繼電器線路和機床強電線路等。PLC處于CNC和MT之間，對NC側和MT側的輸入、輸出信號進行處理。</p><p>　

43、　MT側順序控制的最終對象隨數(shù)控機床的類型、結構、輔助裝置等不同而有很大差別。機床機構越復雜，輔助裝置越多，最終受控對象也越多。一般來說，最終受控對象的數(shù)量和順序控制程序的復雜程度從低到高依次為CNC車床、CNC銑床、加工中心、FMC、FMS。</p><p>　　5 自動換刀的電器控制</p><p>　　5.1 刀架電氣控制系統(tǒng)</p><p>　　電動刀架

44、為四工位，每個刀位對應一個刀位到位信號，當?shù)都苓\動經過工位時，發(fā)出相應的控制信號，使得電機反轉，對銷反靠，雙端齒精定位，螺紋升降夾緊，電機運動停止。</p><p>　　數(shù)控刀架轉到工位時，由安裝在刀架內部的霍爾傳感器檢測刀架到位信號，</p><p>　　刀架信號輸出端由高電平轉到低電平，由信號采集電路對這一瞬時信號進行采集和保持，輸出相對應的工位信號（高電平信號），相應的中間繼電器線圈

45、得電工作，使得刀架反轉夾緊。</p><p>　　數(shù)控機床刀架是由機床PLC來進行控制，對于普通的四工位刀架來說，控制比較簡單，一般用于普通的車床。我們分析車床刀架的控制原理其實就是指刀架的整個換刀過程，刀架的換刀過程其實是通過PLC對控制刀架的所有I/O信號進行邏輯處理及計算。實現(xiàn)刀架的順序控制。另外為了保證換刀能夠正確進行，系統(tǒng)一般還要設置一些相應的系統(tǒng)參數(shù)來對換刀過程進行調整。下面我們分析PLC控制下的換刀

46、過程。在分析之前，我們首先了解刀架 控制的電氣部分。刀架電氣控制部分如圖所示。圖中的a是刀架控制的強電部分，主要是控制刀架電機的正轉和反轉，來控制刀架的正轉和反轉；圖b是刀架控制的交流控制回路，主要是控制兩個交流接觸器的導通和關閉來實現(xiàn)a中的強電控制；圖c部分是刀架控制的繼電器控制回路及PLC的輸入及輸出回路，整個過程的控制最終是由這個模塊來完成的。</p><p>　　圖a 強電電路

47、 圖b 接觸器電路</p><p>　　圖c PLC的輸入輸出</p><p>　　圖中各器件的作用如下：</p><p>　　自動刀架控制涉及到的I/O信號如下：PLC輸入信號：X4.0~X4.3：1~4號刀到位信號輸入；PLC輸出信號：Y0.1：刀架正轉繼電器控制輸出；Y0.2：刀架反轉繼電器控制輸出。</p><

48、;p>　　5.2 自動換刀的電氣控制線路 </p><p>　　電動刀塔電動機是由電動機、制動器、熱保護開關組成一體的三相力矩電動機，制動器安裝在電動機后端蓋上，制動器的線圈為DC24V直接線圈，熱保護開關在電動機繞阻內，電氣控制線路。</p><p>　　電動刀塔電氣控制線路</p><p>　　接觸器KM1控制電動機正轉，接觸器KM2控制電動機反轉，接觸

49、器KM1、KM2分別由繼電器KM1、KM2控制。斷路器QF實現(xiàn)電動機的短路和過載保護。繼電器KM3控制電動機的制動器線圈，當KM3閉合，電動機后端的制動器線圈獲電動作，電動機處于松開狀態(tài)，當KM3斷開，制動器線圈斷電，電動機啊處于鎖緊狀態(tài)。當電動刀架轉到目標位置的前一位置時，繼電器KM4獲電動作，預分度電磁鐵線圈獲電，當電動刀架到換到位置時，電磁鐵推動插銷移動，分度到位檢測接近開關SQ1發(fā)出信號，停止電動機轉動，電動機反轉進行鎖緊。鎖緊

50、到位后，接近開關SQ2發(fā)出信號，繼電器KA3獲電動作，電動機制動，完成換刀控制后，KA4、KA3斷電。</p><p>　　6 數(shù)控車床自動換刀PLC控制</p><p>　　數(shù)控車床中電動刀架上夾持各種不同用途的刀具，通過旋轉分度定位來實現(xiàn)機床的換刀動作。下面以電動刀架BWD40-1為例，分析數(shù)控車床自動換刀的PLC控制過程。</p><p>　　電動刀架為六工

