畢業(yè)設(shè)計(jì)論文FANUC數(shù)控車床的刀架控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)課題名稱： fanuc數(shù)控車床的刀架控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名 學(xué) 號(hào) 二級(jí)學(xué)院（系） 電氣電子工程學(xué)院 專 業(yè) 機(jī)電一體化技術(shù) 班 級(jí) 指導(dǎo)教師 起訖時(shí)間：2012年2月13日2012 年4月6 日課題名稱:fanuc數(shù)控車床摘 要六工位簡(jiǎn)易刀架是經(jīng)濟(jì)型車床上最常用的一種自動(dòng)換刀機(jī)構(gòu)。刀架采用三相異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，刀位檢測(cè)采用霍爾元件。這種刀架只能單方向換刀，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)換刀，反轉(zhuǎn)鎖緊。數(shù)控車床的刀架是機(jī)床的重要組成部分，刀架用于夾持切削用的刀具，其結(jié)構(gòu)直接影響機(jī)床的切削性能和切削效率。因此數(shù)控車床的刀架設(shè)計(jì)的好與壞、效率高與低將直接影響到產(chǎn)品的加工時(shí)間和質(zhì)量，進(jìn)而影響到制造業(yè)的飛速發(fā)

2、展。本設(shè)計(jì)主要對(duì)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、主要傳動(dòng)部件的設(shè)計(jì)和電氣控制部分設(shè)計(jì)。包括電氣電路和控制軟件的設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)的自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架控制系統(tǒng)電路簡(jiǎn)單，可靠性高，有效地解決了傳統(tǒng)機(jī)床換刀主要依靠手工換刀，輔助時(shí)間長(zhǎng)，精度不高，累積誤差大，加工出的產(chǎn)品既費(fèi)時(shí)且質(zhì)量不如數(shù)控加工的問(wèn)題，也為車床數(shù)控改造中的自動(dòng)換刀問(wèn)題提供一種有效的解決途徑。關(guān)鍵詞：機(jī)械設(shè)計(jì)；刀架控制原理；刀架電氣控制系統(tǒng)；自動(dòng)換刀；自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架。目 錄摘要i第1章 機(jī)械結(jié)構(gòu)21.1 刀架總述21.2 數(shù)控車床刀架的分類2 1.3 數(shù)控車床刀架傳動(dòng)裝置的原理與應(yīng)用.31.4 數(shù)控車床六工位刀架換刀工作原理.8 第2章 數(shù)控車刀架電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)12

3、 2.1 霍爾原理在刀架中運(yùn)用的簡(jiǎn)單概述 .122.2六工位刀架plc接線原理圖.13 2.3 六工位刀架梯形圖.14第3章 數(shù)控車刀架常見(jiàn)故障分析.153.1數(shù)控車刀架機(jī)械與電氣故障分析排除.15 3.2 數(shù)控車床刀架常見(jiàn)故障的實(shí)例分析.16 3.3 刀架使用注意事項(xiàng).17第4章 結(jié)論19參考文獻(xiàn)20致謝21附錄.22第1章 機(jī)械結(jié)構(gòu)1.1 刀架總述數(shù)控刀架安裝在數(shù)控車床的滑板上。它上面可以裝夾多把刀具，在加工中實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換刀刀架的作用是裝夾車刀，孔加工刀具及螺紋刀具并能準(zhǔn)確迅速的選擇刀具進(jìn)行對(duì)工件的切削。刀架滑板由縱向（z軸）滑板和橫向（x軸）滑板組成，z軸滑板安裝在床身導(dǎo)軌上，可以沿床身縱

4、向運(yùn)動(dòng)，橫向滑板安裝在縱向滑板上，能沿縱向滑板的導(dǎo)軌進(jìn)行橫向運(yùn)動(dòng)，刀架滑板的作用是安裝在其上的刀架刀具在加工中實(shí)現(xiàn)縱向和橫向的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。1.2 數(shù)控車床的刀架分類自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架按其工作原理可分為：1.螺旋轉(zhuǎn)位刀架如固 1-1 所示，電機(jī)經(jīng)彈簧安全離合器至蝸輪副帶動(dòng)螺母旋轉(zhuǎn)，螺母舉起刀架使端齒盤(pán)的上盤(pán)與下盤(pán)分離，隨即帶動(dòng)刀架旋轉(zhuǎn)到位，然后發(fā)信號(hào)使電機(jī)反轉(zhuǎn)鎖緊，使刀架換位，進(jìn)行切削加工。螺母升降式零件多，但加力可靠，精度較高，許多刀架都利用這種原理設(shè)計(jì)。圖1-1 螺旋轉(zhuǎn)位刀架 圖1-2十字槽輪轉(zhuǎn)位1-內(nèi)裝信號(hào)盤(pán) 2-刀架 3-端齒盤(pán) 4-電機(jī) 5-安全離合器 a-銷釘 b-十字2.十字槽輪轉(zhuǎn)位刀架如

