數(shù)控車床刀架設(shè)計（含全套CAD圖紙）

買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 常州機電職業(yè)技術(shù)學院 畢業(yè)設(shè)計（論文） 作 者： 相晨 學 號： 11260245 系 部： 電氣工程系 專 業(yè)： 數(shù)控設(shè)備應用與維護 題 目： 數(shù)控車床刀架設(shè)計 校內(nèi)指導教師： 企業(yè)指導教師 評閱者： 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 3 引言 隨著數(shù)控車床的發(fā)展，數(shù)控刀架開始向快速換刀、電液組合驅(qū)動和伺服驅(qū)動方向發(fā)展。 目前國內(nèi)數(shù)控刀架以電動為主，分為立式和臥式兩種。立式刀架有四、六工位兩種形式，主要用于簡易數(shù)控車床；臥式刀架有八、十、十二等工位，可正、反方向旋轉(zhuǎn)，就近選刀，用于全功能數(shù)控車床。另外臥式刀架還有液動刀架和伺服驅(qū)動刀架。 數(shù)控機床上的刀架是安 放刀具的重要部件，許多刀架還直接參與切削工作，如臥式車床上的四方刀架，轉(zhuǎn)塔車床的轉(zhuǎn)塔刀架，回輪式轉(zhuǎn)塔車床的回輪刀架，自動車床的轉(zhuǎn)塔刀架和天平刀架等。這些刀架既安放刀具，而且還直接參與切削，承受極大的切削力作用，所以它往往成為工藝系統(tǒng)中的較薄弱環(huán)節(jié)。隨著自動化技術(shù)的發(fā)展，機床的刀架也有了許多變化，特別是數(shù)控車床上采用電 (液 )換位的自動刀架，有的還使用兩個回轉(zhuǎn)刀盤。加工中心則進一步采用了刀庫和換刀機械手，定現(xiàn)了大容量存儲刀具和自動交換刀具的功能，這種刀庫安放刀具的數(shù)量從幾十把到上百把，自動交換刀具的時間從十幾秒 減少到幾秒甚至零點幾秒。因此，刀架的性能和結(jié)構(gòu)往往直接影響到機床的切削性能、切削效率和體現(xiàn)了機床的設(shè)計和制造技術(shù)水平。 關(guān)鍵詞： 刀架類型 刀架特點 各種類型刀架的操作方法 梯形圖 刀架故障與維修 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 4 目錄 第一章 引言 2 第二章 數(shù)控車床的刀架類型與作用 4 關(guān)概述 4 架的類型分類 5 類型刀架的作用 7 第三章 回轉(zhuǎn)刀架 8 轉(zhuǎn)刀架的結(jié)構(gòu) 8 械系統(tǒng) 9 制系統(tǒng) 10 轉(zhuǎn)刀架采用的轉(zhuǎn)位、定位方法 10 轉(zhuǎn)刀架采用液壓缸轉(zhuǎn)位和定位銷定位的方式 10 轉(zhuǎn)刀架采用電動機帶動離合器的定位方式 12 種定位方式的差別 12 方刀架結(jié)構(gòu)簡述 12 方刀架的工作原理 14 控刀架的系統(tǒng)設(shè)計 15 動鏈的設(shè)計 15 氣控制的設(shè)計 16 緊定位機構(gòu)設(shè)計 16 架的電氣控制 17 控車床主回路分析 17 控車床電源電路分析 18 控車床控制電路 19 軸電動機的控制 19 架電動機的控制 20 卻泵電動機控制 20 方刀架的安裝、調(diào)試 23 他刀架簡介 26 第四章 刀架常規(guī)故障診斷與維修 27 控車床四方電動刀架電氣故障舉例分析 27 結(jié)論 34 致謝 35 參考文獻 37 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 5 第二章 述 當今社會，數(shù)控技術(shù)應用漸漸成熟起 來， 數(shù)控車床、車削中心，是一種高精度、高效率的自動化機床。配備了多工位刀塔或動力刀塔，機床就有了廣泛地加工藝性能，可加工直線圓柱、斜線圓柱、圓弧以及各種螺紋、槽、蝸桿等復雜工件，具有直線插補、圓弧插補各種補償功能，并在復雜零件的批量生產(chǎn)中發(fā)揮了良好的經(jīng)濟效果。數(shù)控車床以加工精度高，自動化程度高，生產(chǎn)效率高逐漸融入到了生活中。而數(shù)控刀架也向兩種方向發(fā)展：一是高速，可靠，追求的目標是時間盡量短，以換取車削中心和加工中心的高效性；二是簡單實用，造價低，使用可靠，但換刀速度不快這兩種方向發(fā)展，各有自己的利弊。 數(shù)控 刀架的基本設(shè)計是以 （ 1） 換到時間短，以減少加工時間。 （ 2） 減少換刀動作對加工范圍的干擾。 （ 3） 刀具的重復定位精度高。 （ 4） 識刀，選刀可靠，換刀動作簡單可靠。 （ 5） 刀庫刀具儲存量合理。 （ 6） 刀庫占地面積小，并能和主機配合，使機床外觀協(xié)調(diào)美觀。 （ 7） 刀具卸載，調(diào)整，維修方便，并能得到清潔的維護。 這些方面為基本要求，使得機床的利益最大化，減少一些不必要的損失。 如今，對于中國而言，已成為制造業(yè)大國，但還不是制造業(yè)強國。我們要從制造業(yè)大國走向制造業(yè)強國，必須大力發(fā)展以數(shù)控技術(shù)為主的先進制造技術(shù)?，F(xiàn)在大多數(shù)企業(yè)為了經(jīng)濟實惠，將企業(yè) 里普通機床該裝為經(jīng)濟的數(shù)控機床如普通車床該為經(jīng)濟數(shù)控車床。然而操作者就需要具備一 定的數(shù)控技術(shù)知識。 