数控机床四方刀架plc控制

西 京 学 院本科毕业设计(论文)题目：数控车床电动刀架PLC控制的设计教学单位： 机电工程系 专 业： 机械设计制造及其自动化 学 号： 0811050502 姓 名： 吴启龙 指导教师： 徐开良 2012年5月24 摘 要数控车床今后将向中高当发展，经济型数控刀架配套，采用电动刀架，预计近年来对数控刀架需求量将大大增加。数控刀架的发展趋势是：随着数控车床的发展，数控刀架开始向快速换刀和伺服驱动方向发展。本部分主要对常州宏达公司生产的LD4B电动刀架四工位立式电动刀架的PLC车床控制设计，并对电动刀架的电路设计，从刀架的结构和工作原理深刻分析，着重研究了数控机床刀架的机械结构以及电气控制原理，PLC控制，霍尔元件的原理机应用。回转刀架的换刀动作分为刀盘抬起、刀盘转位和刀架锁紧三个动作，刀盘转位则由普通三相异步电动机来驱动。刀盘转位动作的实现经以下步骤：数控系统发出刀盘转位的命令三相异步电动机启动涡轮蜗杆转动刀架主轴转动实现刀盘转位。关键词 ：经济型数控车床 ；车床刀架 ； PLC控制电动刀架 AbstractNumerical control lathe, will in the future high when to development, economic l, in recent years on the nc tool is expected to demand will increase greatly. Nc tool is the development trend of: along with the development of the CNC lathe, CNC tool began to change cutters quickly and servo drive direction. The main part of changzhou HTC company produces the LD4B electric tool 4 Labour vertical electric tool PLC lathe control design, and the electric tool circuit design, tool from the structure and working principle of profound analysis, this paper studies the numerical control machine tool and mechanical structure of the electric control principle, PLC control, the principle of the hall element machine applications.Rotary tool for knife actions are divided into the knife dish up the, the knife dish inversion and tool carrier lock three movements, the knife dish inversion is by ordinary three-phase asynchronous motor to drive. The knife dish inversion of the following steps to achieve the action: the numerical control system knife dish out the command of the inversion three-phase asynchronous motor starting rotation axis rotation worm turbine enough to realize the knife dish inversion. Keywords: economic numerical control lathe, Lathe tool; PLC control electric tool 目 录1 绪论11.1课题的研究背景11.2课题的来源及意义12 刀架控制系统硬件组成42.1刀架的有关概况42.1.1 