5、圖 1-2 所示，是利用槽輪原理轉(zhuǎn)位及鎖緊(還要加定位銷)。銷釘 a 每轉(zhuǎn)周，刀架轉(zhuǎn) 60°。十字槽輪式體積大，零件多，目前使用較少。3.凸臺(tái)棘爪式轉(zhuǎn)位刀架蝸輪帶動(dòng)凸臺(tái)相對(duì)于凸臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)使其上下端齒盤(pán)分離，繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，則棘輪機(jī)構(gòu)推動(dòng)刀架轉(zhuǎn)60°，然后利用接觸開(kāi)關(guān)或霍爾元件發(fā)出信號(hào)，使電機(jī)反轉(zhuǎn)，重新鎖緊刀架。凸臺(tái)棘爪式重復(fù)定位精度相對(duì)較低。4.液壓式轉(zhuǎn)位刀架液壓擺動(dòng)油缸控制轉(zhuǎn)位的刀架，由擺動(dòng)閥芯，可帶動(dòng)刀架轉(zhuǎn)位的撥爪，還有一個(gè)向下拉緊的小油缸組成，油缸可產(chǎn)生 1000kg 以上的拉緊力。這種轉(zhuǎn)位刀架的特點(diǎn)是轉(zhuǎn)位可靠，但液壓件制造難，且有油漏及發(fā)熱等問(wèn)題。 5.刀庫(kù)的自動(dòng)換刀裝置上述

6、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(gè)刀架，對(duì)刀具的數(shù)目也有一定限制。當(dāng)由于某種原因需要數(shù)量較多的刀具時(shí)，應(yīng)采用帶刀庫(kù)的自動(dòng)換刀裝置。帶刀庫(kù)的自動(dòng)換刀裝置由刀庫(kù)和刀具交換機(jī)構(gòu)組成。常見(jiàn)帶刀庫(kù)的換刀裝置 圖1-3換刀裝置1.3數(shù)控車床刀架傳動(dòng)裝置的原理與運(yùn)用1.3.1蝸輪蝸桿的概述蝸桿傳動(dòng)是由蝸桿和蝸輪組成的；它是由交錯(cuò)軸斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)演變而來(lái)。為了改善嚙合狀況，常將蝸輪分度圓柱面的母線改為圓弧形，使之將蝸桿部分地包住，并用與蝸桿形狀和參數(shù)相同的滾刀范成加工蝸輪，這樣嚙合齒廓間的接觸為線接觸，可傳遞較大的動(dòng)力。蝸桿傳動(dòng)用于傳遞兩根空間交錯(cuò)軸間的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力，兩軸間的夾角可為

7、任意值，通常為90°蝸桿的優(yōu)點(diǎn)：傳動(dòng)比大：在動(dòng)力傳動(dòng)中，單級(jí)傳動(dòng)比在880；只傳遞運(yùn)動(dòng)或用于分度時(shí)，單級(jí)傳動(dòng)比可達(dá)1000；蝸輪蝸桿由于傳動(dòng)比大，因而結(jié)構(gòu)緊湊；傳動(dòng)平穩(wěn)、沒(méi)有噪音。當(dāng)蝸桿分度圓導(dǎo)程角小于輪齒間的當(dāng)量摩擦角時(shí)，蝸桿傳動(dòng)具有自鎖性蝸桿傳動(dòng)的主要缺點(diǎn)：效率低，摩擦磨損大。 當(dāng)蝸桿主動(dòng)時(shí)，效率一般為70%80%；具有自鎖性能時(shí)，效率為0.4左右。為了減摩耐磨，蝸輪齒圈常需用青銅制造，成本較高。蝸桿軸向力較大，致使軸承受力損害較大。蝸桿傳動(dòng)的類型：按蝸桿齒螺旋方向，有左旋蝸桿和右旋蝸桿，為方便切制，一般采用右旋蝸桿。按蝸桿螺旋線頭數(shù)，有單頭蝸桿和多頭蝸桿。按蝸桿齒面硬度，有軟面

8、蝸桿和硬面蝸桿。軟面蝸桿只經(jīng)調(diào)質(zhì)處理，用于低速輕載及不重要的傳動(dòng)中。硬面蝸桿可用滲碳鋼淬火或中碳鋼表面淬火獲得，蝸桿齒面必須磨削。硬面蝸桿精度高，承載大，多用于大動(dòng)力傳動(dòng)中。按蝸桿分度曲面形狀不同，蝸桿傳動(dòng)可以分為圓柱蝸桿傳動(dòng)、環(huán)面蝸桿傳動(dòng)和錐蝸桿傳動(dòng)。其分度曲面分別是圓柱面、圓環(huán)面和圓錐面。圓柱蝸桿傳動(dòng)包括普通圓柱蝸桿傳動(dòng)和圓弧圓柱蝸桿傳動(dòng)兩類。1.3.2蝸輪蝸桿的工作原理與特點(diǎn)蝸輪蝸桿傳動(dòng)的兩軸相互交叉垂直；蝸桿可以看成為在圓柱體沿著螺旋線繞有一個(gè)齒（單頭）或幾個(gè)齒（多頭）的螺旋，渦輪就像個(gè)斜齒輪，但它的齒包著蝸桿。在粘合時(shí)，蝸桿轉(zhuǎn)意轉(zhuǎn)，就帶動(dòng)渦輪轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)齒（單頭蝸桿）或幾個(gè)齒（多頭蝸桿）

