數(shù)控機床刀架改造淺析

1、<p>　　數(shù)控機床刀架改造淺析</p><p>　　摘 要：隨著機械制造發(fā)展，企業(yè)為了提高產品效益和質量，對普通機床數(shù)字化改造及普通數(shù)控機床升級改造愈來愈重視，因此數(shù)控機床改造有著廣闊的市場和效益，刀架的改造就是其一。 </p><p>　　關鍵詞：電動刀架 數(shù)字化改造 </p><p>　　中圖分類號：TG519.1 文獻標識碼：A 文章編號：1003

2、-9082（2013）07-0102-02 </p><p>　　一、數(shù)控機床刀架改造及方案 </p><p>　　數(shù)控車床電動刀架是數(shù)控車床的重要功能部件，主要完成零件加工過程中的自動換刀。使機床在一次裝夾中完成多工序的加工，有效的減少刀具多次裝夾帶來的加工誤差，刀架用于夾持切削用的刀具，其結構直接影響機床的切削性能和切削效率。因此數(shù)控車床的刀架選擇的好與壞、效率高與低將直接影響到產品的

3、加工時間和質量，隨著制造業(yè)的不斷發(fā)展，對自動刀架的功能及性能要求也越來越高，原有的四工位刀架常常不能滿足盤式零件加工要求。本篇主要介紹如何用臥式六工位電動刀架取代立式四工位刀架，以提高數(shù)控機床使用性能。 </p><p>　　圖 1-1 所示為數(shù)控車床自動回轉刀架機電系統(tǒng)，其中包括控制元件、動力源、傳動裝置、刀架體與檢測裝置。PMC作為控制裝置，通過程序控制電機的起停與正反轉，電機作為動力源，通過傳動裝置控制上刀

4、體的抬起、下降與轉動，霍爾元件作為檢測元件，檢測上刀體是否到位，到位信號反饋給PMC，共同控制電機的運轉。 </p><p>　　下面從機械與電氣兩方面做一說明。 </p><p>　　二、刀架選擇及安裝 </p><p><b>　　1.刀架選擇 </b></p><p>　　數(shù)控刀架開始向快速換刀、電液組合驅動和伺服

5、驅動方向發(fā)展。目前國內數(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，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動刀架。電動刀架是數(shù)控車床重要的傳統(tǒng)結構，合理地選配電動刀架，并正確實施控制，能夠有效的提高勞動生產率，縮短生產準備時間，消除人為誤差，提高加工精度與加工精度的一致性等等。另外，加工工藝適應性和連續(xù)穩(wěn)定的工作能力也明

6、顯提高：尤其是在加工幾何形狀較復雜的零件時，除了控制系統(tǒng)能提供相應的控制指令外，很重要的一點是數(shù)控車床需配備易于控制的自動回轉刀架，以便一次裝夾所需的各種刀具，靈活方便地完成各種幾何形狀的加工。 </p><p>　　電動刀架已經形成了系列產品，國內許多廠家已有定型產品，如：立式四工位刀架、臥式六工位刀架、八工位刀架、十工位、十二工位刀架等，我們在改造時只需要根據(jù)產品加工的工藝要求，選用臥式六工位刀架，如下圖（b

7、）。 </p><p><b>　　2.刀架安裝 </b></p><p>　　與原刀架高度及尺寸相近視，刀架電控系統(tǒng)與原刀架電控系統(tǒng)電平一致，機械參數(shù)可以參考同類機床進行類比，中心高不能過高，低了可以用墊板墊；安裝尺寸也要合適，可以采用過渡件安裝。 </p><p>　　3.電氣改造及調試 </p><p>　　電氣控

8、制部分改造分兩步，線路改造和刀架控制梯形圖的編寫。 </p><p>　　3.1電氣部分改造 </p><p>　　電氣部分，刀架電機主電路不變，原刀架四個刀位輸入信號地址X2.1、X2.2、X2.3、X2.4中，前三個可作為六工位刀位信號使用，刀架的分度由刀架電動機后端的角度編碼器進行檢測和控制，信號是BCD碼，X2.4可作為刀架加緊信號輸入，需增加X2.6、X2.5兩個輸入點作為刀位選

