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1、目 录摘 要2毕业设计任务书3第一章 数控车床的分类4一、 按车床主轴位置分类4二、 按加工零件的根本类型分类4三、 按刀架数量分类4四、 按功能分类5其次章、经济型数控系统5一、经济型数控系统的构成及功能5二、车床经济型数控系统硬件设计6第三章、数控机床的可编程序把握器8.一、数控机床用 PLC8二、自动换刀机构13第四章 PLC把握车床刀架16一、 电动刀架的选用16二、电动刀架的电机把握16三、车床把握161） 、简易刀架的把握172） 、带编码器可双相换刀的刀架把握19第五章、数控车床的把握21数控车床自动换刀 PLC 把握211. 电气设计要求222. 电动刀架 PLC 把握23第六
2、章、参考资料25第七章、总结25感谢信261摘 要数控车床今后将向中高当进展，经济型数控刀架配套， 承受电动刀架，估量近年来对数控刀架需求量将大大增加。数控刀架的进展趋势是：随着数控车床的进展，数控刀架开头向快速换刀和伺服驱动方向进展。 本局部主要对六工位立式电动刀架的 PLC 车床把握设计，并对电动刀架的电路设计。最终的提出了对电动刀架提出了意见和措施。关键词 ：经济型数控车床 ；车床刀架 ； PLC 把握2AbstractAbstract numerical control lathe, will in future to high when the development, econom
3、ical nc cutter supporting,usingelectriccutter,expectedin recent years on the nc cutter demand will increase greatly. Nc cutter is the development trend of: with the development of CNC lathe, CNC cutter began to change cutters quickly and servo drive direction. This part of main electric tool carrier
4、 six-station vertical lathe control design of PLC, and the electric tool carrier circuit design. Finally theproposedtotheelectrictoolcarrierputs forward opinions and measures.Keywords:economicalnclathe,Lathetool carrier; PLC control electric tool carrier3第一章 数控车床的分类数控车床可分为卧式和立式两大类。卧式车床又有水平导轨和倾斜导轨两种。
5、档次较高的数控卧车一般都承受倾斜导轨。按刀架数量分类，又可分为单刀架数控车床和双刀架数控车，前者是两坐标把握，后者是4坐标把握。双刀架卧车多数承受倾斜导轨。数控车床与一般车床一样，也是用来加工零件旋转外表的。一般能够自动完成外圆柱面、圆锥面、球面以及螺纹的加工，还能加工一些简洁的回转面，如双曲面等。车床和一般车床的工件安装方式根本一样，为了提高加工效率，数控车床多承受液压、气动和电动卡盘。数控车床的外形与一般车床相像，即由床身、主轴箱、刀架、进给系统压系统、冷却和润滑系统等局部组成。数控车床的进给系统与一般车床有质的区分，传统一般车床有进给箱和交换齿轮架，而数控车床是直接用伺服电机通过滚珠丝杠