9、，因此蝸輪蝸桿傳動(dòng)的速比i=蝸桿的頭數(shù)z1/渦輪的齒數(shù)z2。特點(diǎn)：1. 可以得到很大的傳動(dòng)比，比交錯(cuò)軸斜齒輪機(jī)構(gòu)緊湊2. 兩輪嚙合齒面間為線接觸，其承載能力大大高于交錯(cuò)軸斜齒輪機(jī) 構(gòu).3.蝸桿傳動(dòng)相當(dāng)于螺旋傳動(dòng)，為多齒嚙合傳動(dòng)，故傳動(dòng)平穩(wěn)、噪音很小。4.具有自鎖性。當(dāng)蝸桿的導(dǎo)程角小于嚙合輪齒間的當(dāng)量摩擦角時(shí)，機(jī)構(gòu)具有自鎖性，可實(shí)現(xiàn)反向自鎖，即只能由蝸桿帶動(dòng)蝸輪，而不能由蝸輪帶動(dòng)蝸桿。如在其重機(jī)械中使用的自鎖蝸桿機(jī)構(gòu)，其反向自鎖性可起安全保護(hù)作用。5.傳動(dòng)效率較低，磨損較嚴(yán)重。蝸輪蝸桿嚙合傳動(dòng)時(shí)，嚙合輪齒間的相對(duì)滑動(dòng)速度大，故摩擦損耗大、效率低。另一方面，相對(duì)滑動(dòng)速度大使齒面磨損嚴(yán)重、發(fā)熱嚴(yán)重，

10、為了散熱和減小磨損，常采用價(jià)格較為昂貴的減摩性與抗磨性較好的材料及良好的潤(rùn)滑裝置，因而成本較高。1.3.3蝸輪蝸桿常見(jiàn)原因及解決方法 1：常見(jiàn)故障（1）減速機(jī)發(fā)熱和漏油。為了提高效率，蝸輪減速機(jī)一般均采用有色金屬做蝸輪，蝸桿則采用較硬的鋼材。由于是滑動(dòng)摩擦傳動(dòng)，運(yùn)行中會(huì)產(chǎn)生較多的熱量，使減速機(jī)各零件和密封之間熱膨脹產(chǎn)生差異，從而在各配合面形成間隙，潤(rùn)滑油液由于溫度的升高變稀，易造成泄漏。造成這種情況的原因主要有四點(diǎn)，一是材質(zhì)的搭配不合理；二是嚙合摩擦面表面的質(zhì)量差；三是潤(rùn)滑油添加量的選擇不正確；四是裝配質(zhì)量和使用環(huán)境差（2）蝸輪磨損。蝸輪一般采用錫青銅，配對(duì)的蝸桿材料用45鋼淬硬至hrc455

11、5，或40cr淬硬hrc5055后經(jīng)蝸桿磨床磨削至粗糙度ra0.8m。減速機(jī)正常運(yùn)行時(shí)磨損很慢，某些減速機(jī)可以使用10年以上。如果磨損速度較快，就要考慮選型是否正確，是否超負(fù)荷運(yùn)行，以及蝸輪蝸桿的材質(zhì)、裝配質(zhì)量或使用環(huán)境等原因（3）傳動(dòng)小斜齒輪磨損。一般發(fā)生在立式安裝的減速機(jī)上，主要與潤(rùn)滑油的添加量和油品種有關(guān)。立式安裝時(shí)，很容易造成潤(rùn)滑油量不足，減速機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，電機(jī)和減速機(jī)間傳動(dòng)齒輪油流失，齒輪得不到應(yīng)有的潤(rùn)滑保護(hù)。減速機(jī)啟動(dòng)時(shí)，齒輪由于得不到有效潤(rùn)滑導(dǎo)致機(jī)械磨損甚至損壞。2：解決方法（1）保證裝配質(zhì)量。可購(gòu)買或自制一些專用工具，拆卸和安裝減速機(jī)部件時(shí)，盡量避免用錘子等其他工具敲擊；更換齒

12、輪、蝸輪蝸桿時(shí)，盡量選用原廠配件和成對(duì)更換；裝配輸出軸時(shí)，要注意公差配合；要使用防粘劑或紅丹油保護(hù)空心軸，防止磨損生銹或配合面積垢，維修時(shí)難拆卸。（2）潤(rùn)滑油和添加劑的選用。蝸齒減速機(jī)一般選用220#齒輪油，對(duì)重負(fù)荷、啟動(dòng)頻繁、使用環(huán)境較差的減速機(jī)，可選用一些潤(rùn)滑油添加劑，使減速機(jī)在停止運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)齒輪油依然附著在齒輪表面，形成保護(hù)膜，防止重負(fù)荷、低速、高轉(zhuǎn)矩和啟動(dòng)時(shí)金屬間的直接接觸。添加劑中含有密封圈調(diào)節(jié)劑和抗漏劑，使密封圈保持柔軟和彈性，有效減少潤(rùn)滑油漏。（3）減速機(jī)安裝位置的選擇。位置允許的情況下，盡量不采用立式安裝。立式安裝時(shí)，潤(rùn)滑油的添加量要比水平安裝多很多，易造成減速機(jī)發(fā)熱和漏油。 1.