51、位，采用蝸桿蝸輪傳動，刀架電動機正轉實現(xiàn)刀架松開并進行分度，反轉進行鎖緊并定位。電動機的正反轉由接觸器KM6、KM7控制，刀架的松開和鎖緊靠微動行程開關SQ1進行檢測，刀架的分度由刀架電動機后端的角度編碼器進行檢測。</p><p>　　圖6-1數(shù)控車床電動刀架電氣控制線路</p><p>　　6.1 電氣設計要求</p><p>　　1．機床接收到換刀指令(程序

52、的T碼指令)后，刀架電動機正轉進行松開并分度控制，分度過程中要有轉位時間的檢測，檢測時間設定為10s，每次分度時間超過10s系統(tǒng)就發(fā)出分度故障報警。</p><p>　　2．刀架分度并到位后，通過電動機反轉進行鎖緊和定位控制，為了防止反轉時間過</p><p>　　長導致電動機過熱，要求電動機反轉控制時間不得超過0.7s。</p><p>　　3．電動機正反轉控制過

53、程中，還要求有正轉停止延時時間控制和反轉開始的延時時間控制。</p><p>　　4．自動換刀指令執(zhí)行后，要進行刀架鎖緊到位信號的檢測，只有檢測到該信號，才能完成T代碼功能。</p><p>　　5．自動換刀過程中，要求有電動機過載、短路及溫度過高保護，并有相應的報警信息顯示。自動運行中，程序的T代碼錯誤(T=0或T>7)時相應有報警信息顯示。[4]</p><p

54、>　　6.2 PLC編程的基本步驟及基本編程</p><p>　　1．控制系統(tǒng)開發(fā)開始，確定控制對象（機床、NC、PLC）、確定控制對動作的規(guī)格，算出輸入、輸出點數(shù)，估計控制規(guī)模。</p><p>　　不同型號的PC具有不同的硬件組成和性能指標。他們的基本I/O點數(shù)和擴展范圍、程序存儲容量往往差別很大。因此，在進行PLC程序設計之前，要對所用PC的型號、硬件配置（是否需要附加I/O

55、板等）作出選擇。</p><p>　　2．制定接口規(guī)格，分配DI,DO,編制地址表。</p><p><b>　　3．編制梯形圖。</b></p><p>　　4．順序程序的輸入、調試，如果有仿真器可在仿真器上對程序進行先期的調試。</p><p>　　5．系統(tǒng)運行（RAM）。</p><p>　

56、　6.3 電動刀架PLC控制</p><p>　　圖6-2為某數(shù)控車床電動刀架PLC控制梯形圖，圖中的X2.1、X2.2、X2.3為角度編碼器的實際刀號檢測輸入信號地址，X2.6為角度編碼器位置選通輸入信號(每次轉到位就接通)地址，通過常數(shù)定義指令(NUME)把刀架當前實際位置的刀號寫入到地址D302中。通過判別一致指令(COIN)把當前位置的刀號(D302中的數(shù)值)與程序的T碼選刀刀號(F26中的數(shù)值)進行判別

57、，如果兩個數(shù)值相同，則T碼輔助功能結束(說明程序要的刀號與當前實際刀號一致)；如果兩個數(shù)值不相同，則進行R1.1的分度控制。通過判別指令(COIN)和比較指令(COMP)與數(shù)字0和數(shù)字7進行比較，如果程序指令的T碼為0或大于等于7時，系統(tǒng)要有T代碼錯誤報警信息顯示，同時停止刀架分度指令的輸出。當程序指令的T碼與刀架實際刀號不一致時，系統(tǒng)發(fā)出刀架分度指令(繼電器R0.3為“1”)，刀架電動機正轉(輸入繼電器Y2.4為“1”)，通過蝸桿蝸輪

58、傳動松開鎖緊凸輪，凸輪帶動刀盤轉位，同時角度編碼器發(fā)出轉位信號(X2.1、X2.2、X2.3)，當?shù)都苻D到換刀位置，系統(tǒng)判別一致指令(COIN)信號R0.0為“1”，發(fā)出刀架分度到位信號(繼電器</p><p>　　圖 6-2電動刀架控制梯形圖</p><p>　　7 數(shù)控車床刀架故障與診斷</p><p>　　經濟型數(shù)控車床一般都配有自動回轉刀架，它是根據(jù)微機數(shù)

