数控车床刀架的安装与调试毕业设计(编辑修改稿)

数控车床刀架的安装与调试毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

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 5 重新啮合 , 第 18 页 共 53 页 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。 经传动装置 2 驱动蜗杆蜗轮机构 1 螺母机构 8 齿盘 5 换刀过程 a. 刀架抬起 当数控装置发出换刀指令后，电动机 23 正转，并经联轴套 16 轴 17， 由滑键 (或花键 )带动蜗杆 1蜗轮 轴 轴套 10 转动。 轴套 10 的 外圆上有两处凸起，可在套筒 9 内孔中的螺旋槽内滑动，从而举起 与 9 相连的刀架 8 及上端齿盘 6，使齿盘 6 与下端齿盘 5 分开，完成刀 架抬起动作。 b. 刀架转位 刀架转位 刀架抬起后，轴套 10 仍在继续转动，同时带动刀架 8 转过 90176。 (如不到位，刀架还可继续转位 180176。 、 270176。 、 360176。 )，并由微动开关发出信号给数控装置。 c. 刀架压紧 刀架转位后，由微动开关发出的信号使电动机 23 反转，销 13 使 刀架 8 定住而不随轴套 10 回转，于是刀架 8 向下位移，上下端齿 盘合拢压紧。 蜗杆 19 继续转动则产生轴向位移，压缩弹簧 22， 套筒 2l 的外圆曲面压缩开关 20 使电动机 23 停止旋转，从而完成一 次转位 第 19 页 共 53 页 换刀动作顺序 系统发出 换刀信号 → 电机正转 → 上刀体转位 → 到位信号 → 电机反转 → 粗定位 → 精定位夹紧 → 电机反转 → 回答信号 → 加工顺序进行 刀架逻辑控制图 如下图所示，当微机发出要刀信号时，首先要判断刀位所处的位置是否是所要换刀位的位置。 如果当前刀位正是数控系统所要的刀位，那么就继续执行下一道指令。 如果当前刀位不是数控系统所要的刀位，那么通过刀架电机正转将刀架进行转位，转位信号是通过霍尔元件电路来检测刀位转位是否到位，刀位转位信号到位刀 架电机立即进行发转将刀架锁紧，然后再执行下一道指令。 第 20 页 共 53 页 刀架 电气控制 数控的电气控制线路与普通机床电路有所不同，除了常用的电器控制线路外，它还有数控装置。 数控机床的组成结构图如图 8． 1所示。 普通机床与数控机床的主要区别是数控机床的主轴调速和刀架的进给全部自动完成，即根据编程指令按要求执行。 数控装置是整个数控机床的核心，机床的操作均由此发出。 驱动装置位于数控装置和机床之间，包括进给驱动和主轴驱动装置。 驱动装置根据控制电机不同，其控制电路形式也不同。 步进电机有步进驱动装置，直流伺服电机有直流伺服驱动装置，交流伺服电机有交流伺服驱动装置。 机床电器控制装置位于数控装置与机床本体之间，它主要接收数控装置发出的开关命令控制机床主轴的启停、正反转、换刀、冷却、润滑、液压、气压等相关信号。 现以经济型数控车为例介绍数控机床的电气 控制线路。 图 8． 1数控机床的组成结构图 电气控制电路一般由主回路、控制电路和辅助电路等部分组成。 了解电气控制系统的总体结构、电动机和电器元件的分布状况及控制要求等内容之后 ,便可以阅读分析电气原理图。 按照先从主回 路入手 ,根据伺服电动机、辅助机构电动机和电磁阀等执行电器的控制要求 ,分析它们的启动控制、方向控制、调速和制动；再根据主回路中各伺服电动机、辅助机构输入 输出 装置 数 控 装 置 驱动控制装 置 机床电器 控制装置 机 床 本 体 第 21 页 共 53 页 电动机和电磁阀等执行电器的控制要求 ,逐一找出控制电路中的控制环节；最后分析电源显示、工作状态显示、照明和故障报警等辅助电路部分。 数控机床对于安全性和可靠性有很高的要求，因此，控制线路中设置了一系列电气保护环节。 数控车床的机械部分比规格的普通车床更为紧凑和简洁。 主轴传动为一级传动，去掉了主轴的变速齿轮箱，采用了变频器实现主轴无级变速。 进给移动装置采用滚珠丝杆，传 动效率高、精度高、摩擦小。 一般经济型数控车床的进给采用步进电机，进给电机的运动由 NC装置实现信号控制。 数控车床的刀架能自动转位。 换刀电机有步进、直流和异步电机之分，这些电动刀架的旋转、定位由 NC装置发出信号，控制其动作。 而其他的冷却、液压等电气控制和普通机床的控制基本相同。 以 CK6140数控车床电气控制电路为例 数控机床刀架是由机床 PLC 来进行控制，对于普通的四工位刀架来说，控制比较简单，一般用于普通的车床。 我们分析车床刀架的控制原理其实就是指刀架的整个换刀过程，刀架的换刀过程其实是通过 PLC 对控制刀 架的所有 I/O 信号进行逻辑处理及计算。 实现刀架的顺序控制。 另外为了保证换刀能够正确进行，系统一般还要设置一些相应的系统参数来对换刀过程进行调整。 下面我们分析 PLC 控制下的换刀过程。 在分析之前，我们首先了解刀架控制的电气部分。 刀架电气控制部分如图二所示。 