13、4 數(shù)控車床六工位刀架換刀工作原理 按下?lián)Q刀鍵或輸入換刀指令后，電機(jī)正轉(zhuǎn)，并經(jīng)聯(lián)軸器，由滑鍵帶動(dòng)蝸桿、渦輪、軸、軸套轉(zhuǎn)動(dòng)。軸套的外圓上有兩處凸起，可在套筒內(nèi)孔中的螺旋槽內(nèi)滑動(dòng)，從而舉起與套筒相連的刀架及上端齒盤(pán)，使齒盤(pán)與下端齒盤(pán)分開(kāi)，完成刀架抬起動(dòng)作。刀架抬起后，軸套仍在繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)帶動(dòng)刀架轉(zhuǎn)過(guò) 60°（如不到位，刀架還可繼續(xù)轉(zhuǎn)位 120°、 180°、 240°、300°、360°)，并由微動(dòng)開(kāi)關(guān)發(fā)出信號(hào)給數(shù)控裝置。刀架轉(zhuǎn)到位后，由微動(dòng)開(kāi)關(guān)的信號(hào)使電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，利用銷使刀架定位而不再隨軸套回轉(zhuǎn)，于是刀架向下移動(dòng)，上下端齒盤(pán)合攏壓緊。

14、蝸桿繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)并產(chǎn)生軸向位移，壓縮彈簧，套筒的外圓曲面壓縮開(kāi)關(guān)使電動(dòng)機(jī)停止旋轉(zhuǎn)，從而完成一次轉(zhuǎn)位。對(duì)于六工位自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架來(lái)說(shuō)，它最多裝有六把刀具，微機(jī)系統(tǒng)控制的任務(wù)，就是選中任意一把刀具，讓其回轉(zhuǎn)到工作位置?，F(xiàn)以其中任意一把刀具1#刀為例簡(jiǎn)述刀架換刀的過(guò)程。圖為1#刀轉(zhuǎn)到工作位置的流程圖：圖1-4換刀流程圖經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床刀架式在普通車床六方位刀架的基礎(chǔ)上發(fā)展的一種自動(dòng)換刀裝置，其功能和普通四方位刀架一樣：有個(gè)刀位，能夾持六把不同功能的刀具，方刀架回轉(zhuǎn)60°時(shí)，刀架交換一個(gè)刀位，但方刀架回轉(zhuǎn)和刀位號(hào)的選擇是由加工程序指令控制的。換刀時(shí)方刀架的動(dòng)作順序是：刀架抬起、刀架轉(zhuǎn)位、刀架定位和夾緊

15、。完成上述動(dòng)作要求，要有相應(yīng)的機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)，下面就以四工位刀架為例來(lái)說(shuō)明其結(jié)構(gòu)與原理，如圖1-5所示。圖1-5 刀架結(jié)構(gòu) 1電動(dòng)機(jī)；2聯(lián)軸器；3渦輪軸；4蝸輪絲杠；5刀架底座；6粗定位盤(pán)；7刀架體；8球頭銷；9轉(zhuǎn)位套；10電刷座；11發(fā)信體；12螺母；13.14電刷；15粗定位銷；該刀架可以安裝6把不同的刀具，轉(zhuǎn)位信號(hào)由加工程序指定。當(dāng)換刀指令發(fā)出后，小型電動(dòng)機(jī)1啟動(dòng)正轉(zhuǎn)，通過(guò)平鍵套筒聯(lián)軸器2使蝸桿軸3轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)蝸輪絲杠4轉(zhuǎn)動(dòng)。渦輪的上部外圓柱加工有外螺紋，所以該零件稱為蝸輪絲杠。刀架體7內(nèi)孔加工有內(nèi)螺紋，與渦輪絲杠旋合。蝸輪絲杠與刀架中心軸外圓是滑動(dòng)配合，在轉(zhuǎn)位換刀時(shí)，中心軸固定不動(dòng)，蝸輪

16、絲杠環(huán)繞中心軸旋轉(zhuǎn)。當(dāng)渦輪開(kāi)始旋轉(zhuǎn)時(shí)，由于刀架底座5和刀架體7上的端面齒處在黏合狀態(tài)，且渦輪絲杠軸向固定，這時(shí)刀架體7抬起。當(dāng)?shù)都荏w抬至一定距離后，端面齒脫開(kāi)。轉(zhuǎn)位套9用銷釘與蝸輪絲杠4連接，隨蝸輪絲杠一同轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)端面齒完全脫開(kāi)，轉(zhuǎn)位套正好轉(zhuǎn)過(guò)160°（如圖a-a所示），球頭銷8在彈簧力的作用下進(jìn)入轉(zhuǎn)位套9的槽中，帶動(dòng)刀架體轉(zhuǎn)位。刀架體7轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)帶著電刷10轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)轉(zhuǎn)到程序指定的刀號(hào)時(shí)，定位銷15在彈簧力的作用下進(jìn)入粗定位盤(pán)6的中進(jìn)行粗定位，同時(shí)電刷13、14接觸導(dǎo)通，使電動(dòng)機(jī)1反轉(zhuǎn)，由于粗定位槽的限制，刀架體7不能轉(zhuǎn)動(dòng)，使其在該位置上垂直落下，刀架體7和刀架底座5上的端面齒黏合，實(shí)現(xiàn)

