數(shù)控機(jī)床刀架改造淺析

1、<p>　　數(shù)控機(jī)床刀架改造淺析</p><p>　　摘 要：隨著機(jī)械制造發(fā)展，企業(yè)為了提高產(chǎn)品效益和質(zhì)量，對(duì)普通機(jī)床數(shù)字化改造及普通數(shù)控機(jī)床升級(jí)改造愈來愈重視，因此數(shù)控機(jī)床改造有著廣闊的市場(chǎng)和效益，刀架的改造就是其一。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：電動(dòng)刀架 數(shù)字化改造 </p><p>　　中圖分類號(hào)：TG519.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003

2、-9082（2013）07-0102-02 </p><p>　　一、數(shù)控機(jī)床刀架改造及方案 </p><p>　　數(shù)控車床電動(dòng)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(dòng)換刀。使機(jī)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(jié)構(gòu)直接影響機(jī)床的切削性能和切削效率。因此數(shù)控車床的刀架選擇的好與壞、效率高與低將直接影響到產(chǎn)品的

3、加工時(shí)間和質(zhì)量，隨著制造業(yè)的不斷發(fā)展，對(duì)自動(dòng)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(dòng)刀架取代立式四工位刀架，以提高數(shù)控機(jī)床使用性能。 </p><p>　　圖 1-1 所示為數(shù)控車床自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架機(jī)電系統(tǒng)，其中包括控制元件、動(dòng)力源、傳動(dòng)裝置、刀架體與檢測(cè)裝置。PMC作為控制裝置，通過程序控制電機(jī)的起停與正反轉(zhuǎn)，電機(jī)作為動(dòng)力源，通過傳動(dòng)裝置控制上刀

4、體的抬起、下降與轉(zhuǎn)動(dòng)，霍爾元件作為檢測(cè)元件，檢測(cè)上刀體是否到位，到位信號(hào)反饋給PMC，共同控制電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。 </p><p>　　下面從機(jī)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(qū)動(dòng)和伺服

5、驅(qū)動(dòng)方向發(fā)展。目前國(guó)內(nèi)數(shù)控刀架以電動(dòng)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(jiǎn)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(zhuǎn)，就近選刀，用于全功能數(shù)控車床。另外臥式刀架還有液動(dòng)刀架和伺服驅(qū)動(dòng)刀架。電動(dòng)刀架是數(shù)控車床重要的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)，合理地選配電動(dòng)刀架，并正確實(shí)施控制，能夠有效的提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)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(yīng)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(fù)雜的零件時(shí)，除了控制系統(tǒng)能提供相應(yīng)的控制指令外，很重要的一點(diǎn)是數(shù)控車床需配備易于控制的自動(dòng)回轉(zhuǎn)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(dòng)刀架已經(jīng)形成了系列產(chǎn)品，國(guó)內(nèi)許多廠家已有定型產(chǎn)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?cè)诟脑鞎r(shí)只需要根據(jù)產(chǎn)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(jī)械參數(shù)可以參考同類機(jī)床進(jìn)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(diào)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(jī)主電路不變，原刀架四個(gè)刀位輸入信號(hào)地址X2.1、X2.2、X2.3、X2.4中，前三個(gè)可作為六工位刀位信號(hào)使用，刀架的分度由刀架電動(dòng)機(jī)后端的角度編碼器進(jìn)行檢測(cè)和控制，信號(hào)是BCD碼，X2.4可作為刀架加緊信號(hào)輸入，需增加X2.6、X2.5兩個(gè)輸入點(diǎn)作為刀位選

9、通信號(hào)及刀架電機(jī)過載保護(hù)輸入端，系統(tǒng)其它電氣控制部分不再改動(dòng)，下圖為改裝后的原理接線圖。 </p><p>　　3.2刀架結(jié)構(gòu)及動(dòng)作分析 </p><p>　　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，其功能和普通六方位刀架一樣：有6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