有關(guān)人士指出，數(shù)控機床附件及其配套功能部件是我國機床工具制造業(yè) “ 十五 ” 計 劃 重 點 發(fā) 展的產(chǎn)品。雖然我國數(shù)控機床附件的研制由無到有，取得了顯著成績，但與國外先進水平相 比還是有一定差距的。為確保國產(chǎn)數(shù)買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 6 控機床的大發(fā)展，就必須把數(shù)控機床附件盡快搞上去。為此他們建議國家有關(guān)部門，盡快制定有關(guān)鼓勵、扶持國產(chǎn)數(shù)控機床附件發(fā)展的相關(guān)政策， 加大對數(shù)控機床附件行業(yè)科研和技改投入，使國產(chǎn)數(shù)控機床附件行業(yè)有一個大發(fā)展。 經(jīng)濟 數(shù)控車床主要采用回轉(zhuǎn)刀架。在操作過程中需了解刀架的安裝、調(diào)試的基本知識，以便 在出現(xiàn)故障后有一定解決故障的能力。所以（ 1）以 ，著重分析四方刀架的電氣控制原理圖；（ 2）以 列電動刀架為例分析了刀架的安 裝、調(diào)試； （ 3） 例舉了一些常見刀架故障的排除方法；對操作者在操作過程中遇見的刀架故障有所幫助，他們在遇見故障后有及時解決現(xiàn)場問題的能力。 控車床刀架的類型分類 刀架是數(shù)控車床非常重要的部件。數(shù)控車床根據(jù)其功能，刀架上可安裝的刀具數(shù)量 般為 8 把、 10 把、 12 把或 16 把，有些數(shù)控車床可以安裝更多的刀具。 刀架的結(jié)構(gòu)形式一般為回轉(zhuǎn)式，刀具沿圓周方向安裝在刀架上，可以安裝徑向車刀、軸向車刀、鉆頭、鏜刀。車削加工中心還可安裝軸向銑刀、徑向銑刀。少數(shù)數(shù)控車床的刀架為直排式，刀具沿一條直線安裝。按照不同的分法，我們可以把刀架分成不同的種類。 我們按照刀架旋轉(zhuǎn)軸向的不同，分成立式和臥式兩大類。刀架有好多樣子，其中最為常見的就是四方刀架，除此之外還有轉(zhuǎn)塔刀架，分度臺刀架，電動刀架，回轉(zhuǎn)刀架，排刀架等。立式刀架基本上用于經(jīng)濟型數(shù)控車床上，大多都是四工位，而臥式刀架一般用于中 高檔數(shù)控機床上，多為斜軌。 我們還可以按照驅(qū)動方式的不同分成電動和液壓驅(qū)動兩種，液壓驅(qū)動多用于臥式刀架。來說二者驅(qū)動的區(qū)別，主要區(qū)別在于定位方式的不同和驅(qū)動方式的不同。驅(qū)動方式的不同，再簡單不過，一種是電帶動的，而另一種是液壓帶動。數(shù)控機床的電動刀架，上、下刀體之間設(shè)有偏心支撐軸，電機設(shè)置在上刀體的上部，買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 7 減速機構(gòu)的輸出軸連接有傳動軸，傳動軸的外部嚙合有凸輪，凸輪的下方設(shè)有與偏心支撐軸動配合的反靠盤，反靠盤的外周固定有齒面向下的上齒盤，下刀體上固定有齒面向上的下內(nèi)齒盤，下內(nèi)齒盤的外周設(shè)有固定在上刀體上且 齒面向上的下外齒盤，上齒盤、下外齒盤與上刀體之間由銷軸連接。實用新型換刀時，上刀體毋需抬起，并用凸輪鎖緊和三齒盤 定位 ，所以換刀速度快，刀架夾緊力大、定位 精度 高。本實用新型的電機設(shè)置在刀架內(nèi)，對刀架和機床的尾架無干擾。此外，刀架與機床的電連接采用插頭插座方式，安裝方便。 一 排式刀架一般用于小規(guī)格數(shù)控車床，以加工棒料或盤類零件為主。其結(jié)構(gòu)形式為： 如圖示： 夾著不同 種類 刀具的刀夾沿著機床的 X 坐標軸方向排列在滑板上。這種刀架在刀具 放置 和機床調(diào)整等方面都 十分方便 ，可以根據(jù)具體 車削工藝上個各種要求 ，任意組合各種不同用途的刀具，一把刀具完成車削 進給后，橫向滑板只要按程序沿 X 軸移動預先設(shè)定的 位置后 ，第二把刀就 運動到 加工位置， 就要就算完成了一次換刀動作 。 這種換刀方式迅速省時，有利于提高機床的生產(chǎn)效率。 二 . 回轉(zhuǎn)刀架 如圖， 回轉(zhuǎn)刀架是數(shù)控車床最常用的一種換刀刀架，一般通過液壓系統(tǒng)或電氣來實現(xiàn)機床的自動換刀動作，根據(jù)加工要求可設(shè)計成四方、六方刀架或圓盤式買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 8 刀架，并相應地安裝 4 把、 6 把或更多的刀具。回轉(zhuǎn)刀架的換刀動作可分為刀架抬起、刀架轉(zhuǎn)位和刀架鎖緊等幾個步驟。它的動作是由數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出指令完成的?；剞D(zhuǎn)刀架根據(jù)刀架回轉(zhuǎn)軸與安裝底面的相對位置，分為立式刀架和臥式刀架兩種。 三 上述排刀式刀架和回轉(zhuǎn)刀架所安裝的刀具都不可能太多，即使是裝備兩個刀架，對刀具的數(shù)目也有一定限制。當由于某種原因需要數(shù)量較多的刀具時，應采用帶刀庫的自動換刀裝置。帶刀庫的自動換刀裝置由刀庫和刀具交換機構(gòu)組成。左圖為上海勝頡精密機械有限公司生產(chǎn)供應圣杰刀庫。 控刀架的作用 刀架作為數(shù)控車床的重要配件，在機床運行工作中起著至關(guān)重要的作用，一旦出現(xiàn)故障很可能導致工件報廢，甚至造成卡盤與刀架碰撞的事故。