刀架的产生42.1.2刀架的分类42.1.3 刀架的几种典型结构42.2四工位刀架的组成52.3四工位刀架的机械结构72.4四工位刀架控制电路的组成93 PLC控制车床刀架113.1刀架的选用113.2电动刀架的电机控制113.3车床刀架控制113.3.1简易刀架的控制113.3.2刀架的锁紧时间123.3.3刀架刀位信号监控134 车床刀架的选用及工作144.1 刀架的选用144.2 电动刀架的电机控制144.3 PLC控制电动刀架144.3.1常州宏达公司生产的LD4B电动刀架144.3.2常州宏达LD4B刀架的工作原理154.4 刀架驱动164.5 刀架工作顺序164.6 控制过程如下165 PLC控制车床刀架175.1硬件设计175.2 I/O地址分配表185.3换刀梯形图185.3.1手动换刀程序185.3.2 自动换刀195.3.3综合换刀20结 论22致 谢23参考文献24西京学院本科毕业设计（论文）1 绪论1.1课题的研究背景梳子程序控制机床一般简称为数控机床。它是由数控装置或计算机进行控制的一种高效能自动化机床，它综合应用了自动控制技术、计算机技术、精密测量技术、液压气动等技术。并在机床结构等方面运用了最新技术。随着科学技术的发展，机械产品的形状和结构不断改进，对机械零件的加工质量要求也越来越高；单件、小批生产的机械产品所占比重越来越大，特别是在造船、航空、航天、深潜以及国防工业的各个部门，加工批量少、精度要求高、形状复杂的零件很多。像这样的产品，如果采用一般的自动机床或组合机床和自动线来加工，就显得很不经济、不合理，一般机床又不能加工。数控机床就是在这样的条件下产生和发展起来的，它能有效地适应产品不断变化、多品种、小批量的自动化生产。 数控机床就是把加工所需要的各种操作，例如变速、松夹工件、进刀、退刀、开车与停车、冷却液的自动供给等等，以及刀具相对于工件之间的位移。采用数值数据的形式通过计算机的运算，并将输入的指令变为机床的各种操作，实现零件的自动加工。随着网络技术日益普遍运用，互联网进入车间只是时间问题，这将是数字化制造的主要标志。从另一角度来看，企业资源计划如果仅仅局限于业务管理部门(人、财、物、产、供、销)或设计开发等企业上层的信息化是远远不够的，车间最底层的加工设备数控机床不能够连成网络或信息化，就必然成为制造业信息化的制约瓶颈。所以，对于现代制造工厂来说，除了要提高机床的数控化率外，更要使所拥有的数控机床具有双向、高速的联网通讯功能，以保证信息流在车间的底层之间及底层与上层之间通信畅通无阻。1.2课题的来源及意义数控刀架是数控机床的重要组成部分，在我国被命名为机床附件，在国外被定义为机床功能件。随着数控机床的飞速发展，机床设计已由传统的统筹设计发展到模块化设计，即按照机床的功能化分模块，因此这些功能部件的性能已成为整机性能的决定因素。数控刀架作为数控车床的动作执行部件，其基本结构包括：驱动装置、分度装置、预定位装置、松开、锁紧装置、精定位装置、罚信装置、装刀装置。数控刀架的换刀动作如下：系统发出指令齿盘松开刀架旋转分度到达目标工位并发信号给系统齿盘锁紧精定位系统确认后进行切削。数控刀架分类。目前，行业上应用的数控刀架按照与主机配套场合主要有分为如下高、中、低三个档次。低档数控刀架主要有沈阳精诚数控生产的系列电动数控立式刀架，系列卧式刀架。该种刀架结构简单，容易设计、制造。采用三相力矩电机驱动，三联齿定位，矩形螺纹锁紧，配套在我国简易型数控车床，受我国数控机床发展的影响，是我国的特色产品，已经形成规模化生产。中档数控刀架主要有沈阳精诚数控生产的系列电动刀架、系列电动刀架、系列液压刀架。该档次刀架，可双向选刀，刚性好，但结构复杂，对制造加工设备要求高。此类刀架在我国初具规模，但国外产品对我国市场冲击较大。高档数控刀架包括伺服刀架和动力刀架。此类刀架，我国起步较晚，还处在研究阶段，但还没有形成商品化。数控刀架的发展。数控刀架作为功能性部件配套于机床主机，但它集机械、电气于一体，是典型的机电一体化产品，数控刀架的研究开发是机械、电气、电子、材料等多学科知识的综合。当今，数控伺服刀架、动力刀架等功能部件己成为衡量数控机床水平的重要标志。它们的价格也是构成数控机床整机价格的主要成分，粗略计算数控机床数控刀架等功能部件价格已占整机成本构成的左右。目前，我国的功能部件生产发展缓慢，品种少，产业化程度低，不能满足市场要求，不得不依赖进口。