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

11、5：行程到達(dá)信號(hào)輸入； X2.6：角度編碼器位置選通信號(hào)輸入； </p><p>　　X2.7：電源空開信號(hào)輸入； PLC輸出信號(hào)： Y2.4：刀架正轉(zhuǎn)繼電器控制輸出； </p><p>　　Y2.5：刀架反轉(zhuǎn)繼電器控制輸出。 </p><p>　　電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)由接觸器KM6、KM7控制，刀架的松開和鎖緊靠微動(dòng)行程開關(guān)SQ1進(jìn)行檢測(cè)，地址為X2.5。刀架的分度由刀

12、架電動(dòng)機(jī)后端的角度編碼器進(jìn)行檢測(cè)和控制，信號(hào)是BCD碼，分別是X2.1、X2.2、X2.3。刀具位置選通脈沖信號(hào)為X2.6。電動(dòng)刀塔過載保護(hù)輸入信號(hào)為X2.4。選通信號(hào)X2.6為1時(shí)表示刀架已經(jīng)旋轉(zhuǎn)到某個(gè)刀位位置，這時(shí)的具體刀位號(hào)由X2.1、X2.2、X2.3來確定。 </p><p>　　3.5電氣設(shè)計(jì)要求 </p><p>　　機(jī)床接收到換刀指令（程序的T碼指令）后，刀架電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)進(jìn)行

13、松開并分度控制，分度過程中要有轉(zhuǎn)位時(shí)間的檢測(cè)，檢測(cè)時(shí)間設(shè)定為10s，每次分度時(shí)間超過10s系統(tǒng)就發(fā)出分度故障報(bào)警。刀架分度并到位后，通過電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)進(jìn)行鎖緊和定位控制，為了防止反轉(zhuǎn)時(shí)間過長(zhǎng)導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)過熱，要求電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)控制時(shí)間不得超過0.7s。電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制過程中，還要求有正轉(zhuǎn)停止延時(shí)時(shí)間控制和反轉(zhuǎn)開始的延時(shí)時(shí)間控制。自動(dòng)換刀指令執(zhí)行后，要進(jìn)行刀架鎖緊到位信號(hào)的檢測(cè)，只有檢測(cè)到該信號(hào)，才能完成T代碼功能。自動(dòng)換刀過程中，要求有電動(dòng)機(jī)過載

14、、短路及溫度過高保護(hù)，并有相應(yīng)的報(bào)警信息顯示。自動(dòng)運(yùn)行中，程序的T代碼錯(cuò)誤（T=0或T>7）時(shí)相應(yīng)有報(bào)警信息顯示。 </p><p>　　3.6控制軟件的設(shè)計(jì) </p><p>　　電動(dòng)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(hào)存儲(chǔ)單元中存儲(chǔ)的當(dāng)前刀位號(hào)碼，并將該存儲(chǔ)單元中的刀位號(hào)與換刀指令給出的刀位號(hào)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(dāng)前刀位號(hào)碼與換刀指令給出的刀位號(hào)不相同，則PMC的Y2.4腳輸出高電平控制刀架電機(jī)正轉(zhuǎn)，并不斷檢測(cè)刀位到位信號(hào)，當(dāng)檢測(cè)到刀位到位信號(hào)后，PMC的Y2.4腳輸出低電平，停止刀架運(yùn)轉(zhuǎn)，同時(shí)在Y2.5腳輸出高電平，電機(jī)反轉(zhuǎn)，同時(shí)啟動(dòng)定時(shí)器（電機(jī)反轉(zhuǎn)的時(shí)間必須嚴(yán)格控制，時(shí)間過短，刀架無法鎖緊，時(shí)間過長(zhǎng)，會(huì)導(dǎo)致電機(jī)過載而燒毀），延時(shí)時(shí)間一到， Y2.5腳輸出低電平，電機(jī)停止旋轉(zhuǎn)，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(duì)一臺(tái)特定的數(shù)控機(jī)床，只要能滿足控制要求，對(duì)梯形圖的結(jié)構(gòu)、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(jìn)行編程。但理想的梯形圖程序除能滿足機(jī)床的控制要求外，還應(yīng)具有最少的步數(shù)、最短的處理時(shí)間和易于理解的邏輯關(guān)系。 </p><p><b>