17、精確定位。電動(dòng)機(jī)繼續(xù)反轉(zhuǎn)，此時(shí)渦輪停止轉(zhuǎn)動(dòng)，蝸桿軸3繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，隨著夾緊力的增加，轉(zhuǎn)矩不斷擴(kuò)大，達(dá)到一定值時(shí)，在傳感器控制下，電動(dòng)機(jī)1停止轉(zhuǎn)動(dòng)。譯碼裝置由發(fā)信體11、電刷13、14組成，電刷13負(fù)責(zé)發(fā)信，電刷14負(fù)責(zé)位置判斷。刀架不定期會(huì)出現(xiàn)過(guò)位或不到位時(shí)，可松開(kāi)螺母12調(diào)好發(fā)信體11與電刷14的相對(duì)位置。這種刀架在經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床及普及車床的控制化改造中廣泛運(yùn)用。通常為90°第2章：數(shù)控車刀架電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)電氣是機(jī)械的大腦，通過(guò)對(duì)電氣原理的設(shè)計(jì)可以執(zhí)行復(fù)雜的機(jī)械動(dòng)作。本章主要講述的是數(shù)控刀架電氣知識(shí)，通過(guò)對(duì)霍爾效應(yīng)、刀架的接線原理圖和具體的經(jīng)濟(jì)型刀架換刀過(guò)程的梯形圖介紹讓我們對(duì)刀架的

18、電氣原理運(yùn)用有更深一步的認(rèn)識(shí)。2.1霍爾原理在刀架中運(yùn)用的簡(jiǎn)單概述精度是一臺(tái)數(shù)控機(jī)床的生命，假如機(jī)床喪失了精度也就喪失了加工生產(chǎn)的意義了，數(shù)控機(jī)床精度的保障很大一部分源于霍爾元件的檢測(cè)精準(zhǔn)性。在數(shù)控機(jī)床上常用到的是霍爾接近開(kāi)光：霍爾元件是一種磁敏元件。利用霍爾元件做成的開(kāi)關(guān)，叫做霍爾開(kāi)關(guān)。當(dāng)磁性物件移近霍爾開(kāi)關(guān)時(shí)，開(kāi)關(guān)檢測(cè)面上的霍爾元件因產(chǎn)生霍爾效應(yīng)而使開(kāi)關(guān)內(nèi)部電路狀態(tài)發(fā)生變化，由此識(shí)別附近有磁性物體存在，進(jìn)而控制開(kāi)關(guān)的通或斷。這種接近開(kāi)關(guān)的檢測(cè)對(duì)象必須是磁性物體。用霍爾開(kāi)關(guān)檢測(cè)刀位。首先，得到換刀信號(hào)，即換刀開(kāi)關(guān)接通先接通。隨后電機(jī)通過(guò)驅(qū)動(dòng)放大器正轉(zhuǎn)，刀架抬起，電機(jī)繼續(xù)正轉(zhuǎn)，刀架轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)工位

19、，霍爾元件檢測(cè)是否為所需刀位，若是，則電機(jī)停轉(zhuǎn)延時(shí)再反轉(zhuǎn)刀架下降壓緊，若不是，電機(jī)繼續(xù)正轉(zhuǎn)，刀架繼續(xù)轉(zhuǎn)位直至所需刀位。nc系統(tǒng) t功能指令霍爾元件驅(qū)動(dòng)放大與邏輯保護(hù)電路執(zhí)行元件刀位選擇換刀指令圖2-1 霍爾元件執(zhí)行圖接通整個(gè)電路電源，將換刀開(kāi)關(guān)置于自動(dòng)擋，再按下開(kāi)始開(kāi)關(guān)進(jìn)行換刀，正傳線圈自鎖，自動(dòng)進(jìn)行換刀。當(dāng)轉(zhuǎn)到所需刀位時(shí)，刀位對(duì)應(yīng)霍爾元件自動(dòng)斷開(kāi)，電機(jī)停止正轉(zhuǎn)。并接通反轉(zhuǎn)電路，延時(shí)反轉(zhuǎn)，刀架下降并壓緊。從執(zhí)行圖與分析中可以看出霍爾元件在數(shù)控機(jī)床中的重要作用。它不但起到了檢測(cè)與反饋?zhàn)饔茫乙彩菙?shù)控機(jī)床精度可靠性的保障。2.2六工位刀架plc接線原理圖數(shù)控機(jī)床刀架是由機(jī)床plc來(lái)進(jìn)行控制，對(duì)于

20、普通的四工位刀架來(lái)說(shuō)，控制比較簡(jiǎn)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(shí)就是指刀架的整個(gè)換刀過(guò)程，刀架的換刀過(guò)程其實(shí)是通過(guò)plc對(duì)控制刀架的所有i/o信號(hào)進(jìn)行邏輯處理及計(jì)算。實(shí)現(xiàn)刀架的順序控制。另外為了保證換刀能夠正確進(jìn)行，系統(tǒng)一般還要設(shè)置一些相應(yīng)的系統(tǒng)參數(shù)來(lái)對(duì)換刀過(guò)程進(jìn)行調(diào)整。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2-2所示。圖中的a是刀架控制的強(qiáng)電部分，主要是控制刀架電機(jī)的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，來(lái)控制刀架的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)；圖b是刀架控制的交流控制回路，主要是控制兩個(gè)交流接觸器的導(dǎo)通和關(guān)閉來(lái)實(shí)現(xiàn)a中的強(qiáng)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