6、驱动溜板和刀架实现进给运动，因而进给系统的构造大为简化。一、按车床主轴位置分类(1) 立式数控车床 立式数控车床简称为数控立车，其车床主轴垂直于水平面，一个直径很大的圆形工作台，用来装夹工件。这类机床主要用于加工径向尺寸大、轴向尺寸相对较小的大型简洁零件。(2) 卧式数控车床 卧式数控车床又分为数控水平导轨卧式车床和数控倾斜导轨卧式车床。其倾斜导轨构造可以使车床具有更大的刚性，并易于排解切屑。二、按加工零件的根本类型分类1卡盘式数控车床 这类车床没有尾座，适合车削盘类(含短轴类)零件。夹 紧方式多为电动或液动把握，卡盘构造多具有可调卡爪或不淬火卡爪(即软卡爪)。(2)顶尖式数控车床 这类车床配
7、有一般尾座或数控尾座，适合车削较长的零件及直径不太大的盘类零件。三、按刀架数量分类(1) 单刀架数控车床 数控车床一般都配置有各种形式的单刀架，如四工位卧动转位刀架或多工位转塔式自动转位刀架。5(2) 双刀架数控车床 这类车床的双刀架配置平行分布，也可以是相互垂直分布。四、按功能分类（1） 经济型数控车床 承受步进电动机和单片机、PLC对一般车床的进给系统进展改造后形成的简易型数控车床，本钱较低，但自动化程度和功能都比较差，车削加工精度也不高，适用于要求不高的回转类零件的车削加工。（2） 一般数控车床 依据车削加工要求在构造上进展特地设计并配备通用数控系统而形成的数控车床，数控系统功能强，自动
8、化程度和加工精度也比较高，适用于一般回转类零件的车削加工。这种数控车床可同时把握两个坐标轴，即X轴和Z轴。（3） 车削加工中心 在一般数控车床的根底上，增加了C轴和动力头， 更高级的数控车床带有刀库，可把握X、Z和C三个坐标轴，联动把握轴可以是(X、Z)、(X、C)或(Z、C)。由于增加了C轴和铣削动力头，这种数控车床的加工功能大大增加，除可以进展一般车削外可以进展径向和轴向铣削、曲面铣削、中心线不在零件回转中心的孔和径向孔的钻削等加工，其次章 经济型数控系统按数控系统的功能水平,可以把数控系统分为高、中、低三档，低档数控系统即可认为是经济型数控系统。经济型数控系统一般分辩力和进给速度较低、联
9、动轴数少、人机接口较简洁。一、经济型数控系统的构成及功能1、开环数控系统的总体构造CNC 数控系统由以下几个局部构成：1） 微机，通常包括中心微处理器、存储器、I/O 接口等。2） 进给伺服系统，在开环数控系统中为步进电机伺服系统。3） 开关量把握及主轴把握，这局部涉及到 M、T、S 代码的执行。4） 人机接口和通信接口。2、数控系统的功能802S 系统的功能有：1、进给轴/主轴监控；2、连续路径加工，准确停方式；3、速度，设定值实际值系统，闭环把握； 4、手动操作及手轮运行；5、程序运行；6、补偿；7、端面轴；8、回参考点运行；9、主轴把握；10、输出给 PLC 的关心功能；11、进给率；1
10、2、刀具补偿；13、急停等功能。3、数控系统的电气连接假设机床使用变频器作为主轴驱动单元，在设计电柜时应考虑实行必要的抗干扰的措施。变频器是很强的干扰源主要是电源干扰和无线干扰。假设可能，变频器可安装在独立的电柜内。当变频器和CNC 必需安装在同一电柜内时，应按以下要求进展电柜布局：1、变频器的电源进线和动力出线在电柜内的长度应尽可能短；2、变频器的电源线和动力线应单独布线；3、CNC 的模拟量把握信号应屏蔽，屏蔽应在变频器端接地；4、变频器的动力线也应屏蔽，屏蔽应在电动机地脚端接地。4、数控系统的调试1、PLC 应用程序调试当系统各部件连接完毕后，首先必需调试 PLC 应用程序中的相关动作。
11、只有在全部安全功能都正确无误时，才可以进展NC 参数和驱动器的调试。2、数控系统的参数设置PLC 机床参数设置完成后，要进展数控系统的参数设置。数控系统的主要参数包括：通用机床数据、显示机床数据、通信专用机床数据、轴相关机床数据、设定数据等。经济型数控车床 承受步进电动机和单片机、PLC 对一般车床的进给系统进展改造后形成的简易型数控车床，本钱较低，但自动化程度和功能都 比较差，车削加工精度也不高，适用于要求不高的回转类零件的车削加工。二、 车床经济型数控系统硬件设计经济型数控系统的硬件和软件设计直接影响数控系统的加工性能和操作性能。本文介绍经济型数控系统硬件设计中常常遇到的一些问题及处理方法