59、控系統(tǒng)改造傳統(tǒng)機床設備的需要，同時兼顧刀架在機床上能夠獨立控制的需要而設計的?，F(xiàn)有自動回轉刀架，其結構主要有插銷式和端齒盤式。</p><p>　　現(xiàn)以目前使用較多的端齒盤式四工位自動刀架可能出現(xiàn)的各種故障現(xiàn)象加以分析，確定其排除方法。其它類型的刀架，雖其結構、尺寸、元器件類型號各有差異，但故障原因大多雷同，也可參照此法加以排除。</p><p><b>　　7.1 故障分析&

60、lt;/b></p><p>　　故障現(xiàn)象一：刀架連續(xù)運轉、到位不停 由于刀架能夠連續(xù)運轉，所以，機械方面出現(xiàn)故障的可能性較小，主要從電氣方面檢查：檢查刀架到位信號是否發(fā)出，若沒有到位信號，則是發(fā)訊盤故障?？蓹z查：發(fā)訊盤彈性觸頭是否磨壞、發(fā)訊盤地線是否斷路或接觸不良或漏接。此時需要更換彈性片觸頭或重修，針對其線路中的繼電器接觸情況、到位開關接觸情況、線路連接情況相應地進行線路故障排除。當僅出現(xiàn)某號刀不能定

61、位時，則是由于該號刀位線斷路所至。</p><p>　　故障現(xiàn)象二：刀架越位過沖或轉不到位 刀架越位過沖故障的機械原因可能性較大。主要是后靠裝置不起征作用。首先檢查后靠定位銷是否靈活，彈簧是否疲勞。此時應修復定位銷使其靈活或更換彈簧。其次，檢查后靠棘輪與蝸桿連接是否斷開，若斷開，需更換連接銷。若仍出現(xiàn)過沖現(xiàn)象，則可能是由于刀具太長過重，應更換彈性模量稍大的定位銷彈簧。出現(xiàn)刀架運轉不到位(有時中途位置突然停留)，

62、主要是由于發(fā)訊盤觸點與彈性片觸點錯位，即刀位信號膠木盤位置固定偏移所至。此時，應重新調整發(fā)訊盤與彈性片觸頭位置并固定牢靠。若仍不能排除故障，則可能是發(fā)訊盤夾緊螺母松動，造成位置移動。</p><p>　　故障現(xiàn)象三：刀架有時轉不動（加工只是偶爾出現(xiàn)）</p><p>　　故障原因及處理方法：</p><p>　　1. 刀架的控制信號受干擾；系統(tǒng)接地，特別注意變頻器的

63、接地，在交流接觸器的線圈上接入抗干擾電容。</p><p>　　2. 刀架內部機械故障，造成的偶爾卡死 ；維修刀架，調整機械。</p><p>　　故障現(xiàn)象四：輸入刀號能轉動刀架，直接按換刀鍵刀架不能轉動。[3]</p><p>　　故障原因及處理方法： </p><p>　　1. 霍爾元件偏離磁塊，置于磁塊前面，手動鍵換刀時，刀架剛一轉動就

64、檢測到刀架到位信號，然后馬上反轉刀架；檢查刀架發(fā)信盤上的霍爾元件是否偏離位置，調整發(fā)信盤位置使霍爾元件對正磁塊。</p><p>　　2. 手動換刀鍵失靈；更換手動換刀鍵。</p><p>　　故障現(xiàn)象五：無論是手動換刀還是指令換刀，刀架不轉</p><p>　　故障原因及處理方法： </p><p>　　1. 刀架內部機械卡死。</p

65、><p>　　2. 刀架電機損壞或刀架電機電源不通。</p><p>　　3. PLC正轉輸出Y0.4和反轉 Y0.5五輸出。</p><p>　　4. PLC正常輸出，而繼電器磨損。[5]</p><p>　　故障現(xiàn)象六：電動刀架鎖不緊 </p><p>　　故障原因處理方法 </p><p&g

66、t;　　1. 發(fā)信盤位置沒對正:拆開刀架的頂蓋，旋動并調整發(fā)信盤位置，使刀架的霍爾元件對準磁鋼，使刀位停在準確位置。 </p><p>　　2. 系統(tǒng)反鎖時間不夠長:調整系統(tǒng)反鎖時間參數(shù)即可（新刀架反鎖時間t＝1.2s即可）。 </p><p>　　3. 機械鎖緊機構故障:拆開刀架，調整機械，并檢查定位銷是否折斷。[6]</p><p>　　故障現(xiàn)象七：電動刀架