由于功能部件进口价格昂贵，造成数控机床整机价格不断上升，我国生产的数控机床几乎失去了竞争优势。市场显示，同等水平的数控机床，韩国的价格几乎与我国的价格持平，出现这一现象与我们主机厂大量从国外采购数控机床所需的功能部件有很大关系。我国机床工具行业的专家、学者、企业家都已看到了功能部件产业的巨大发展前景。许多企业也已瞄准了这个市场，通过引进技术、合作生产或自主开发，初步形成了一批功能部件专业生产厂家。当前国内高水平、高质量的数控机床和加工中心还不能完全满足国内市场需求，这和与之配套的高水平的功能部件发展滞后有关，有些功能部件性能上与国际著名厂家的产品还有一些差距。我国己加入世贸组织，境外功能部件产品对我国市场的冲击将更加厉害。可以说，没有高水平功能部件生产能力的大幅提高，将严重影响我国机床行业的快速发展。伺服刀架控制器是伺服刀架和动力刀架的技术核心。高档刀架采用伺服电机作驱动源，实现位置、速度的双闭环控制，具有结构简单，容易加工制造、维护、精度高，转位快等特点。我国各大机床主机厂均依靠进口此类产品与主机配套。很明显，伺服刀架的机械结构简单，而我国目前还没有针对数控刀架的专业伺服驱动系统产品，这大大的制约了我国高档刀架发展，是我国的伺服刀架的研制处于停滞状态，因此，伺服刀架的控制器即伺服刀架的伺服电机控制是高档数控刀架的关键技术。刀库包括刀套旋转机构及换刀机械手，刀库外形为圆盘形，内部装有一个分度盘。刀库的回转运动由带抱闸的三相异步电机作动力源。三相电源通过交流接触器提供给电动机，此时抱闸打开，刀库运转，切断三相电源则抱闸闭锁，刀库立刻停止运转。通过分度盘的运动及相关检测元件组的逻辑组合，可使每个刀套准确停在换刀位置。刀套停在换刀位置后，由气缸控制刀套处于水平或垂直状态，以方便机械手换刀。刀套分度台可以顺时针或逆时针方向旋转，从而可以在最短的时间内搜索到所要更换的刀具。刀库换刀机械手的运动同样是由带抱闸的三相异步电机作动力源，通过齿轮传动机构，把电机产生的匀速旋转运动转化为机械手的规律性前进、停止以及旋转运动。齿轮传动装置配有微动开关组。这个开关组包括3组微动凸轮和3个接近开关，每组微动凸轮上装有3个微动凸轮。该微动开关组用于控制机械手夹住刀具、机械手把刀具从主轴和刀套内取出、机械手处于原始位置等。该刀库的旋转刀套及机械手的减速传动机构内都内置了一个扭矩限制器，以防止内部机械结构损坏。通过这次的毕业设计，使自己各方面的能力都有所提高（自学能力、动手能力、语言表达能力、文字表达能力、解决实际问题的能力）。对自动回转刀架的认识，可以为我以后学习各类数控机床有个好的基础。同样刀架的PLC程序能应用和设计，再要应用和设计刀库的PLC程序就容易了。为今后从事本专业的工作运用打下基础，使自己能很快的融入社会。2 刀架控制系统硬件组成2.1刀架的有关概况2.1.1 刀架的产生电动刀架是数控车床重要的传统结构，由于该类刀架采用全电控制，无需另加液压或气动等其它动力源，故对简化机床控制的复杂程度带宋好处。合理的选配电动刀架，可以缩短生产准备时间，消除人为误差，提高加工精度与加工精度的一致性。另外，加工工艺适应性和连续工作的工作能力也明显提高;尤其是在加工几何形状较复杂的零件时，除了控制系统能提供相应的控制算法，对执行机构发出相应的控制指令外，很重要的一点是数控机床须配备易于控制的电动刀架，以便一次装夹所需各种刀具，灵活，方便地完成各种几何形状的加工。2.1.2刀架的分类按刀架的回转轴线分类，有绕水平轴旋转分度和绕垂直轴旋转分度两大类。按装刀数来分常见的有四工位电动刀架和六工位电动刀架等。按机械定位方式分，常见的有端齿盘定位，三齿盘定位，斜板圆销转位电动刀架等。三齿盘定位电动刀架(又称为“免抬刀架”)可实现上刀体不抬起而顺利地转位换刀的要求，排除了冷却液、加工屑对刀架转位时的影响，较为可靠地解决了刀架的密封问题。斜板圆销转位电动刀架结构简单，工作可靠。 2.1.3 刀架的几种典型结构a. 排刀式刀架 排刀式刀架一般用于小规格数控车床，以加工棒类为主的机床较为常见，它的结构形式为夹持着各种不同用途刀具的刀夹沿着机床X坐标轴方向排列在横向滑板或一种称为快换台板上。这种刀架的特点之一是刀具布置和机床调整都较方便，可以根据具体工件的车削工艺要求，任意组合各种不同用途的刀具在一把刀完成车削任务后，横向滑板只要按程序沿X轴向移动预先设定的距离后，第二把刀就到达加工位置，这样就完成了机床的换刀动作。