12、。1、功能选择系统功能选择的方法有几种不同的方式，使用 CRT 显示器作为显示终端时，可以制作功能菜单，用户可以通过菜单项选择择功能。但经济型数控系统为了降低本钱，一般不用 CRT 显示器，而用数码管组成显示终端。这时可用波段开关通过并行接口组成功能选择电路。图 1 是由接口电路8255 和波段开关组成功能选择6程序编辑参数设定文件处理对刀处理手动处理连续加工单段加工接对刀图 2-1 功能选择及对刀处理电路原理程序编辑加工程序的录入、检查和修改。参数设定设定传动间隙、G00 速度、刀具参数等。文件处理加工程序装入和转存等。对刀处理手动和自动检测刀具位置和半径参数并自动存入系统。手动处理手动进给
13、。连续加工连续执行加工程序。单段加工每次执行一段加工程序。在系统启动后的主程序和以后的各个功能程序中，通过 8255 循环检测波段开关的位置，并转入相应的功能模块。2、对刀处理我们设计的车床经济型数控系统中承受的对刀方式既可实现手动对 刀，又可实现自动对刀。对刀棒为确定尺寸的绝缘圆棒，其头部承受金属材料，与机床绝缘，刀具通过机床接地。对刀时刀架带动刀具向对刀棒靠近，对刀信号经 8255 的 PA7 送入系统。刀尖与对刀棒不接触时系统接收到高电平，刀尖与对刀棒接触时系统接收到低电平。进入对刀功能后有三种选择，手动对刀、自动对刀和计算刀补值。 手动对刀方式，显示当前刀位号，用键盘的换刀键手动换刀，
14、用键盘的方向键(横向或纵向)移动刀具。当刀具与对刀棒接触后，刀具移动自动停顿并保存其移动距离，连续等待键盘操作。中选择退出手动对刀时，则退出手7动对刀功能返回对刀主程序。自动对刀方式，首先保证刀具从 1 号位开头，并显示当前刀位号。自 动对刀分为纵向对刀和横向对刀。纵向自动对刀时，刀具从第一把刀开头 纵向移动至与对刀棒接触时并记录下该刀具的移动距离，将该刀具退至原 位并自动换至其次把刀，纵向移动至与对刀棒接触并记录下该刀具的移动 距离，直到全部刀具完成对刀并自动保存刀具移动距离。横向自动对刀的 方法与纵向一样，只是刀具的移动方向不同。中选择退出自动对刀功能时， 则退出自动对刀功能返回对刀主程序
15、。第三章 数控机床的可编程序把握器一、数控机床用 PLC数控机床用 PLC 可分为两类：一类是专为实现数控机床挨次把握而设计制造的“内装型”PLC，另一类是那些输入/输出接口技术标准、输入/输 出点数、程序存储容量以及运算和把握功能等均能满足数控机床把握要求的“独立型”PLC。一“内装型”PLC“内装型”PLC 附属于 CNC 装置，PLC 与 NC 间的信号传送在 CNC 装置内部即可实现。PLC 与 MT机床侧则通过CNC 输入/输出接口电路实现信号传送。如图：8图 3-1 具有内装置型PLC 的 CNC 机床系统框图二“独立型”PLC独立型 PLC 是独立于 CNC 装置，具有完备的硬件
16、和软件功能，能够独立完成规定把握任务的装置。如图1、回转工作台图 3-2 具有独立型PLC 的CNC 机床系统框图数控机床的圆周进给由回转工作台完成，称之为数控机床的第四轴， 回转工作台可以与、三个坐标轴联动，从而加工出各种曲面和曲线等简洁的外形。回转工作台对于自动换刀多工序的加工中心是必备的部件。数控回转工作台主要用于数控镗床和铣床，它的功用是实现圆周进给运动，同时也可以完成分度运动，其外形和分度工作台相像，但它的内部构造具有数控进给驱动的很多特点，不同之处是，数控机床的进给驱动机构实现的是直线运动，而数控回转工作台实现的是圆周进给运动。数控回转工作台分为开环和闭环两种。（1） 开环数控回转