導致工期拖長帶來巨大的經(jīng)濟損失。它是車床的支撐部件之一，其中起支撐、刀具裝夾作用；同時它也是進給系統(tǒng)的一部分。最重要的是在工件加工過程中還提供切削力、定位精度。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 9 第三章 回轉(zhuǎn)刀架 轉(zhuǎn)刀架的結(jié)構(gòu)要求 圖 1 臥式回轉(zhuǎn)刀架 圖 1 立式回轉(zhuǎn)刀架 回轉(zhuǎn)刀架在結(jié)構(gòu)上要求要有良好的強度和剛度，以承受粗加工時巨大的切削力。由于車削加工精度一部分取決于刀尖位置，對于數(shù)控車床來說，加工過程中刀具位置不進行人工調(diào)整，因此更有必要選擇可靠的定位方案和合理的定位結(jié)構(gòu)，以保證回轉(zhuǎn)刀架在每次轉(zhuǎn)位之后，具有盡可能高的重復定位精度（ 數(shù)控刀架換刀原理大致一致，先以數(shù)控車床四工位刀架為例對換刀過程就行介紹。數(shù)控刀架換刀過程如下圖 所示，在接到換刀命令后，檢測裝置會檢測刀具是否在工位上，如果在將結(jié)束命令，如果沒有，將轉(zhuǎn)動電機，驅(qū)動刀架旋轉(zhuǎn)到到下一個工位上，并檢測，如果還沒有，再轉(zhuǎn)動電機，直到到工位上，再延遲相對時間，鎖緊刀架，結(jié)束換刀命令。此系統(tǒng)采用閉環(huán)系統(tǒng)，相比開環(huán)系統(tǒng)，閉環(huán)具有反饋條件功能，進行進一步調(diào)節(jié)，因此其精度更加高。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 10 數(shù)控刀架的機械系統(tǒng)總體來說分為三部分：減速傳動機構(gòu)；定位機構(gòu)；刀架抬起機構(gòu)。減速傳動機構(gòu)：由于三相異步電動機因轉(zhuǎn)速太快，不能用來直接驅(qū)動刀架進行換刀，必須經(jīng)過適當?shù)臏p速機構(gòu) 來得到一個合適的速度。由于刀架結(jié)構(gòu)緊湊，傳動比要求大，因此通常采用蝸桿副，同時蝸桿副能保證傳動精度和平穩(wěn)性，并且具有自鎖功能。定位機構(gòu)：由于刀具直接安裝在上刀體上，所以上刀體要承受全部的切削力，其鎖緊與定位的 精度將直接影響工件的加工精度。本設(shè)計上刀體的鎖緊與定位機構(gòu)選用端面齒盤，將上刀體和下刀體的 配合面加工成梯形端面齒。當?shù)都芴幱阪i緊狀態(tài)時，上下端面齒相互咬合，這時上刀體不能繞刀架的中心軸轉(zhuǎn)動；換刀時電動機正傳，抬起機構(gòu)使上刀體抬起，等上下端面齒脫開后，上刀體才可以繞刀架中心軸轉(zhuǎn)動，完成轉(zhuǎn)位動作。刀架抬 起機構(gòu)：要想使上，下刀體的 兩個端面齒脫離，就必須設(shè)計合適的機構(gòu)使上刀體抬起。本設(shè)計選用螺桿 上刀體內(nèi)部加工出內(nèi)螺紋，當電動機通過蝸桿 為螺母的上刀體要么轉(zhuǎn)動，要么上下移動。當?shù)都芴幱阪i緊狀態(tài)時，上刀體與下刀體的端面齒相互咬合，因為這時上刀體不能與螺桿一起轉(zhuǎn)動，所以螺桿的轉(zhuǎn)動會使上刀體向上移動。當端面齒脫離咬合時，上刀體就與螺桿一同轉(zhuǎn)動。 設(shè)計螺桿時要求選擇適當?shù)穆菥?，以便當螺桿轉(zhuǎn)動一定角度時，使得上刀體與下刀體的端面齒能夠完全脫離買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 11 咬合狀態(tài)。 數(shù)控刀架的控制主要是通過傳感器將各種信號收集到并反饋給機床中央單元，數(shù)控單元根據(jù)反饋信號再指揮執(zhí)行機構(gòu)，因此數(shù)控刀架的控制系統(tǒng)主要組成為：傳感器、信號轉(zhuǎn)換（ A/D,D/A）、信號傳輸單元。數(shù)控刀架的傳感器主要為：霍爾開關(guān)控制器，它利用了電磁原理避免了機械接觸，減少了磨損，因此延長了使用壽命。信號轉(zhuǎn)換：由于傳感器采集的信號為模擬信號，而中央單元是數(shù)字信號，因此為了實現(xiàn)數(shù)控刀架與機床中央單元的溝通，因此必須采用信號轉(zhuǎn)換器，它將傳感器采集的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號后，傳送給中央單元，同時也將中央單元傳來的數(shù)字信號 轉(zhuǎn)換為模擬信號后，傳送給數(shù)控刀架執(zhí)行機構(gòu)。 轉(zhuǎn)刀架采用的轉(zhuǎn)位、定位方法 回轉(zhuǎn)刀架除了采用液壓缸轉(zhuǎn)位和定位銷定位之外，還可以采用電動機帶動離合器定位的方法，以及其他轉(zhuǎn)位和定位機構(gòu)。 數(shù)控機床使用的回轉(zhuǎn)刀架是最簡單的自動換刀裝置，有四方刀架、六角刀架，即在其上裝有四把、六把或更多的刀具。 回轉(zhuǎn)刀架必須具有良好的強度和剛度，以承受粗加工的切削力：同時要保證回轉(zhuǎn)刀架在每次轉(zhuǎn)位的重復定位精度。 （ 1）回轉(zhuǎn)刀架采用液壓缸轉(zhuǎn)位和定位銷定位的方式 下 圖為 數(shù)控車床六角回轉(zhuǎn)刀架，它適用于盤類零件的加工。在加工軸類零件時，可以用四方回轉(zhuǎn)刀架。