这种换刀方式迅速、省时、有利于提高机床的生产效率。b. 数控车床方刀架 经济型数控车床方刀架是在普通车床四方刀架的基础上发展的一种自动换刀装置，其功能和普通四方刀架一样：有四个刀位，能装夹四把不同的刀具，方刀架回转90时，刀具变换一个刀位，但方刀架的回转和刀位号的选择是由加工程序指令控制的。换刀时方刀架的动作顺序是：刀架抬起、刀架转位、刀架定位和刀架夹紧。完成上述动作要求，有相应的机构来实现。c. 般转塔回转刀架 转塔回转刀架适用与盘类零件加工。在加工轴类零件时，可以换用四方回转刀架。由于两者底部安装尺寸相同，更换刀架十分方便。回转刀架动作根据数控指令进行，由液压系统通过电磁换向阀进行控制，其动座过程分为如下三个步骤：刀架转位、刀架压紧，转位液压缸复位。如果定位、压紧动作正常，刀架会发出信号表示已完成换刀过程，可进行切削加工。d. 盘形自动回转刀架 盘形自动回转刀架根据刀位又可分为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型回转刀盘的外切刀可使用25mm*150mm标准刀具和刀杆截面为25mm*25mm的可调工具，C型可用尺寸为20mm*20mm*125mm的标准刀具。镗刀杆直径最大为32mm。该种刀架更换和对刀十分方便。刀位选择由刷形选择器进行，松开、夹紧位置检测由微动开关控制。整个刀架控制是一个纯电气系统，结构简单。e. 车削中心的动力刀架 车削中心的动力刀架的刀盘上可以安装各种非动力辅助刀夹（车刀夹、镗刀夹、弹簧刀夹、莫氏刀柄），夹持刀具进行加工，还可安装动力刀夹进行主动切削，配合主机完成车、铣、钻、镗等各种复杂工序，实现加工程序自动化、高效化。该刀架采用端齿盘作为分度定位元件，刀架转位由三相异步电机驱动，电动机内部带有制动机构，刀位由二进制绝对编码起器识别，并可双向转位和任意刀位就近选刀。动力刀具由交流伺服电机驱动，通过同步齿形带、传动轴、传动齿轮、端面齿离合器将动力传递到动力刀夹，再通过刀夹内部的齿轮传动，刀具回转，实现主动切削。2.2四工位刀架的组成西门子数控车床的电动四工位刀架采用的电机是三相异步电机，功率90W，转速1300r/min。电动四工位刀架如图31所示：刀架由电动机、蜗轮蜗杆机构，传动轴，蜗杆，下齿盘，上齿盘，定位槽，插销，丝杠螺母机构，反靠槽，霍尔开关，磁性板霍尔元件电路或干簧管、微动开关电路等组成。图2.1 四工位刀架刀架的动作：当数控系统发出换刀指令后，通过比较电路比较目标刀具与原刀具的位置差，再来判断是否要旋转，若与原来的一样的话，刀架没有任何的动作，若不一样的话，在确定好目标刀具号后，刀盘松开并被顶起，然通过接口电路使电机正转，经传动装置、驱动蜗杆蜗轮机构,蜗轮带动丝杠螺母机构，将刀盘松开并抬起，直至两定位多齿盘脱离啮合状态，然后由插销带动刀盘转位，数控装置发出的换刀指令使霍尔开关中的某一个选通，当磁性板与被选通的霍尔开关对齐后，霍尔开关反馈信号使电机反转并夹紧的动作，插销向预分度盘上的分度槽反靠实现预分度，刀盘停止转动，通过丝杠机构使刀盘移动到齿盘重新啮合，实现精确定位。多齿盘啮合精确定位后，电机应能停止反转。换刀完成。例如，四工位自动回转刀架回转电机反转1.5s后，由数控装置自动停止，防止电机不停反转而过载毁坏。反靠机构使卜带动刀架旋转的机构，由于它必须在刀架正转时对卡死，反转时半卡死，因此该反靠槽的两个侧面一个设计成垂直面，另一个设计成倾斜面。预定位插销和预定位槽(在下齿盘上)的作用在于实现刀架的预定位。电机正转时，定位插销被插销上方的弹簧拉起，回转电机反转，插销被弹簧入预定位槽内实现刀架的预定位，精确定位采用多齿盘结构，利用其表面精度高、硬度高的梯形齿结构进行啮合以达到精确定位。整个信号走向是：操作面板或程序发出换刀指令输到CNC，CNC与PLC输出转接板来控制输出板上的中继的动作从而控制电动刀架的正反转，当从CNC插口过来正转信号为低电平信号时，由于CNC输入插口信号线低电平有效，所以相对应的中间继电器线圈得电，常开触点闭合，输出架电机正端有信号输出，通过外部电路闭合控制继电器KM1线圈得电，常开触点KA6闭合，些时刀转；当从CNC插口过来的反转信号为低电平时，相对应输出转接板中的中间继电器线圈得电，常开触点闭合，输出端有信号输出，触点闭合控制继电器KA7线圈得电，常开触点KA7闭合控制刀架电机反转。