17、工作台如图 所示为一种补偿型的开环数控回转工作台，它的进给和定位锁紧都由给定的指令进展把握。工作台的回转运动通过电液脉冲马达，经齿轮减速，由蜗杆传给蜗轮。为了消退蜗杆副的传动间隙，承受了双螺距渐厚蜗杆，通过移动蜗杆的轴向位置来调整间隙。这种蜗杆的左右两侧面具有不同螺距，因此蜗9杆齿厚从头到尾渐渐增厚。但由于同一侧的螺距是一样的，所以照旧可保持正常的啮合。图 3-3 开环数控回转工作台当工作台静止时，必需处于锁紧状态。为此，在蜗轮底部的辐射方向装有对夹紧瓦和，并在底座上均布着同样数量的小液压缸。当小液压缸的上腔接通压力油时，活塞便压向钢球 8，撑开夹紧瓦，并夹紧蜗轮。在工作台需要回转时，先使小液
18、压缸的上腔接通回油路，在弹簧的作用下，钢球抬起，夹紧瓦将蜗轮松开。回转工作台的导轨面由大型滚子轴承 13 支承，并由圆锥滚子轴承 12及调心圆柱滚子轴承 11 保持准确的回转中心。开环数控回转工作台的定位精度取决于涡轮副的传动精度，因而必需实行高精度的涡轮副。除此之外，还可以在时间测量工作台静态定位误差之后，确定需要补偿的角度位置和补偿脉冲的符号正向或反向，记忆在补偿回路中，由数控装置进展误差补偿。数控回转工作台设有零点，当它进展回零运动时，先用挡块碰撞限位开关图 2-1 中未标出，使工作台降速，然后在无触点开关的作用下，使工作台准确地停在零位。数控回转工作台在任意角度地转位和分度时，光栅 1
19、0 进展读数，从而到达较高地分度精度。（2） 闭环数控回转工作台闭环数控回转工作台地构造与开环数控回转工作台大致一样，其区分在于：闭环数控回转工作台有转动角度的测量元件圆光栅或圆感应同步器，所测量的结果反响回去与指令值进展比较，按闭环原理进展工作，使10回转工作台定位精度更高。图所示为那还数控回转工作台的构造。该回转工作台用伺服电机 15 通过减速齿轮 14、16 及蜗杆涡轮副 12、13 带开工作台 1 回转，工作台的转角位置用圆光栅 9 测量。测量结果发出反响信号与数控装置发出的指令信号进展比较，假设有偏差经放大后把握伺服电机朝消退偏差的方向转动，使工作台准确运转或定位。当工作台静止时，必
20、需处于锁紧状态。台面地锁紧用均布地八个小液压缸 5 来完成，当把握系统发出夹紧指令时，液压缸上腔进压力油，活塞 6 下移，通过钢球 8 推开夹紧瓦 3 及 4，从而将涡轮13 夹紧。当工作台回转时，把握系统发出指令，液压缸 5 上腔压力油流回油箱，在弹簧 7 的作用下，钢球 8 抬起，夹紧瓦松开，不再夹紧涡轮 13。然后按数控系统的指令，由伺服电机 15 通过传动装置实现工作台的分度、定位、夹紧或连续回转运动。回转工作台的中心回转轴承受圆锥滚子轴承11 及双列圆柱滚子轴承 10 支承，并通过预紧消退其轴向和径向间隙，以提高工作台的刚度和回转精度。工作台支承在镶钢滚柱导轨 2 上，运动平稳且耐磨
21、。有些数控工作台承受伺服电机轴端带测速发动机和旋转变压器，或带脉冲编码盘，直接反响电机轴的转速和角位移，进展半闭环把握。数控回转工作台可作任意角度的回转或分度，当使用光栅进展读数时，在光栅沿其圆周上有 21600 条刻线，通过 6 倍频线路，刻度的分辩力气可达 10。111工作台；2镶钢滚柱导轨；3、4夹紧瓦；5液压缸；6活塞；7弹簧；8钢球；9圆光栅；10、11轴承；12蜗杆；13涡轮；14、16 齿轮；15电机图 3-4 闭环把握数控回转工作台二、 自动换刀机构一、自动换刀装置一个零件往往需要进展多工序的加工，对于单功能的机床，大量的时间将用于更换刀具装卸零件等非切削时间，切削加工时间只占
22、整个工时中较小的比例。为了缩短非切削时间，往往承受自动换刀装置的数控机床。自动换刀装置已广泛应用于加工中心机床，如车削中心镗铣加工中心钻削中心等。使用这种装置协作周密数控转台，可以使机加工时间提高 70 80。由于零件在一次装夹中完成零件的多工序加工，大大削减了零件安装定位次数，从而进一步提高了加工精度。自动换刀装置的功能就是贮存确定数量的刀具并完成刀具的自动交 换。它应当满足换刀时间短、刀具重复定位精度高、刀具储存量足够、构造紧凑及安全牢靠等要求。各类数控机床的自动换刀装置的构造与数控机12床的类型工艺范围使用刀具种类和数量有关。数控机床常用的自动换刀装置的类型、特点及适用范围见表 3-1。