由于兩者底部安裝尺寸相同，更換刀架十分方便。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 12 數(shù)控車床六角回轉(zhuǎn)刀架 1活塞 2刀架體 3、 7齒輪 4齒圈 5空套齒輪 6活塞 8齒條 9固定插銷 10、 11推桿 12觸頭 回轉(zhuǎn)刀架的全部動 作由液壓系統(tǒng)通過電磁換向閥和順序閥進行控制，它的動作分為 4 個步驟： (1)刀架抬起 當數(shù)控裝置發(fā)出換刀指令后，壓力油由 a 孔進入壓緊液壓缸的下腔，活塞 1 上升，刀架體 2 抬起，使定位用的活動插銷 10 與固定插銷 9 脫開。同時，活塞桿下端的端齒離合器與空套齒輪 5 結(jié)合。 (2)刀架轉(zhuǎn)位 當?shù)都芴鸷?，壓力油?c 孔進入轉(zhuǎn)位液壓缸左腔，活塞 6 向右移動，通過聯(lián)接板帶動齒條 8 移動，使空套齒輪 5 作逆時針方向轉(zhuǎn)動。通過端齒離合器使刀架轉(zhuǎn)過 60。活塞的行程應等于齒輪 5 分度圓周長的 1/6，并由限位開關(guān)控制。 (3)刀架壓緊 刀架轉(zhuǎn)位之后，壓力油從 b 孔進入壓緊液壓缸上腔，活塞 1 帶動刀架體 2 下降。齒輪 3 的底盤上精確地安裝有 6 個帶斜楔的圓柱固定插銷 9，利用活動插銷 10 消除定位銷與孔之間的間隙，實現(xiàn)反靠定位。刀架體 2 下降時，定位活動插銷 10 與另一個固定插銷 9 卡緊，同時齒輪 3 與齒圈 4 的錐面接觸，刀架在新的位置定位并夾緊。這時，端齒離合器與空套齒輪 5 脫開。 (4)轉(zhuǎn)位液壓缸復位 刀架壓緊之后，壓力油從 d 孔進入轉(zhuǎn)位液壓缸的右腔，活塞 6 帶動齒條復位，由于此時端齒離合器已脫開，齒條帶動齒輪 3 在軸上空轉(zhuǎn)。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 13 如果定位和夾緊動作正常，推桿 11 與相應 的觸頭 12 接觸，發(fā)出信號表示換刀過程已經(jīng)結(jié)束，可以繼續(xù)進行切削加工。 （ 2） 回轉(zhuǎn)刀架采用電動機帶動離合器定位 如下圖（ a）所示為螺母升降轉(zhuǎn)位刀架，電動機經(jīng)彈簧安全離合器到蝸輪副帶動螺母旋轉(zhuǎn)，螺母舉起刀架使上齒盤與下齒盤分離，隨即帶動刀架旋轉(zhuǎn)到位，然后給系統(tǒng)發(fā)信號螺母反轉(zhuǎn)鎖緊。 （ 3）兩種定位方式的 區(qū)別 離合器是應用電磁效應接通或切斷運動的元件，便于實現(xiàn)自動操作。它是通過若干個安裝在各傳動軸上的離合器的吸合和分離的不同組合來改變齒輪的傳動路線，實現(xiàn)主軸的變速。 液壓缸是通 過改變不同的通油方式可以使三聯(lián)齒輪獲得三個不同的變速位置。它必須在主軸停車之后才能進行，但停車時撥動滑移齒輪嚙合又可能出現(xiàn)“頂齒”現(xiàn)象。它增加了數(shù)控機床液壓系統(tǒng)的復雜性，而且必須將數(shù)控裝置送來的信號先轉(zhuǎn)換成電磁閥的機械動作，然后再將壓力油分配到相應的液壓缸，因而增加了變速的中間環(huán)節(jié)，帶來了更多的不可靠因素。 方刀架的結(jié)構(gòu) 四方刀架是回轉(zhuǎn)刀架的一種，它的外形是四方形的，同時具有四個刀位。在買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 14 加工零件時可以根據(jù)加工要求的不同可以同時一次性裝四把刀，所以叫它四方刀架。 如下圖 8示立 式四方刀架結(jié)構(gòu)。它是采用蝸輪蝸桿傳動，三齒盤嚙合螺桿鎖緊的工作原理。具體工作程序；當主機系統(tǒng)發(fā)出轉(zhuǎn)位信號后，刀架電機轉(zhuǎn)動，電機帶動蝸桿 19 轉(zhuǎn)動，蝸桿 19 帶動蝸輪 2 轉(zhuǎn)動，蝸輪 2 與蝸桿 19 用鍵聯(lián)接，螺桿 9 的轉(zhuǎn)動把夾緊輪 14 往上抬，從而使三齒圈（內(nèi)齒圈、外齒圈和夾緊齒圈）都松開，這時離合銷進入離合盤 16 的槽內(nèi)，反靠銷 26 同時脫離反靠盤10 的槽子，上刀體 15 開始轉(zhuǎn)動，當?shù)扼w 15 轉(zhuǎn)到對應的刀位時，磁鋼 22 與發(fā)訊盤 24 上的霍爾元件相對應，發(fā)出到位信號。系統(tǒng)收到信號后發(fā)出電機反轉(zhuǎn)延時信號，電機反轉(zhuǎn)，上刀體 15 稍有反轉(zhuǎn)，反 靠銷 26 進入反靠盤 10 的槽子實行初定位，離合銷 25 脫離離合盤 16 的槽子，夾緊輪 14 往下壓緊內(nèi)外齒圈直至鎖緊，延時結(jié)束。主機系統(tǒng)指令下一道程序。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 15 方刀架工作原理 如下圖（ a）所示為 回轉(zhuǎn)刀架的工作原理為機械螺母升降轉(zhuǎn)位式 刀架，電動機經(jīng)彈簧安全離合器到蝸輪副帶動螺母旋轉(zhuǎn)，螺母舉起刀架使上齒盤與下齒盤分離，隨即帶動刀架旋轉(zhuǎn)到位，然后給系統(tǒng)發(fā)信號螺母反轉(zhuǎn)鎖緊。 工作過程可分為刀架抬起、刀架轉(zhuǎn)位、刀架定位并壓緊等幾個步驟。