21、路，整個(gè)過(guò)程的控制最終是由這個(gè)模塊來(lái)完成的。 (a)強(qiáng)電電路 （b）接觸器電路 （c）plc輸入/輸出電路 圖2-2 刀架控制接線回路圖中各器件的作用如下： 序號(hào) 名稱 含義 1 m2 刀架電動(dòng)機(jī) 2 qf3 刀架電動(dòng)機(jī)帶過(guò)載保護(hù)的電源空開(kāi) 3 km5、km6 刀架電動(dòng)機(jī)正、反轉(zhuǎn)控制交流接觸器 4 ka1 由急?？刂频闹虚g繼電器 5 ka6、ka7 刀架電動(dòng)機(jī)正、反轉(zhuǎn)控制中間繼電器 6 s1s4 刀位檢測(cè)霍爾開(kāi)關(guān) 7 sb11 手動(dòng)刀位選擇按鈕 8 sb12 手動(dòng)換刀啟動(dòng)按鈕 9 rc3 三相滅弧器 10 rc9、rc10 單相滅弧器 自動(dòng)刀架控制涉及到的i/o信號(hào)如下： plc輸入信號(hào)： x

22、3.0x3.5：16號(hào)刀到位信號(hào)輸入； x30.6：手動(dòng)刀位選擇按鈕信號(hào)輸入； x30.7：手動(dòng)換刀啟動(dòng)按鈕信號(hào)輸入； plc輸出信號(hào)： y0.6：刀架正轉(zhuǎn)繼電器控制輸出； y0.7：刀架反轉(zhuǎn)繼電器控制輸出。接線回路圖簡(jiǎn)析：假設(shè)，plc輸入/輸出電路中輸入1號(hào)刀同時(shí)選擇手動(dòng)刀選擇。這時(shí)，sb11閉合ka6線圈得電反轉(zhuǎn)ka6觸點(diǎn)斷開(kāi)實(shí)現(xiàn)互鎖。接觸器回路中的ka6觸點(diǎn)導(dǎo)通（ka1始終處于閉合狀態(tài)）km5線圈得電反轉(zhuǎn)km5反轉(zhuǎn)觸點(diǎn)斷開(kāi)實(shí)現(xiàn)雙重互鎖。刀架正轉(zhuǎn)接觸器回路導(dǎo)通，在強(qiáng)電回路總的km5觸點(diǎn)閉合刀架正轉(zhuǎn)。當(dāng)霍爾元件檢測(cè)到1號(hào)刀的到位信號(hào)時(shí)，刀架開(kāi)始定位鎖緊，電機(jī)停轉(zhuǎn)，換到結(jié)束。其他3把刀換刀方式

23、依次類推。2.3 六工位刀架梯形圖2.3.1 plc的概述與波形圖的簡(jiǎn)析可編程控制器(programmable controller)是計(jì)算機(jī)家族中的一員，是為工業(yè)控制應(yīng)用而設(shè)計(jì)制造的。早期的可編程控制器稱作可編程邏輯控制器(programmable logic controller)，簡(jiǎn)稱plc，它主要用來(lái)代替繼電器實(shí)現(xiàn)邏輯控制。隨著技術(shù)的發(fā)展，這種裝置的功能已經(jīng)大大超過(guò)了邏輯控制的范圍，因此，今天這種裝置稱作可編程控制器，簡(jiǎn)稱pc。但是為了避免與個(gè)人計(jì)算機(jī)(personal computer)的簡(jiǎn)稱混淆，所以將可編程控制器簡(jiǎn)稱plc,plc自1966年出現(xiàn)，美國(guó)，日本，德國(guó)的可編程控制器質(zhì)

24、量?jī)?yōu)良，功能強(qiáng)大。plc = programmable logic controller，可編程邏輯控制器，一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。它采用一類可編程的存儲(chǔ)器，用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算，順序控制，定時(shí)，計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過(guò)數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。是工業(yè)控制的核心部分。 第3章：數(shù)控車刀架常見(jiàn)故障分析3.1數(shù)控車刀架機(jī)械與電氣故障分析排除1刀架不能啟動(dòng)機(jī)械方面：刀架預(yù)緊力過(guò)大。當(dāng)用六角扳手插入蝸桿端部旋轉(zhuǎn)時(shí)不易轉(zhuǎn)動(dòng)，而用力時(shí)，可以轉(zhuǎn)動(dòng)，但下次夾緊后刀架仍不能啟動(dòng)。此種現(xiàn)象出現(xiàn)，可確定刀架不能啟動(dòng)的原因是預(yù)緊力過(guò)大