23、表 3-1 自动换刀装置的类型、特点及适用范围构造简洁紧凑，容纳刀具较少控车削中心转塔头挨次换刀，换刀时间短刀具主数控钻床镗床轴都集中在转塔头上，构造紧凑，但刚性较差，刀具主轴数受限制刀库与主轴之间直换刀运动集中，运动部件少。各种类型的自动接换刀但刀库运动多，布局不灵敏，换刀数控机床。尤适应性差其是对使用回转用机械手协作刀库刀库只有选刀运动，机械手进类刀具的数控镗换刀行换刀运动，比刀库作换刀运铣类立式卧式加动惯性小速度快工中心机床。要根用机械手运输协作刀库换刀装置换刀运动分散，由多个部件实 现，运动部件多，但布局灵敏， 适应性好据工艺范围和机床特点，确定刀库容量和自动换刀装置形式有刀库的转塔头
24、换弥补转塔头换刀数量缺乏的缺扩大工艺范围的刀装置点，换刀时间短各类转塔式数控机床类型转塔式特点使用范围回转刀架多为挨次换刀，换刀时间短，各种数控车床数刀库式1. 用于数控车床的回转刀架完成数控车床上使用的回转刀架换刀是一种简洁的自动换刀装置，有四方刀架、六角刀架等多种形式，即在回转刀架上分别安装有四把、六把或更多的刀具，并按数控装置的指令换刀。回转刀架在构造上必需具有良好的强度和刚度，以承受粗加工时的切削抗力。由于车削加工精度在很大程度上取决于刀尖位置，对于数控车床来说，加工过程中刀具位置不进展人工调整，因此更有必要选择牢靠的定位方案和合理的定位构造，以保证回转刀架在每次转位之后，具有尽可能高
25、的重复定位精度(一般为 0.0010.005mm)。1四方回转刀架如以以下图为四方回转刀架的构造图，该刀架广泛应用于经济型数控车床及卧式车床的数控化改造中。当机床执行加工程序中的换刀指令时，刀架自动转位换刀。其换刀过程如下。14刀架抬起 当数控装置发出换刀指令后，电动机 1 正转，并经联轴器 2带动蜗杆轴 3 转动从而带动涡轮丝杠 4 转动。涡轮的上部外圆柱加工有螺纹，所以该零件称为涡轮丝杠。刀架体 7 的内孔加工有螺纹与涡轮上的丝杠旋合。涡轮丝杠内孔与刀架中心轴外圆使滑协作，在转位换刀时，中心轴固定不动，涡轮丝杠围绕中心轴旋转。当涡轮丝杠开头转动时，刀架 7和刀架底座 5 上端面齿的处于啮合
26、状态，且涡轮丝杠轴向固定，因此刀架体 7 不能转动只能轴向移动，刀架体 7 抬起。当刀架体抬至确定距离时， 端面齿脱开，完成刀架抬起动作。刀架转位 刀架抬起后，由于转位套 9 用销钉与涡轮丝杠 4 连接，因此随涡轮丝杠一起转动，当刀架抬起端面齿完全脱开时，转位套恰好转过160(如 A-A 剖面图所示)，球头销 8 在弹簧的作用下向下进入转位套 9 的槽中，带动刀架体转位。粗定位压力下并由微动开关发出信号给数控装置。刀架定位 刀架体转动时带着电刷座 10 转动，当转到指定的刀号时， 粗定位销 15 在弹簧力的作用下进入粗定位盘 6 的槽中进展粗定位，同时电刷 13、14 接触导通，使电动机反转。
27、由于粗定位槽的限制，刀架体不能转动，使其在该位置垂直向下移动，刀架体 7 和刀架底座 5 的端面齿啮合实现准确定位。刀架夹紧 电动机连续反转，此时涡轮丝杠停顿转动，蜗杆轴 3 连续转动，端面齿间夹紧力不断增加，转矩不断增大，到达确定值时，在传感器的把握下电动机 1 停顿转动，从而完成一次转位。译码装置由发信体 11、电刷 13、电刷 14 组成。电刷 13 负责发信，电刷 14 负责位置推断。当刀架定位消灭过位或不到位时，可松开螺母 12，调整发信体 11 与电刷 14 的相对位置。1电动机；2联轴器；3蜗杆轴；4涡轮丝杠；5刀架底座；6粗 定位 7刀架体；8球头销；9转位套；10电刷座；11