圖 螺旋升降式四方 刀架，其工作過程如下： 刀架抬起 當數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出換刀指令后 , 通過接口電路使電機正轉(zhuǎn) , 經(jīng)傳動裝置 2、驅(qū)動蝸桿蝸輪機構(gòu) 1、蝸輪帶動絲桿螺母機構(gòu) 8 逆時針旋轉(zhuǎn) ,此時由于齒盤 4、 5 處于嚙合狀態(tài)，在絲桿螺母機構(gòu) 8 轉(zhuǎn)動時，使上刀架體產(chǎn)生向上的軸向力將齒盤松開并抬起 ,直至兩定位齒盤 4、 5 脫離嚙合狀態(tài) ,從而帶動上刀架和齒盤產(chǎn)生 “上臺 ”動作。 刀架轉(zhuǎn)位 當圓套 9 逆時針轉(zhuǎn)過 150時，齒盤 4、 5 完全脫開，此時銷釘準確進入圓套 9 中的凹槽中，帶動刀架體轉(zhuǎn)位。 刀架定位 當上刀架轉(zhuǎn)到需要到位 后（旋轉(zhuǎn) 90、 180或 270），數(shù)控裝置發(fā)出的換刀指令使霍爾開關(guān) 10 中的某一個選通 ,當磁性板 11 與被選通的霍爾開關(guān)對齊后 ,霍爾開關(guān)反饋信號使電機反轉(zhuǎn) ,插銷 7 在彈簧力作用下進入反靠盤 6地槽中進行粗定位，上刀架體停止轉(zhuǎn)動，電機繼續(xù)反轉(zhuǎn)，使其在該位置落下，通過螺母絲桿機構(gòu) 8 使上刀架移到齒盤 4、 5 重新嚙合 , 實現(xiàn)精確定位。 刀架壓緊 刀架精確定位后，電機及許反轉(zhuǎn)，夾緊刀架，當兩齒盤增加到一定夾緊力時， 電機由數(shù)控裝置停止反轉(zhuǎn)，防止電機不停反轉(zhuǎn)而過載毀壞，從而完成一次換刀過程。 經(jīng)傳動裝置 2 驅(qū)動蝸桿蝸輪機構(gòu) 1 螺母機構(gòu) 8 齒盤 4、 5 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 16 控刀架的系統(tǒng)設(shè)計 將從傳動鏈、鎖緊、電氣部分對數(shù)控刀架進行設(shè)計，以六方為例。由于驅(qū)動刀架換刀的速度很低，而驅(qū)動電機的轉(zhuǎn)速很高，因此必須經(jīng)過傳動機構(gòu)，對其速度進行調(diào)整，調(diào)整到一個合理的狀態(tài)時，再驅(qū)動刀具。本章以數(shù)控車床轉(zhuǎn)盤式刀架為例，進行傳動設(shè)計，通常數(shù)控刀架的傳動系統(tǒng)有很多種，如圖 3 圖 3 1）傳動鏈的設(shè)計 刀架的結(jié)構(gòu)空間比較小，且要求傳動比的很高，因此傳動鏈中采用蝸桿渦輪傳動，其傳動鏈布置圖如 圖。其傳動過程為：電機 蝸輪蝸桿 離合器 刀架。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 17 （ 2）鎖緊定位機構(gòu)設(shè)計 刀架的定位鎖緊機構(gòu)采用端齒盤，如果 3齒盤具有自動定心功能的機密定位元件，廣泛用于加工中心、數(shù)控機床。其實際上相當于一對齒數(shù)相同的離合器，其嚙合過程與離合器相似。根據(jù)齒形可以分為直齒和弧齒兩種，直齒結(jié)構(gòu)簡單，加工方便，弧齒性能良好，允許一定的角位移，但是加工復雜，結(jié)合實際情況選取弧齒。 圖 3 3）電氣控制部分 數(shù)控刀架的電氣控制部分主要包括接受電路和發(fā)送電路 ，如圖 3受電路：轉(zhuǎn)盤上有 6 只霍爾開關(guān)，轉(zhuǎn)位時，磁鐵對準某一個霍爾開關(guān)引起電位變化，再經(jīng)過 6 只光耦合處理，經(jīng)過光電隔離信號送給 I/0 接口芯片 8255?；魻栐且环N磁敏感元件，當具有磁性的物體接近霍爾元件時，其內(nèi)部產(chǎn)生霍爾效應使內(nèi)部電位發(fā)生變化，由此來識別磁性物體。再得到換刀信號后，霍爾開關(guān)接通，通過功放電路后，驅(qū)動刀架，刀架抬起，轉(zhuǎn)過一個工位，再檢查是否為所需要刀位，若是，換刀結(jié)束，否則繼續(xù)重復上面的動作，直至所需到位。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 18 圖 3架的電氣控制 （ 1） 控車床主 回路分析 2 是 控車床電氣控制中的 380V 強電回路。 圖 8 2 中 電源總開關(guān)。 別為主軸強電、伺服買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 19 強電、冷卻電動機、刀架電動機的空氣開關(guān) ,它們的作用是接通電源及短路、過流時起保護作用；其中 輔助觸頭 ,該觸點輸入到 為 并且這兩個空開的保護電流為可調(diào)的 ,可根據(jù)電動機的額定電流來調(diào)節(jié)空開的設(shè)定值 ,起到過流保護作用 。 別為主軸電動機、伺服電動機、冷卻電動機交流接觸器 ,由它們的主觸點控制相應電動機； 用于控制刀架的正反轉(zhuǎn)。 三相伺服變壓器 ,將交流 380V 變?yōu)榻涣?200V,供給伺服電源模塊。 阻容吸收 ,當相應的電路斷開后 ,吸收伺服電源模塊、冷卻電動機、刀架電動機中的能量 ,避免產(chǎn)生過電壓而損壞器件。 2電源電路分析 圖 8 3為 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 20 圖 8 3中 初級為 級為 中 作燈提供電源； 源模塊、4將 給世紀星數(shù)控系統(tǒng)、 輸出、 24服模塊、電源模塊、吊掛風扇提供電源； （ 1） 主軸電動機的控制 圖 8 4、圖 別為交流控制回路圖。 