25、，可通過(guò)調(diào)小刀架電機(jī)夾緊電流排除之。刀架內(nèi)部機(jī)械卡死。當(dāng)從蝸桿端部轉(zhuǎn)動(dòng)蝸桿時(shí)，順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)不動(dòng)，其原因是機(jī)械卡死。首先，檢查夾緊裝置反靠定位銷是否在反靠棘輪槽內(nèi)，若在，則需將反靠棘輪與螺桿連接銷孔回轉(zhuǎn)一個(gè)角度重新打孔連接；其次，檢查主軸螺母是否鎖死，如螺母鎖死，應(yīng)重新調(diào)整；再次，由于潤(rùn)滑不良造成旋轉(zhuǎn)件研死，此時(shí)，應(yīng)拆開(kāi)，觀察實(shí)際情況，加以潤(rùn)滑處理。電氣方面：電源不通、電機(jī)不轉(zhuǎn)。檢查溶芯是否完好、電源開(kāi)關(guān)是否良好接通、開(kāi)關(guān)位置是否正確。當(dāng)用萬(wàn)用表測(cè)量電容時(shí)，電壓值是否在規(guī)定范圍內(nèi)，可通過(guò)更換保險(xiǎn)、調(diào)整開(kāi)關(guān)位置、使接通部位接觸良好等相應(yīng)措施來(lái)排除。除此以外，電源不通的原因還可考慮刀架至控制器斷線、

26、刀架內(nèi)部斷線、電刷式霍爾元件位置變化導(dǎo)致不能正常通斷等情況。電源通，電機(jī)反轉(zhuǎn)?？纱_定為電機(jī)相序接反。通過(guò)檢查線路，變換相序排除之。手動(dòng)換刀正常、機(jī)控不換刀。此時(shí)應(yīng)重點(diǎn)檢查微機(jī)與刀架控制器引線、微機(jī)i/o接口及刀架到位回答信號(hào)。2刀架連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)、到位不停由于刀架能夠連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，所以，機(jī)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(hào)是否發(fā)出，若沒(méi)有到位信號(hào)，則是發(fā)訊盤(pán)故障。此時(shí)可檢查：發(fā)訊盤(pán)彈性觸頭是否磨壞、發(fā)訊盤(pán)地線是否斷路或接觸不良或漏接，是否需要更換彈性片觸頭或重修，針對(duì)其線路中的繼電器接觸情況、到位開(kāi)關(guān)接觸情況、線路連接情況相應(yīng)地進(jìn)行線路故障排除。當(dāng)僅出現(xiàn)某號(hào)刀不能定位時(shí)，則

27、一般是由于該號(hào)刀位線斷路所至。3刀架越位過(guò)沖或轉(zhuǎn)不到位刀架越位過(guò)沖故障的機(jī)械原因可能性較大。主要是后靠裝置不起征作用。檢查后靠定位銷是否靈活，彈簧是否疲勞。此時(shí)應(yīng)修復(fù)定位銷使其靈活或更換彈簧。檢查后靠棘輪與蝸桿連接是否斷開(kāi)，若斷開(kāi)，需更換連接銷。若仍出現(xiàn)過(guò)沖現(xiàn)象，則可能是由于刀具太長(zhǎng)過(guò)重，應(yīng)更換彈性模量稍大的定位銷彈簧。出現(xiàn)刀架運(yùn)轉(zhuǎn)不到位（有時(shí)中途位置突然停留），主要是由于發(fā)訊盤(pán)觸點(diǎn)與彈性片觸點(diǎn)錯(cuò)位，即刀位信號(hào)膠木盤(pán)位置固定偏移所至。此時(shí)，應(yīng)重新調(diào)整發(fā)訊盤(pán)與彈性片觸頭位置并固定牢靠。4刀架不能正常夾緊出現(xiàn)該故障時(shí)應(yīng)當(dāng):檢查夾緊開(kāi)關(guān)位置是否固定不當(dāng)，并調(diào)整至正常位置。用萬(wàn)用表檢查其相應(yīng)線路繼電器

28、是否能正常工作，觸點(diǎn)接觸是否可靠。若仍不能排除，則應(yīng)考慮刀架內(nèi)部機(jī)械配合是否松動(dòng)。有時(shí)會(huì)出現(xiàn)由于內(nèi)齒盤(pán)上有碎屑造成夾緊不牢而使定位不準(zhǔn)，此時(shí)，應(yīng)調(diào)整其機(jī)械裝配并清潔內(nèi)齒盤(pán)。3.2數(shù)控車床刀架常見(jiàn)故障的實(shí)例分析在機(jī)械加工領(lǐng)域中，數(shù)控機(jī)床是集電力電子、自動(dòng)控制、電機(jī)、傳感器、計(jì)算機(jī)、機(jī)床、液壓、氣動(dòng)等技術(shù)于一體的典型機(jī)電產(chǎn)品。它具有加工柔性好、精度高、生產(chǎn)效率高等優(yōu)點(diǎn)。但在使用中也易出現(xiàn)問(wèn)題，一旦出現(xiàn)了故障，往往比較棘手，尤其是在加工精度穩(wěn)定性方面，輕則零件加工精度降低，重則導(dǎo)致零件報(bào)廢甚至整個(gè)生產(chǎn)線停產(chǎn)。引起加工精度不穩(wěn)定的因素是多方面的，刀架定位精度不準(zhǔn)確是主要因素。以ck6140 數(shù)控車床為