28、发信体；12螺母；13、14电刷；15粗定位销图 3-5 数控车床方刀架构造15第四章 PLC把握车床刀架一、刀架的选用目前数控车床刀架根本为电动刀架，其特点是定位更准确、快速。老式传统车床刀架多为手动、液压驱动或少局部的电动，改造时可以依据 需要对其加以更换。电动刀架可分为卧式转塔刀架一般安装812把刀和立式电动刀架， 立式电动刀架有四工位或六工位，其中每一种刀架又有抬刀刀架两端齿盘和免抬刀刀架三端齿盘之分。卧式转塔刀架价格相对较贵， 改造中常用四六工位电动刀架。二、电动刀架的电机把握车床的刀架是车床自动换刀的机构，是车床上一个重要的部件。刀架具有很多种类。有霍尔元件检测刀位的简易刀架，有带
29、位置编码可双相换刀的自动刀架，有可带动刀具的自动刀架，把握刀架旋转有的使用一般异步电动机，有的使用伺服电极。有很多刀架的把握厂为车床供给各种各样的刀架。每个厂家生产的刀架把握方法有所差异，就是同一厂家供给不同型号的刀架，其把握时序也不是百分百一样。电动刀架承受三相异步电动机驱动，刀架检测承受霍尔元件。把握直流继电器，继电器再驱动沟通接触器接通三相沟通电源，使刀架电动机正转或反转。电动刀架电机的把握硬件连接。三、车床刀架把握车床的刀架是车床自动换刀的机构，是车床上一个重要的部件。刀架具有很多种类。有霍尔元件检测刀位的简易刀架，有带位置编码可双相换刀的自动刀架，有可带动刀具的自动刀架，把握刀架旋转
30、有的使用一般异步电动机，有的使用伺服电极。有很多刀架的把握厂为车床供给各种各样的刀架。每个厂家生产的刀架把握方法有所差异，就是同一厂家供给不同型号的刀架，其把握时序也不是百分百一样。一、简易刀架的把握简易刀架是经济型车床上常用的一种自动换刀机构。它的机械构造简洁，调试和使用便利。刀架承受三相异步电动机驱动，刀架检测承受霍尔元件。20这种刀架只能单方相换刀，电动机正转换刀，反转锁紧。刀架反转锁紧时刀架电机实际上是一种堵转状态，因此刀架电机反转的时间不太长， 否则可能导致刀架电机的损坏。刀架上每一个刀位都配备一个霍尔元件， 如 4 工位刀架，需配备 4 个霍尔元件。霍尔元件的常态是截止，当刀具转到
31、工作位置时，利用磁体和霍尔元件导通。将刀架位置状态发送到 PLC 的数字输入。由于霍尔元件只有导通和截止两种状态。对于电平有效的数控系统数字输入接口，应当使用大约 1.5 千欧的上拉电阻将导通和截止的状态变成低电平和高电平。刀架的电机的转动由 PLC 数字输出把握。通过 PLC 的数字输出，把握直流继电器，继电器再驱动沟通接触器接通三相沟通电源，使刀架电动机正转或反转。KM2M3刀架电机继电器KA1KA2沟通接触器KM1KM2L380V AC数KM1字输出N图 4-1、电动刀架电机的把握硬件连接图当 PLC 应用程序由数控系统的信号接口或从机床把握面板得到换刀指令后，把握刀架电机正转，同时通过
32、 PLC 的数字输入监控刀架的实际位置。假设刀架的实际位置等于指令刀具的位置，PLC 应用程序把握刀架电机反转锁紧，并启动延时把握。延时时间到达后，刀架反转停顿，换刀过程完毕。车床换刀时要考虑的安全互锁是在换刀过程中刀架不能与工件碰撞。换刀时，零件程序首先把握各坐标轴回退至安全位置，再执行换刀指令 TX。换刀完成后，快速移到工件坐标原点，连续加工。就是说在换刀指令完成之前，PLC 要锁定零点程序的连续执行，同时要制止坐标轴的运动。锁定零件程序的连续执行是通过数控系统信号接口中通道信号“读入制止”实现的。坐标轴的制止，也是通过通道接口中的“进给保持”信号置位实现的。图 4-2 表示的是简易刀架的
33、把握时序。简易刀架的把握并不简洁，但要设计出一个使用且功能完备的 PLC 应用程序，除了切换的根本动作以外还需要考虑以下的边界条件。信号 当前刀T1正转刀架电机 停转刀架正转换刀标准刀具T3反转锁紧当前刀T6刀架正转换刀标准刀具T4反转锁紧反转T1 T2刀位检测信号T3T4T5T6简易刀架把握时序刀架的锁紧时间图 4-2刀架的锁紧时刀架电机处于堵转状态，所以刀架锁紧时间不能过长。由于不同厂商生产的刀架，反转锁紧的时间可能有所不同，因此刀架的反转锁紧时间在 PLC 应用程序中是一个可变的值。刀架的锁紧所需的时间， 应当以刀架生产厂商的技术标准为准。考虑锁紧时间的可变性，可以使用PLC 参数定义刀