67、某一位刀號轉不停，其余刀位可以轉動 </p><p>　　故障原因處理方法 ： </p><p>　　1. 此位刀的霍爾元件損壞:確認是哪個刀位使刀架轉不停，在系統(tǒng)上輸入指令轉動該刀位，用萬用表量該刀位信號觸點對 24V觸點是否有電壓變化，若無變化，可判定為該位刀霍爾元件損壞，更換發(fā)信盤或霍爾元件。 </p><p>　　2. 此刀位信號線斷路，造成系統(tǒng)無法檢測

68、到位信號:檢查該刀位信號與系統(tǒng)的連線是否存在斷路，正確連接即可。 </p><p>　　3. 系統(tǒng)的刀位信號接收電路有問題:當確定該刀位霍爾元件沒問題，以及該刀位信號與系統(tǒng)的連線也沒問題的情況下更換主板。</p><p>　　故障現(xiàn)象八：刀架沒有抬起動作。</p><p><b>　　故障原因處理方法：</b></p><

69、p>　　1. 控制系統(tǒng)是否有T指令輸出信號；</p><p>　　2. 粗定位銷剛開始沒有插入在粗定位盤中；</p><p>　　3. 刀架體內螺紋沒有和蝸輪絲桿旋合；</p><p><b>　　結 論</b></p><p>　　本文從數(shù)控車床、刀架的概況、刀架的PMC控制等方面，分析了數(shù)控車床的換刀過程及

70、其原理，本文應用FANUC專用PMC功能指令給出了部分控制程序。把書本上的知識運用到實踐中去，也是我出來實習和完成這次論文最大的感觸。它們的共同點都是用所學有限的基礎知識加上自己的實踐去豐富自己。例如：自動換刀的電器控制以及數(shù)控車床自動換刀PLC控制等些問題，不管學過的還是沒學過的，的確覺得困難比較多，真是萬事開頭難，不知道如何入手，只有到真正會用的時候才是真的學會了。</p><p>　　由于刀架生產廠家無統(tǒng)一

71、標準，因此，其結構、尺寸各異。而無論是哪一類刀架，要使其正常工作，均涉及到機械、電氣、控制系統(tǒng)等多方面的穩(wěn)定、可靠工作。一旦出現(xiàn)某種故障現(xiàn)象，則可能是機械原因，也可能是電氣、控制系統(tǒng)方面的原因。因此，應根據(jù)不同故障類型，找準原因，準確迅速確定故障點，方能及時排除故障。</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　這次畢業(yè)設計讓我更加熟悉了從理論到

72、實踐的跨越。從當初的查閱資料，到現(xiàn)在的論文完成，這中間有很多值得回味的地方，還得出一個結論：知識必須通過應用才能實現(xiàn)其價值！</p><p>　　回想大學的生活，雖然有著生活中所有的喜怒哀樂，卻是很是輕松與愜意。衷心感謝所有教我的老師，感謝我的指導老師！我還要感謝校方給予我這樣一次機會，能夠獨立地完成一個課題，并在這個過程當中，給予我們各種方便，使我們在即將離校的最后一段時間里，能夠更多學習一些實踐應用知識，增強

73、了我們實踐操作和動手應用能力，提高了獨立思考的能力。</p><p><b>　　參 考 文 獻</b></p><p>　　[1]李俊秀.可編程控制器應用技術.北京.化學工業(yè)出版社，2008：34-76.</p><p>　　[2]韓鴻鸞.容維芝.數(shù)控機床的結構與維修.北京.機械工業(yè)出版社，2004：33-66.</p><

74、;p>　　[3]鄧三鵬.數(shù)控機床結構及維修.北京.國防工業(yè)出版社，2008.1：11-54.</p><p>　　[4]王潤孝.秦現(xiàn)生.機床數(shù)控原理與系統(tǒng).西安.西北工業(yè)大學出版社，2009.1：23-78.</p><p>　　[5]沈 兵.數(shù)控機床數(shù)控系統(tǒng)維修技術與實例.北京.機械工業(yè)出版社，2001：21-47.</p><p>　　[6]彭躍湘.數(shù)控