在圖 8 2中 ,先將 在圖 8 5中 ,當機床未壓限位開關(guān)、伺服未報警、急停未壓下、主軸未報警時 ,繼電器觸點吸合 ,并且 出點 繼電器觸點吸合 ,在圖 8 4中 ,交流接觸器觸點吸合 ,在圖 8主軸變頻 器加上 有主軸正轉(zhuǎn)或主軸反轉(zhuǎn)及主軸轉(zhuǎn)速指令時 (手動或自動 ),在圖 8 5中 ,11有效、主軸轉(zhuǎn)速指令輸出對應于主軸轉(zhuǎn)速的直流電壓值 (O 主軸變頻器上 ,主軸按指令值的轉(zhuǎn)速正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)；當主軸速度到達指令值時 ,主軸變頻器輸出主軸速度買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 21 到達信號給 軸轉(zhuǎn)動指令完成。主軸的啟動時間、制動時間由主軸變頻器內(nèi)部參數(shù)設(shè)定。 (2)刀架電動機的控制 當有手動換刀或自動換刀指令時 ,經(jīng)過系統(tǒng)處理轉(zhuǎn)變?yōu)榈段恍盘?,這時在圖8 5中 ,06有效 ,繼電器觸點閉合 ,在圖 8 4中 ,交流接觸器主觸點吸合 ,刀架電動機正轉(zhuǎn)；當 入點檢測到指令刀具所對應的刀位信號時 ,06有效撤銷 ,刀架電動機正轉(zhuǎn)停止；接著07有效 ,繼電器觸點閉合 ,在圖 8 4中 交流接觸器主觸點吸合 ,刀架電動機反轉(zhuǎn) ,延時一定時間后（該時間由參數(shù)設(shè)定 ,并根據(jù)現(xiàn)場情況作調(diào)整 ,07有效銷 ,刀架電動機反轉(zhuǎn)停止 ,換刀過程完成。為 了防止電源短路和電氣互鎖 ,在刀架電動機正轉(zhuǎn)繼電器線圈、接觸器線圈回路中串入了反轉(zhuǎn)繼電器、接觸器常閉觸點 ,反轉(zhuǎn)繼電器、接觸器線圈回路中串入了正轉(zhuǎn)繼電器、接觸器常閉觸點。請注意 ,刀架轉(zhuǎn)位選刀只能一個方向轉(zhuǎn)動 ,取刀架電動機正轉(zhuǎn)。刀架電動機反轉(zhuǎn)時 ,刀架鎖緊定位。 （ 3）冷卻泵電動機控制 當有手動或自動冷卻指令時 ,這時在圖 8 4 中 出 效 ,電器線圈通電 ,繼電器觸點閉合 ,在圖 8 4 中 流接觸器線圈通電 ,交流接觸器主觸點吸合 ,冷卻電動機旋轉(zhuǎn) ,帶動冷卻泵工作。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 22 圖 8 4 交流控制電路 8 5 直流控制電路（ 出） 圖中各器件的作用如下： 序 號 名 稱 含 義 1 刀架電動機 2 刀架電動機帶過載保護的電源空開 3 刀架電動機正、反轉(zhuǎn)控制交流接觸器 4 由急?？刂频闹虚g繼電器 5 刀架電動機正、反轉(zhuǎn)控制中間繼電器 6 4 刀位檢測霍爾開關(guān) 7 手動刀位選擇按鈕 8 手動換刀啟動按鈕 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 23 9 三相滅弧器 10 單相滅弧器 自動刀架控制涉及到的 I/O 信號如下： 入信號： 架電動機過熱報警輸入； 14 號刀到位信號輸入； 動刀位選擇按鈕信號輸入； 動換刀啟動按鈕信號輸入； 出信號： 架正轉(zhuǎn)繼電器控制輸出； 架反轉(zhuǎn)繼電器控制輸出。 我們現(xiàn)在已經(jīng)清楚了刀架控制的 I/O 信號，下面我們結(jié)合這些信號來分析一下?lián)Q刀過程，刀架換刀有兩種模式，一種是手動換刀，一種是通過 T 指令進行自動換刀。 1、 首先我們將機床調(diào)至手動狀態(tài)，通過刀位選擇按鍵進行目的刀位選擇，有的系統(tǒng)是利用波段開關(guān)的形式進行實現(xiàn)，有的系統(tǒng)是利用記數(shù)的形式來實現(xiàn)，比如說通過檢測刀 位選擇信號（ 狀態(tài)，如果按下刀位選擇按鍵， 狀態(tài)應該會改變一次，計數(shù)器的數(shù)值會發(fā)生改變，系統(tǒng)選擇的目的刀具也會發(fā)生買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 24 相應的改變。 2、 選擇目的刀具完成以后，下面就是將機床刀架的當前刀位轉(zhuǎn)換到目的刀位。我們按下刀位轉(zhuǎn)換按鍵 后。這時系統(tǒng) 出一個刀架正轉(zhuǎn)信號 合； 合，這是刀架電機開始正向旋轉(zhuǎn)，刀架開始正轉(zhuǎn)。 3、刀架在正向旋轉(zhuǎn)的過程中不停的對刀位輸入信號進行檢測，如圖 3 所示，每把刀具各有一個霍爾位置檢測開關(guān)。各刀具按順序依次經(jīng)過發(fā)磁體位置產(chǎn)生相應的刀位信號。 方刀架的安裝與調(diào)試 刀架的電氣部分分強電和弱電兩部分， 強電部分由三相電源驅(qū)動三相交流異步電動機正反旋轉(zhuǎn)從而實現(xiàn)刀架的松開、轉(zhuǎn)位、鎖緊等動作；弱電部分主要由位置傳感器 發(fā)訊盤采用霍爾傳感器發(fā)訊。 