34、架的锁紧时间。假设使用了 PLC 参数，必需在 PLC 应用程序的技术说明中定义该参数的单位和取值范围。这样在机床的生产过程中， 生产人员可以依据 PLC 技术说明定义 PLC 参数。同时，在 PLC 初始化时应检查输入的参数是否在定义的取值范围之内。假设小于低限，则令其等于低限值；假设超出高限，则令其等于高限值。刀架电机的反转时间切忌过长。刀架刀位信号监控假设刀位检测信号消灭问题，将使换刀过程不能完毕，应为 PLC 应用程序永久不能找到零件程序中的目标刀具。这种状况在机床使用过程中是有可能消灭的，如冷却液进入刀架，使霍尔元件损坏或刀位信号线断等。从刀架的时序图中可以看出，刀架的位置检测信号在
35、任何时候都没有全“0” 也没有全“1”状态。因此，在没有刀架电机转动指令时，假设全部刀位检测信号都为“0”或都位“1”，则说明刀架硬件故障。这时应通过激活PLC 报警工作人员供给故障信息，提示操作人员对刀架进展检修。换刀时间监控所谓时间监控是是指监控从启动换刀到目标刀具的时间。如在换刀过程中由于刀信号故障或编程错误，都可以导致找不到目标刀位，使换刀过程不能完成。监控换刀时间的 PLC 应用程序可利用换刀指令激活一个定时器，假设在定时器规定的时间内找到了目标刀具，则将该定时器复位；假设在定时器规定的时间内，没有找到目标刀具，则停顿刀架电机的运动， 并通过报警提示操作人员进展修检。同样，换刀的监控
36、时间可以通过 PLC 参数设定，并在 PLC 技术说明中定义该参数的单位和取值范围。二、带编码器可双相换刀的刀架把握启动(T1)锁紧(T2) 启动(T2) d3锁紧(T8)d2d2刀架电机反转d3正转d1d1预定位 开电磁铁 关预定位 开电磁铁 关预定位 开电磁铁 关预定位 开电磁铁 关T1T2T2T1T8T8在市场上很多生产车床刀架的厂商，供给各种各样的带位置编码、可双相换刀的自动刀架。这里以肖特公司为例，对此类刀架的把握过程进展说明。图4-3带位置编码器的自动刀架的把握时序，是此类刀架的把握时序。从时序图上看出，这种刀架把握时序的相比照较简洁。同样承受三相异步电动机启动刀架正转和反转，但是
37、刀架的锁紧是通过定位电磁铁与刀架旋转协作完成的。图 4-3 带位置编码器的自动刀架的把握时序1时序分析当 PLC 应用程序接收到由数控系统信号接口发出的换刀指令后，首先需要依据当前的刀具位置确定出刀架就近旋转到目标刀位的方向，并启动刀架电机按该方向旋转，同时检测有刀架位置编码器信号发出的实际刀位和选通信号。当检测到实际刀位等于目标位，且选通信号的下降沿消灭时，PLC 应用程序则把握预定位电磁铁动作。这时PLC 应用程序连续监控预定位传感器的下降沿，在下降沿消灭后，把握电机方向相反方向转动，这时刀架进入锁紧过程。锁紧过程启动后，PLC 应用程序监控当前刀位以及选通信号的上升沿。一旦当前刀位等于目
38、标刀位，且选通信号的上升沿消灭时，把握预定位电磁铁关闭，刀架电机停顿，整个换刀过程完成。从时序图看出，在整个换刀过程中有两个重要的时间 d1、d2。这两个时间影响整个换刀过程。d1=30ms,d2=60ms.假设预定位电磁铁吸合或者刀架电机反向的时间不能保证刀架把握时序的要求，可能导致刀架不能锁紧，影响这两个时间的因素有 PLC 的扫描周期，继电器或接触器的滞后时间。对于此类高速刀架，PLC 的扫描周期时间在应可能短，可通过数控系统的配置参数调整 PLC 的扫描周期时间。一般 PLC 扫描时间在 12ms 左右就可以满足对此类刀架把握时序的要求。另外应削减把握回路中滞后的中间环节，如刀架电机的
39、正转、反转不应在 PLC 数字输出和接触器之间通过继电器接力把握，应承受 24V 直流接触器直接把握，见图4-4支流接触器直接把握刀架电机。这样才能保证预 定 位 电 磁 铁 的 动 作 时 间 和 刀 架 正 转 、 反 转 的 切 换 时 间 。380V ACKM2M3刀架电机KM1KM2数KM1字输出24V 直流接触器直流接触器直接把握刀架电机图 4-4 支流接触器直接把握刀架电机2） 、按就近找刀的原则确定换刀方向在 PLC 应用程序中的一项任务是推断刀架的旋转方向。当数控系统通过信号接口发出换刀指令后，PLC 应用程序要依据当前的实际刀位来确定就近找刀方向。图4-5刀架旋转方向确实定