图二中的 a 是刀架控制的强电部分，主要是控制刀架电机的正转和反转，来控制刀架的正转和反转；图 b 是刀架控制的交流控制回路，主要是控制两个交流接触器的导通和关闭来实现 a 中的强电控制；图 c 部分是刀架控制的继电器控制回路及 PLC 的输入及输出回路，整个过程的控制最终是由这 个模块来完成的。 1． 主回路分析 图 8． 2是 CK6140 数控车床电气控制中的 380V 强电回路。 第 22 页 共 53 页 图 图 8． 2 中 QFl 为电源总开关。 QF QF QF QF5分别为主轴强电、伺服强电、冷却电动机、刀架电动机的空气开关 ,它们的作用是接通电源及短路、过流时起保护作用；其中 QFQF5 带辅助触头 ,该触点输入到 PLC,作为 QF QF5 的状态信号 ,并且这两个空开的保护电流为可调的 ,可根据电动机的额定电流来调节空开的设定值 ,起到过流保护作用。 KM KM KM6分别为主轴电动机、伺服电动机、冷却电动机交流接触器 ,由它们的主触点控制相应电动机；KM KM5 为刀架正反转交流接触器 ,用于控制刀架的正反转。 TCl 为三相伺服变压器 ,将交流380V 变为交流 200V,供给伺服电源模块。 RC RC RC4 为阻容吸收 ,当相应的电路断开后 ,吸收伺服电源模块、冷却电动机、刀架电动机中的能量 ,避免产生过电压而损坏器件。 2．电源电路分析 图 8． 3为 CK6140数控车床电气控制中的电源回路图。 第 23 页 共 53 页 图 图 8． 3中 TC2为控制变压器 ,初级为 AC380V,次级为 ACllOV、 AC220V、 AC24V,其中 ACIlOV给交流接触器线圈和强电柜风扇提供电源； AC24V给电柜门指示灯、工作灯提供电源；AC220V通过低通滤波器滤波给伺服模块、电源模块、 DC24V电源提供电源； VCl为 24V电源 ,将 AC220V转换为 DC24V电源 ,给世纪星数控系统、 PLC输入 /输出、 24V继电器线圈、伺服模 第 24 页 共 53 页 块、电源模块、吊挂风扇提供电源； QF QF QF QF QFlO空气开关为电路的短路保护。 （ 1） 主轴电动机的控制 图 8． 图 分别为交流控制回路图。 在图 8． 2中 ,先将 QF QF3空气开关合上 ,在图 8． 5中 ,当机床未压限位开关、伺服未报警、急停未压下、主轴未报警时 ,KA KA3继电器线圈通电 ,继电器触点吸合 ,并且 PLC 输出点 YOO发出伺服允许信号 ,KAl继电器线圈通电 ,继电器触点吸合 ,在图 8． 4中 ,KMl交流接触器线圈通电 ,交流接触器触点吸合 ,KM3主轴交流接触器线圈通电 ,在图 81中交流接触器主触点吸合 ,主轴变频 器加上 AC380V电压；若有主轴正转或主轴反转及主轴转速指令时(手动或自动 ),在图 8． 5中 ,PLC输出主轴正转 YlO或主轴反转 Y11有效、主轴转速指令输出对应于主轴转速的直流电压值 (O～ lOV)至主轴变频器上 ,主轴按指令值的转速正转或反转；当主轴速度到达指令值时 ,主轴变频器输出主轴速度到达信号给 PLC,主轴转动指令完成。 主轴的启动时间、制动时间由主轴变频器内部参数设定。 （ 2）刀架电动机的控制。 当有手动换刀或自动换刀指令时 ,经过系统处理转变为刀位信号 ,这时在图 8． 5中 ,PLC输出 Y06有效 ,KA6继电器线圈 通电 ,继电器触点闭合 ,在图 8． 4中 ,KM4交流接触器线圈通电 ,交流接触器主触点吸合 ,刀架电动机正转；当 PLC 输入点检测到指令刀具所对应的刀位信号时 ,PLC输出 Y06有效撤销 ,刀架电动机正转停止；接着 PLC输出 Y07有效 ,KA7继电器线圈通电 ,继电器触点闭合 ,在图 8． 4中 KM5交流接触器线圈通电 ,交流接触器主触点吸合 ,刀架电动机反转 ,延时一定时间后（该时间由参数设定 ,并根据现场情况作调整 ,PLC输出 Y07有效销 ,KM5交流接触器主触点断开 ,刀架电动机反转停止 ,换刀过程完成。 为了防止电源短路和电气互锁 ,在刀架 电动机正转继电器线圈、接触器线圈回路中串入了反转继电器、接触器常闭触点 ,反转继电器、接触器线圈回路中串入了正转继电器、接触器常闭触点。 请注意 ,刀架转位选刀只能一个方向转动 ,取刀架电动机正转。 刀架电动机反转时 ,刀架锁紧定位。 （ 3） 冷却泵电动机控制 第 25 页 共 53 页 当有手动或自动冷却指令时 ,这时在图 8． 4中 PLC输出 Y05有效 ,KA8继电器线圈通电 ,继电器触点闭合 ,在图 8． 4中 KM6 交流接触器线圈通电 ,交流接触器主触点吸合 ,冷却电动机旋转 ,带动冷却泵工作。 图 8． 4 交流控制电路 8． 5 直流控制电路 （ PLC 输出） 图中各器件的作用如下： 第 26 页 共 53 页 序 号 名 称 含 义 1 M3 刀架电动机 2 QF5 刀架电动机带过载保护的电源空开 3 KM KM5 刀架电动机正、反转控制交流接触器 4 KA1 由急停控制的中间继电器 5 KA KA7 刀架电动机正、反转控制中间继电器 6 S1~S4 刀位检测霍尔开关 7 SB11 手动刀位选择按 钮 8 SB。