在正转与反转到位时，由刀架四工位的四个霍尔开关控制，通过霍尔开关反馈回输入转接板检测是否转到位。输到PLC输入板再经过CNC处理决定动作。图2.2 刀架信号走向示意图2.3四工位刀架的机械结构图2.3 数控车床刀架结构1电动机 2联轴器 3蜗杆轴 4蜗轮丝杠 5刀架底座 6粗定位盘7刀架体 8球头销 9转位套 10电涮座 11发迅体 12螺母 13，14电涮 15粗定位销该刀架可以安装四把不同的刀具，转位信号由加工程序指定。其结构图可见附图所示。下面介绍以下该刀架的结构及动作过程：当换刀指令发出后，小型电动机1起动正转，通过平键套筒联轴器2使蜗杆轴3转动，从而带动蜗轮4转动。蜗轮的上部外圆柱加工有外螺纹，所以该零件称蜗轮丝杠。刀架体7内孔与刀架中心轴外圆是滑配合，在转位换刀时，中心轴固定不动，蜗轮丝杠环绕中心轴旋转。当蜗轮开始转动时，由于在刀架底座5和刀架体7上的端面齿处在啮合状态，且蜗轮丝杠轴向固定，这时刀架体7抬起。当刀架体抬到一定距离后，端面齿脱开。转位套9用销钉与蜗轮丝杠4连接，随蜗轮丝杠一同转动，当端面齿完全脱开，转位套正好转过160（如图AA剖示所示），球头销8在弹簧力的作用下进入转位套9的槽中，带动刀架体转位。刀架体7转动时带动电刷座10转动，当转到程序指定的刀号时，定位销15在弹簧的作用下进入粗定位盘6的槽中进行粗定位，同时电刷13、14接触导通，使电机1反转，由于粗定位槽的限制，刀架体7不能转动，使其在该位置垂直落下，刀架体7和刀架底座5上是端面齿啮合，实现精确定位。电动机继续反转，此时蜗轮停止转动，蜗杆轴3继续转动，随夹紧力增加，转距不断增大时，达到一定值时，在传感器的控制下，电机1停止转动。译码装置由发信体11、电刷13、14组成，电刷13负责发信，电刷14负责位置判断。当刀架定位出现过位或不到位时，可松开螺母12调好发信体11与电刷14的相对位置。这种刀架在经济型数控车床及普通车床的数控化改造中得到广泛的应用。2.4四工位刀架控制电路的组成西门子802S数控车床采用的电动刀架的电气控制分强电和弱电两部分，强电部分由三相电源驱动三相交流异步电动机正、反向旋转，从而实现电动刀架的松开、转位、锁紧等动作；弱电部分主要由位置传感器发讯盘采用霍儿传感器发讯。该电动刀架的电动机采用三相异步电机。图2.4 刀架控制回路3 PLC控制车床刀架3.1刀架的选用目前数控车床刀架基本为电动刀架，其特点是定位更准确、迅速。老式传统车床刀架多为手动、液压驱动或少部分的电动，改造时可以根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。3.2电动刀架的电机控制电动刀架采用三相异步电动机驱动，刀架检测采用霍尔元件。控制直流继电器，继电器再驱动交流接触器接通三相交流电源，使刀架电动机正转或反转。电动刀架电机的控制硬件连接。3.3车床刀架控制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，控制刀架旋转有的使用普通异步电动机，有的使用伺服电极。有很多刀架的控制厂为车床提供各种各样的刀架。每个厂家生产的刀架控制方法有所差别，就是同一厂家提供不同型号的刀架，其控制时序也不是百分百相同。3.3.1简易刀架的控制简易刀架是经济型车床上常用的一种自动换刀机构。它的机械结构简单，调试和使用方便。刀架采用三相异步电动机驱动，刀架检测采用霍尔元件。这种刀架只能单方向换刀，电动机正转选刀，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，应该使用大约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数字输出控制。通过PLC的数字输出，控制直流继电器，继电器再驱动交流接触器接通三相交流电源，使刀架电动机正转或反转。图3.1 电动刀架电机的控制硬件连接图当PLC应用程序由数控系统的信号接口或从机床控制面板得到换刀指令后，控制刀架电机正转，同时通过PLC的数字输入监控刀架的实际位置。如果刀架的实际位置等于指令刀具的位置，当PLC应用程序控制刀架电机反转锁紧，并启动延时控制。