40、，中的换刀实例说明白就近 找刀方向的推断过程。由此推倒出确定就近换刀方向的判据。当前刀位编程刀号方向172反CCW275正CW338正CW414反CCW568反CCWCCW182加工位置73645CW刀架旋转方向确实定图 4-5刀位差D 差=D 目标-D 当前3） 、PLC 应用程序的柔性化所谓 PLC 程序的柔性化是指同一个 PLC 应用程序可以适应不同的变化，假设把握时序一样，但刀位数不同的刀架。这里再次提出了应用 PLC 参数的问题。PLC 参数是数控系统为机床制造厂供给的开放平台之一。利用PLC 参数可以定义刀架最大刀位数，定义换刀的监控时间。刀架把握 PLC 子程序调用，是一个 PL
41、C 子程序的实例，其中刀架的最大刀位数和监控时间使用了 PLC 参数。同样必需定义 PLC 参数的单位和取值范围，而且在PLC 应用程序中对取值范围进展把握。第五章 PLC把握电动刀架随着电气技术的飞速进展， PLC 把握技术广泛的应用各个领域的工业把握，通过用户程序把握生产工艺过程，具有较高的稳定性和牢靠性，较强的实时处理力气，使用简洁维护便利。沟通21伺服以独特的定位精度和调速方式，在各工业领域也得到了广泛的应用，而在机床的应用则更具有代表性。数控车床自动换刀 PLC 把握数控车床中电动刀架上夹持各种不同用途的刀具，通过旋转分度定位来实现机床的换刀动作。下面以电动刀架 BWD40-1 为例
42、，分析数控车床自动换刀的 PLC 把握过程。电动刀架为六工位，承受蜗杆蜗轮传动，刀架电动机正转实现刀架松开并进展分度，反转进展锁紧并定位。电动机的正反转由接触器 KM6、KM7 把握，刀架的松开和锁紧靠微动行程开关 SQ1 进展检测，刀架的分度由刀架电动机后端的角度编码器进展检测。具体把握电路如图 5-1 所示。图 5-1 数控车床电动刀架电气把握线路1.电气设计要求1) 机床接收到换刀指令(程序的 T 码指令)后，刀架电动机正转进展松开并分度把握，分度过程中要有转位时间的检测，检测时间设定为 10s，每次分度时间超过 10s 系统就发出分度故障报警。2) 刀架分度并到位后，通过电动机反转进展
43、锁紧和定位把握，为了防止反转时间过长导致电动机过热，要求电动机反转把握时间不得超过 0.7s。3) 电动机正反转把握过程中，还要求有正转停顿延时时间把握和反转开头的延时时间把握。4) 自动换刀指令执行后，要进展刀架锁紧到位信号的检测，只有检测到该信号，才能完成 T 代码功能。225) 自动换刀过程中，要求有电动机过载、短路及温度过高保护，并有相应的报警信息显示。自动运行中，程序的T 代码错误(T=0 或 T7)时相应有报警信息显示。2. 电动刀架 PLC 把握图 5-2 为某数控车床电动刀架 PLC 把握梯形图，图中的 X2.1、X2.2、X2.3 为角度编码器的实际刀号检测输入信号地址，X2
44、.6 为角度编码器位置选通输入信号(每次转到位就接通)地址，通过常数定义指令(NUME)把刀架当前实际位置的刀号写入到地址 D302 中。通过判别全都指令(COIN)把当前位置的刀号(D302 中的数值)与程序的 T 码选刀刀号(F26 中的数值)进展判别，假设两个数值一样，则T 码关心功能完毕(说明程序要的刀号与当前实际刀号全都)；假设两个数值不一样，则进展 R1.1 的分度把握。通过判别指令(COIN)和比较指令(COMP)与数字 0 和数字 7 进展比较，假设程序指令的 T 码为 0 或大于等于 7 时，系统要有 T 代码错误报警信息显示，同时停顿刀架分度指令的输出。当程序指令的 T 码与刀架实际刀号不全都时，系统发出刀架分度指令(继电