電動刀架一般有四工位或六工位，由電動機、機械換刀機構(gòu)、發(fā)訊盤等組成，當系統(tǒng)發(fā)出換刀信號，刀架電機正轉(zhuǎn)，通過減速機構(gòu)和升降機構(gòu)將上刀體上升至一定位置，離合盤起作用，帶動上刀體旋轉(zhuǎn)到所選擇刀位，發(fā)訊盤發(fā)出 刀位到位信號，刀架電機反轉(zhuǎn)，完成初定位后上刀體下降，齒牙盤嚙合，完成精確定位，并通過升降機構(gòu)鎖緊刀架。 1、刀架的控制原理 如上圖所示，當手動或自動狀態(tài)下執(zhí)行換刀指令時，微機接口輸出一組換刀信號（ +24 V），使刀架控制箱的直流繼電器 合，把三相正相序交流電送給刀架電機，電機正轉(zhuǎn)并通過減速機構(gòu)帶動刀架上升轉(zhuǎn)位，旋轉(zhuǎn)到所選刀位。到位后發(fā)訊盤發(fā)出刀架到位信號，微機得到信號后撤除換刀信號， 電釋放，電機停止正轉(zhuǎn)。微機輸出另一組 +24V 電壓給刀架控制箱，使另一個直流繼電器 機得到反相序交流 電，電機反轉(zhuǎn)，刀架上刀體下降并固緊，霍爾元件向微機發(fā)出回答信號，微機得到回答信號后開始執(zhí)行下道工序。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 25 2、刀架正反轉(zhuǎn)控制 如下圖所示，當時間繼電器 圈得電時， 助觸點閉合，電機正轉(zhuǎn)即刀架正轉(zhuǎn)； 當時間繼電器 圈得電時， 助觸點閉合，電機反轉(zhuǎn)即刀架反轉(zhuǎn)。 3 刀架的安裝 刀架的安裝一般分為兩部分： 1 機械安裝 2 電氣安裝 繼電器板 架正轉(zhuǎn) 1 1 2 繼電器板 架反轉(zhuǎn) 1 1 2 +7 9 13 114 220A 220B +文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 26 （ 1） 機械安裝 一般機械安裝是指刀架的上刀體、下刀體、電機、發(fā)訊盤等組合。它一般在廠家出廠時就安裝、調(diào)試好的， 無需使用者在安裝。使用者只需將其放置平穩(wěn)、安全的地方將其固定即可。 （ 2） 電氣安裝 電氣安裝一般分為： 1 強電電路 2 控制電路 （ 1） 強電電路 所謂的強電電路就是采用 380V 三相制的交流電。它是用來控制電機的正、反轉(zhuǎn)。其中用到得一個重要的電氣元件交流接觸器，它主要是頻繁的接通電路，從而控制電機的正、反轉(zhuǎn)。其電路的連接主要是將刀架的電源線與車床的電源相連接。 注意：在接電源的時候，要將相序一一對應。不要將相序接反。 （ 2） 控制電路 所謂控制電路就是一個有順序的邏輯控制。簡單的說就是一種開關(guān)量的控制，它是通過中間繼電器來控制接 觸器的線圈，從而控制電機的正、反轉(zhuǎn)。其電路的連接需通過具體的電路圖來進行電路的連接。 他刀架類型 除了上文敘述的幾種刀架，這里再說些不常見的刀架類型。 平口鉗也就是通稱的虎鉗，是一種通用夾具，其工作原理是：絲杠螺母帶動活動鉗身，到達夾緊與松開的。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 27 圖 4機夾式刀架勢采用機械夾持方法將刀具固定在刀架上，這樣避免了焊接刀具產(chǎn)生的裂紋，提供了刀架的耐用度，只需更換刀片即可，同時避免了焊接產(chǎn)生高溫引起的裂紋，提供了刀片的使用壽命。從固定方式上可分為： 上壓式、側(cè)壓式、切屑力固定式。上壓式采用螺栓壓緊壓板，再加刀片壓緊。測壓式是利用刀片本身的斜面，固定在刀架的楔塊里，切屑力式固定利用切屑力將刀片固定在斜槽中，結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，無沖擊振動。 圖 4文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 28 轉(zhuǎn)盤式刀庫又稱為圓盤式刀庫，在每個刀為上有編號，從一開始到24 或者其他，這些便是刀片的地址，當轉(zhuǎn)到指定的位置時，通過換刀機構(gòu) (機械手 )將其裝在主軸上。 第四章 刀架常規(guī)故障診斷與維修 控車床四方電動刀架電氣故障分析 數(shù)控機床的安裝、調(diào)試是指機床 由制造廠經(jīng)運輸商運送到用戶，安裝到車間工作場地后，經(jīng)過檢查、調(diào)試直到機床能正常運轉(zhuǎn)，投入使用等一系列的工作過程。數(shù)控機床屬于高精度自動化的機床，所以安裝、調(diào)試時必須嚴格按照機床制造商提供的使用說明書及有關(guān)的標準進行。機床安裝、調(diào)試效果直接影響到機床的正常使用和效果。然而刀架也是機床的一重要組成部分，它的安裝、調(diào)試也直接影響機床的使用壽命。同時在安裝、調(diào)試過程中也會出現(xiàn)各種各樣的故障，這也就要求我們需要具備一些解決常見故障的能力。 隨著 電子技 術(shù) 和 自動化 技術(shù) 的高速 發(fā) 展 ， 數(shù) 控 技 術(shù) 的應用 越來 越廣泛 。以微 處理 器 為基 礎(chǔ) ， 以 大 規(guī)模 集成 電路 為標 志 的數(shù)控設(shè)備 ， 給機 械制 造業(yè) 的 發(fā) 展創(chuàng)造 了條件 ， 并帶 來 了很大 的效 益 。數(shù) 控 機床 是一 種高 投入 的高效 自動 化機床 ， 加 工柔 性好 、 精度 高 ， 由于其投 資比普通機床高得多 。 因此降低數(shù)控 機 床故 障率 ， 縮短 故 障修 復時 間提高 機 床 利用 率是 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 29 十分重要 的工作 。