延时时间到达后，刀架反转停止，换刀过程结束。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，零件程序首先控制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，继续加工。就是说在换刀指令完成之前，PLC要锁定零点程序的继续执行，同时要禁止坐标轴的运动。锁定零件程序的继续执行是通过数控系统信号接口中通道信号“读入禁止”实现的。坐标轴的禁止，也是通过通道接口中的“进给保持”信号置位实现的。3.3.2刀架的锁紧时间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，应该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参数定义刀架的锁紧时间。如果使用了PLC参数，必须在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，生产人员可以根据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。如果小于低限，则令其等于低限值；如果超出高限，则令其等于高限值。刀架电机的反转时间切忌过长。3.3.3刀架刀位信号监控如果刀位检测信号出现问题，将使换刀过程不能结束，应为PLC应用程序永远不能找到零件程序中的目标刀具。这种情况在机床使用过程中是有可能出现的，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，如果所有刀位检测信号都为“0”或都位“1”，则说明刀架硬件故障。这时应通过激活PLC报警工作人员提供故障信息，提醒操作人员对刀架进行检修。 4 车床刀架的选用及工作4.1 刀架的选用目前数控车床刀架基本为电动刀架，其特点是定位更准确、迅速。老式传统车床刀架多为手动、液压驱动或少部分的电动，改造时可以根据需要对其加以更换。数控车床的回转刀架是最简单的刀库，也是最简单的自动换刀装置，通常有四方刀架和六方刀架，分别可装四把刀和六把刀，这种刀架刚性好，重复定位精度高。数控车床的回转刀架通常由电机驱动，用PLC来控制的，也称为电动刀架。4.2 电动刀架的电机控制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，控制刀架旋转有的使用普通异步电动机，有的使用伺服电极。有很多刀架的控制厂为车床提供各种各样的刀架。每个厂家生产的刀架控制方法有所差别，就是同一厂家提供不同型号的刀架，其控制时序也不是百分百相同。电动刀架采用三相异步电动机驱动，刀架检测采用霍尔元件。控制直流继电器，继电器再驱动交流接触器接通三相交流电源，使刀架电动机正转或反转。电动刀架电机的控制硬件连接。4.3 PLC控制电动刀架这次我的设计是用PLC控制常州宏达公司的 LD4B电动刀架。4.3.1常州宏达公司生产的LD4B电动刀架如下图： 图4.1 刀架配图4.3.2常州宏达LD4B刀架的工作原理LD4B系列立式电动刀架采用蜗轮蜗杆传动，三齿盘啮合螺杆锁紧的工作原理。LD4B电动刀架有4个刀位 ,可装四把刀，左上角为加工位置，当选刀时，刀架可绕中间轴旋转，被选的刀转到左上角加工位置时停对应每把刀具位置上有一个开关，开关接通时表示该刀处在加工位置。这四个开关是用接近开关，没有机械接触，这样可提高开关寿命。由于普通接近开关对金属很敏感，容易发生误信号。刀架中的开关采用霍尔元件，也称为霍尔开关。如下图所示：图4.2 刀架转动原理图霍尔元件对磁性很敏感，对普通金属不敏感，可以满足我们要求的。在中心轴上，装了一块永久磁钢。当某把刀位的霍尔元件转到加工刀位时，便会产生一个感应信号,开关处于接通状态，表示可选的刀已到达加工位置。因为只有一块磁钢，所以同时只有一个霍尔开关接通，其余三个处于断开状态。4.4 刀架驱动四方刀架由一台电动机驱动。电动机转速1450r/min，经过蜗杆蜗轮副进行减速。然后蜗轮带动刀架绕中心轴旋转当要选的刀转到加工刀位时，便会接通。用此信号使电机正转停下，并开始反转，刀架中有一套螺杆锁紧机构，当刀架反转时，螺杆起锁紧作用，锁紧时间要小于1秒。这样，控制刀架换刀就成了控制电动机的正反转。