9、通信號及刀架電機過載保護輸入端，系統(tǒng)其它電氣控制部分不再改動，下圖為改裝后的原理接線圖。 </p><p>　　3.2刀架結構及動作分析 </p><p>　　經濟型數(shù)控車床刀架式在普通車床六方位刀架的基礎上發(fā)展的一種自動換刀裝置，其功能和普通六方位刀架一樣：有6個刀位，能夾持六把不同功能的刀具，方刀架回轉60°時，刀架交換一個刀位，但方刀架回轉和刀位號的選擇是由加工程序指令控制

10、的。下面就以六工位刀架為例來說明其結構與原理，如下圖3.2所示。 </p><p><b>　　3.3刀位信號 </b></p><p>　　3.4自動刀架控制涉及到的I/O信號 </p><p>　　PLC輸入信號： X2.1～X2.3：1～6號刀到位信號輸入；X2.4：熱繼電器信號輸入； </p><p>　　X2.

11、5：行程到達信號輸入； X2.6：角度編碼器位置選通信號輸入； </p><p>　　X2.7：電源空開信號輸入； PLC輸出信號： Y2.4：刀架正轉繼電器控制輸出； </p><p>　　Y2.5：刀架反轉繼電器控制輸出。 </p><p>　　電動機的正反轉由接觸器KM6、KM7控制，刀架的松開和鎖緊靠微動行程開關SQ1進行檢測，地址為X2.5。刀架的分度由刀

12、架電動機后端的角度編碼器進行檢測和控制，信號是BCD碼，分別是X2.1、X2.2、X2.3。刀具位置選通脈沖信號為X2.6。電動刀塔過載保護輸入信號為X2.4。選通信號X2.6為1時表示刀架已經旋轉到某個刀位位置，這時的具體刀位號由X2.1、X2.2、X2.3來確定。 </p><p>　　3.5電氣設計要求 </p><p>　　機床接收到換刀指令（程序的T碼指令）后，刀架電動機正轉進行

13、松開并分度控制，分度過程中要有轉位時間的檢測，檢測時間設定為10s，每次分度時間超過10s系統(tǒng)就發(fā)出分度故障報警。刀架分度并到位后，通過電動機反轉進行鎖緊和定位控制，為了防止反轉時間過長導致電動機過熱，要求電動機反轉控制時間不得超過0.7s。電動機正反轉控制過程中，還要求有正轉停止延時時間控制和反轉開始的延時時間控制。自動換刀指令執(zhí)行后，要進行刀架鎖緊到位信號的檢測，只有檢測到該信號，才能完成T代碼功能。自動換刀過程中，要求有電動機過載

14、、短路及溫度過高保護，并有相應的報警信息顯示。自動運行中，程序的T代碼錯誤（T=0或T>7）時相應有報警信息顯示。 </p><p>　　3.6控制軟件的設計 </p><p>　　電動刀架控制系統(tǒng)軟件執(zhí)行過程為：換刀系統(tǒng)接收到換刀指令后，系統(tǒng)首先讀取刀號存儲單元中存儲的當前刀位號碼，并將該存儲單元中的刀位號與換刀指令給出的刀位號比較，如果相同，則不需換刀，系統(tǒng)繼續(xù)向下執(zhí)行程序；如果

15、當前刀位號碼與換刀指令給出的刀位號不相同，則PMC的Y2.4腳輸出高電平控制刀架電機正轉，并不斷檢測刀位到位信號，當檢測到刀位到位信號后，PMC的Y2.4腳輸出低電平，停止刀架運轉，同時在Y2.5腳輸出高電平，電機反轉，同時啟動定時器（電機反轉的時間必須嚴格控制，時間過短，刀架無法鎖緊，時間過長，會導致電機過載而燒毀），延時時間一到， Y2.5腳輸出低電平，電機停止旋轉，完成換刀過程。 </p><p>　　接下

16、來就要完成FANUC系統(tǒng)PMC刀架控制梯形圖的編制，根據(jù)刀架換刀流程及I/O分配地址，完成刀架控制梯形圖的編寫。 </p><p>　　對一臺特定的數(shù)控機床，只要能滿足控制要求，對梯形圖的結構、規(guī)模并沒有硬性的規(guī)定，我們可以按思路和邏輯方案進行編程。但理想的梯形圖程序除能滿足機床的控制要求外，還應具有最少的步數(shù)、最短的處理時間和易于理解的邏輯關系。 </p><p><b>