但 由于技術(shù) 越來越 先進 、 復雜 ， 對 維修 人員 的素 質(zhì)要 求很 高 ， 要求 他們 具 有較 深 的專 業(yè) 知識 和豐 富 的維 修 經(jīng)驗 ， 這樣 才 能及 時排 除 數(shù) 控 機床 出現(xiàn) 的故 障 。在 日常故 障中 ， 我們 經(jīng) 常遇 見 的 是 刀架 類 、 主軸 類 、 螺 紋 加工 類 、 系 統(tǒng)顯 示 類 、 驅(qū) 動 類 、 通 信類 等故 障 。而刀架 故 障在其 中 占有 很 大 比 例 。在這 里 ，以采用 統(tǒng) 的 140 數(shù)控車床為例 ， 介紹 一下日常工作中遇見的四工位電動刀架各類故障及相應地解決方法 。 一、 基礎(chǔ)知識 電動刀架的電氣控制分強電和弱電兩部分， 強 電部分由三相電源驅(qū)動三相交流異步電動機正、反向旋轉(zhuǎn) ，從而實現(xiàn)電動刀架的松開、轉(zhuǎn)位、鎖緊等動作； 弱電部分主要由位置傳感器一發(fā)訊盤構(gòu)成。發(fā)訊盤采用霍爾傳感器發(fā)訊。當我們 換 刀 時 ， 數(shù) 控 系 統(tǒng) 將 正轉(zhuǎn)信 號送 出 ， 正 轉(zhuǎn)繼 電器 吸合 ， 電機 正轉(zhuǎn)，電機帶動蝸桿、蝸輪、螺桿轉(zhuǎn)動 ，使上刀體抬起 ，當上刀體 抬至一 定 高度 時離 合盤 進入 離合 盤槽 ， 離 合盤 帶 動離 合銷 ， 離 合盤 銷帶 動上 刀體 轉(zhuǎn) 位 。 當上 刀體 旋 轉(zhuǎn)到 所需 刀位時 ，即檢 測到 相應刀位信號 ( T 4) 時 ， 霍 爾元件 電路發(fā) 出到 位信 號 ， 正轉(zhuǎn) 繼 電 器 松開 、 反轉(zhuǎn) 繼 電器吸 合 ， 電機 正轉(zhuǎn) ， 離合 盤 帶 動離 合 銷 使上 刀 體 反轉(zhuǎn) ， 反靠 銷 進 入 反靠 盤 槽 ， 離合 銷 從 離合 盤槽 中爬 出 ， 刀架完 成粗 定位 。同 時上 刀體 下 降 ， 端 齒 嚙合 ， 完成 精定 位動 作 ， 刀架鎖 緊 。反轉(zhuǎn) 時 間到 ， 反轉(zhuǎn) 繼 電器 松開 ， 電機停止 。 維修 過 程 中需 要 利 用 機 床 的 調(diào)試 頁 面 ，查 看 P L C 狀態(tài) ， 當然也 可查看 P L C 程序 。 其 相關(guān) I O 定義 為 ： 1 號刀位輸入信號 - 0 2 號刀位輸入信號 l - l 3 號刀位輸入信號 - 2 4 號刀位輸入信號 - 3 刀架正轉(zhuǎn) 4 刀架反轉(zhuǎn) 5 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 30 故 障 舉 例 故障現(xiàn)象一 系統(tǒng)不能正確的找到刀位或系統(tǒng)報警 “ 尋找刀位超間 ” 。 故障分析： 刀架在尋找刀具的過程中，都有時間的設(shè) 定，如果超出系統(tǒng)設(shè)定的時間就會出現(xiàn)系統(tǒng)報警。該故障現(xiàn)象說明系統(tǒng)在設(shè)定的時間內(nèi)沒有接收到刀架側(cè)的刀位信號。 故障檢測： 首先檢測霍爾元件是否塤壞或強力磁體位置是否合適，其次再檢測刀架信號電纜是否斷路。 故障現(xiàn)象二 換刀后刀架不能鎖緊。 故障分析： 如圖 3 為一數(shù)控機床刀架控制的梯形圖。 圖 3 刀架控制梯形圖 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 31 如圖 4 是數(shù)控刀架控制的電器原理圖。 圖 4 刀架控制的電器原理圖 從圖中可以看出數(shù)控機床刀架不能鎖緊，說明能找到刀位，但刀架電機 沒有得到反轉(zhuǎn)電源。該故障現(xiàn)象說明系統(tǒng)沒有發(fā)出刀架電機反轉(zhuǎn)指令或雖然發(fā)出指令但刀架電機反轉(zhuǎn)交流接觸器沒有吸合。 故障檢測： 首先檢測霍爾元件工作是否穩(wěn)定，這種故障經(jīng)常會出現(xiàn)由于霍爾元件工作不穩(wěn)定，雖然找到了刀位，由于慣性的作用，刀架轉(zhuǎn)過一定的角度位置使刀位信號丟失，系統(tǒng)未能在規(guī)定的時間內(nèi)持續(xù)發(fā)出反轉(zhuǎn)指令，而使刀架不能反轉(zhuǎn)；其次檢測刀架電機正反轉(zhuǎn)交流接觸器，有時刀位信號開關(guān)正常，系統(tǒng)也發(fā)出了反轉(zhuǎn)指令，但是由于刀架電機的交流接觸器具有互鎖，當?shù)都茈姍C的正轉(zhuǎn)交流接觸器打火粘聯(lián)時，不能馬上斷電，導致反轉(zhuǎn)接觸器 不能吸合，刀架也就不能鎖緊。因系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)出反轉(zhuǎn)信號，所以也不會出現(xiàn)報警。 故障現(xiàn)象三 換刀后機床不能自動運行。 故障分析： 有的數(shù)控機床加裝了刀架鎖緊到位開關(guān)，從圖 4 中可以看出該機床加裝了 架鎖緊到位開關(guān)，如果該開關(guān)沒有閉合，那么買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 32 即使換刀正確機床也不能執(zhí)行下一步程序；如果換刀不正確，機床同樣也不會