4.5 刀架工作顺序换刀信号 电机转动 上刀体转位 检测到信号符合 电机正转停，反转延时 初定位 精定位（齿盘啮合） 刀体锁紧 电机堵转 延时结束 换刀动作结束，执行下一步指令。4.6 控制过程如下（1）电机正转，选刀（2）所选刀具到加工位置时，对应的霍尔开关接通，使正转停止，并启动反转。（3）反转锁紧0.8秒后停止。5 PLC控制车床刀架5.1硬件设计24V 0V 霍尔传感器 T1 T2 T3 T4 1.5K4COM X1 X2 X3 X4 Y1 Y224V KA0 KA1图5.1 电路图控制 KA0 KA1KM1 KM2图5.2 控制电路图5.2 I/O地址分配表表5.1 I/0地址分配表启动开关I0.0一号刀霍尔元件I1.0二号刀霍尔元件I1.1三号刀霍尔元件I1.2四号刀霍尔元件I1.3电机正转输出Q0.0电机反转输出手动转换开关Q0.1 I0.15.3换刀梯形图5.3.1手动换刀程序要求：每手动一次刀换一次位置图5.3 手动梯形图5.3.2 自动换刀要求：CNC发出目标刀位号并发出选刀选通信号，其它和手动一样。图5.4 自动换刀梯形图5.3.3综合换刀要求:实现切换手动与自动换刀的功能图5.5 综合换刀梯形图结 论通过这次的毕业设计，使我对大学四年的学习有了更进一步的认识，也更加系统的考核了我对所学专业知识的掌握程度及运用能力，同时也加深了对所学专业知识的掌握程度。PLC控制车床的电动刀架，主要是对刀架的自动控制，在原由的普通车床刀架进行创造性的设计，使车床达到经济使用的状态。随着电气技术的飞速发展，PLC控制车床电动，通过用户程序控制生产工艺过程，具有较高的稳定性和可靠性，较强的实时处理能力，使用简单维护方便。程序的编制充分考虑操作指令和现场信号，整个操作变得比较简单，工作台的旋转、变档、调速，进给、快速移动控制，相互的联锁保护和显示等功能均有PLC完成。因此，我们在对普通机床进行数控改造的过程中，应在考虑各种情况下，使普通机床的各项性能指标尽可能地与数控机床相接近。致 谢感谢我的导师许开良老师，他严谨细致、一丝不苟的作风一直是我工作、学习中的榜样；他们循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪。从课题的选择到项目的最终完成，徐老师都始终给予我细心的指导和不懈的支持。我还要感谢校方给予我这样一次机会，能够独立地完成一个课题，并在这个过程当中，给予我们各种方便，使我们在即将离校的最后一段时间里，能够更多学习一些实践应用知识，增强了我们实践操作和动手应用能力，提高了独立思考的能力。感谢在整个毕业设计期间和我密切合作的同学，在大学生活即将结束的最后的日子里，我终于把从来没有上手的课题，圆满地完成了。正是因为有了你们的帮助，才让我不仅学到了本次课题所涉及的新知识，更让我感觉到了知识以外的东西，那就是不懈的努力，不懈的拼搏，要有不怕吃苦、不怕累的精神。在论文即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课题到论文的顺利完成，有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助，在这里请接受我诚挚的谢意！参考文献1 李伟. 机床电气与PLC 西安电子科大出版社 2006 2 刘永久. 数控机床故障诊断及维修技术 机械工业出版社 2006.13 任平. 现代数控机床故障诊断及维修 国防工业出版社 2002.14 李雪梅. 数控机床 电子工业出版社 2005.35 三菱网站下载. 三菱FX系列PLC说明书 6 胡学林. 可编程控制器教程 电子工业出版社 2004.67 夏燕兰.数控机床电气控制. 机械工业出版社. 2006.28 杜国臣. 机床数控技术 北京大学出版社 2006.89 Siemens S7-200 PLC reference 200510 Sinumerik 802D PLC application software example 200711 MITSUBISHI EX-20P-E programming panel operation manual 199212 Programmable Controllers for FactoryAutomation David G.Johno New YorK andBasel 1987