29、例，針對(duì)電動(dòng)刀架發(fā)生定位精度不穩(wěn)定現(xiàn)象做進(jìn)一步的分析及其檢修過(guò)程。1. 數(shù)控車床的故障現(xiàn)象現(xiàn)有10 臺(tái)ck6140d 數(shù)控車床，系統(tǒng)配置采用fanucoi-d系統(tǒng)。經(jīng)過(guò)一個(gè)月時(shí)間使用發(fā)現(xiàn)其中有1 臺(tái)機(jī)床加工尺寸精度不穩(wěn)定（30 個(gè)零件之中有6 個(gè)件尺寸達(dá)不到圖紙要求）造成了小批量零件報(bào)廢，其加工誤差范圍在0.030.08 mm之間。經(jīng)過(guò)各項(xiàng)檢測(cè)，引起此故障的原因是由于刀架定位精度不準(zhǔn)確。 2 .刀架定位精度不準(zhǔn)確的原因刀架動(dòng)作順序：換刀信號(hào)電機(jī)正轉(zhuǎn)刀盤(pán)轉(zhuǎn)位刀位信號(hào)電機(jī)反轉(zhuǎn)初定位精定位夾緊電機(jī)過(guò)流停轉(zhuǎn)換刀信息反饋換刀結(jié)束。刀架的電氣控制原理：電動(dòng)刀架的電氣控制分強(qiáng)電和弱電兩部分，強(qiáng)電部分由三相電

30、源驅(qū)動(dòng)三相交流異步電機(jī)正反方向旋轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)電動(dòng)刀架的松開(kāi)、轉(zhuǎn)位、鎖緊等動(dòng)作；弱電部分由位置傳感器（霍爾元件）組成，每個(gè)霍爾元件對(duì)應(yīng)電動(dòng)刀架一個(gè)工位。其控制原理圖(如上圖)。對(duì)刀架控制工作原理及刀架機(jī)械傳動(dòng)原理進(jìn)行分析，得知影響刀架的重復(fù)定位精度產(chǎn)生誤差的原因：刀盤(pán)連接部件松動(dòng)；定位牙盤(pán)內(nèi)有污物；霍爾元件開(kāi)關(guān)位置不良，造成電器控制失效；每次刀盤(pán)到位的夾緊力不均。2 .刀架的檢修過(guò)程（1）對(duì)刀架機(jī)械傳動(dòng)部分進(jìn)行檢修。檢修時(shí)拆下箱蓋板發(fā)現(xiàn)此刀架傳動(dòng)螺桿與傳動(dòng)軸有污物，此時(shí)需進(jìn)行刀架清洗上油。通過(guò)檢修可以對(duì)刀架連接部件的松動(dòng)、定位牙盤(pán)內(nèi)的污物、霍爾元件開(kāi)關(guān)位置的不良造成電器控制失效等故障排除。（2）

31、檢修刀盤(pán)到位后的夾緊力不均導(dǎo)致加工精度不穩(wěn)定。從刀架控制原理可以看出，刀架電機(jī)是采用ac380 v 電源，正轉(zhuǎn)由k1 繼電器控制，反轉(zhuǎn)由k2 控制，rc是抗干擾夾弧器，拆開(kāi)刀架控制盒蓋板，輸入換刀指令，t2 計(jì)算機(jī)輸出tl+ 正轉(zhuǎn)信號(hào)，k1 繼電器吸合，三相主觸點(diǎn)閉合，電機(jī)得電正轉(zhuǎn)。當(dāng)二號(hào)刀到位后，霍爾元件與磁鋼導(dǎo)通，發(fā)出到位信號(hào)送回?cái)?shù)控系統(tǒng)，系統(tǒng)按到反饋信號(hào)電平后，中斷正轉(zhuǎn)信號(hào)。同時(shí)發(fā)出tl- 反轉(zhuǎn)信號(hào)，k2 繼電器吻合，反三相主觸點(diǎn)閉合，電機(jī)反轉(zhuǎn)使刀架鎖緊。k2 繼電器吸合時(shí)，用萬(wàn)用表測(cè)量其輸出電壓是否為ac380 v。如果此電壓不是ac380 v，將可以斷定k2 中間繼電器。繼電器觸點(diǎn)接觸不良，引起輸出ac380 v三相電壓不平衡。電機(jī)反轉(zhuǎn)鎖緊刀架時(shí)，保護(hù)空氣開(kāi)關(guān)沒(méi)有出現(xiàn)過(guò)流斷路，以致?lián)Q刀時(shí)間短，電機(jī)反轉(zhuǎn)瞬間。以上故障至使電機(jī)反轉(zhuǎn)功率不夠，是因電機(jī)反相鎖緊力達(dá)不到1.2 n，刀盤(pán)夾緊力不夠造成刀盤(pán)定位精度不準(zhǔn)。此時(shí)應(yīng)該拆下刀架控制盒，拔下k2 中間繼電器，并更換，更換后，再連接好線路。刀架控制電路可以不采用刀架廠生產(chǎn)的刀架控制盒，而直接用交流接觸器代替刀架控制盒k1，k2 中間繼電器拖動(dòng)刀架電機(jī)。這樣可以增強(qiáng)刀架控制線路的穩(wěn)定性。最后對(duì)多個(gè)零件進(jìn)行試加工，結(jié)果顯示，尺寸準(zhǔn)確。表明故障已經(jīng)排除。3.3 刀