畢業(yè)設計---fanuc數控車床的刀架控制系統(tǒng)設計

1、<p><b>　　畢業(yè)設計說明書</b></p><p>　　課題名稱： FANUC數控車床的刀架控制系統(tǒng)設計 </p><p>　　學生姓名 </p><p>　　學 號 </p><p>　　二級學院(系

2、) 電氣電子工程學院 </p><p>　　專 業(yè) 機電一體化技術 </p><p>　　班 級 </p><p>　　指導教師 </p><p>　　起訖時間：2012年　2月　13日～2

3、012 年　4月　6 日</p><p>　　FANUC數控車床的刀架控制系統(tǒng)設計</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　本次主要是研究FANUC數控車床的刀架控制系統(tǒng)。其中分析了FANUC數控車床的基本組成，數控車床六工位刀架控制系統(tǒng)的機械機構和電氣控制以及六工位刀架的PLC程序；測繪FANUC數控車床六工位刀架

4、部分的電氣原理圖、接線圖；對六工位刀架的動作過程的分析。</p><p>　　關鍵詞：刀架控制原理；刀架電氣控制系統(tǒng)</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘要I</b></p><p><b>　　目錄i</b></p>

5、<p><b>　　第1章 緒論1</b></p><p>　　1.1 FANUC數控刀架研究的背景及現狀1</p><p>　　1.2 課題的意義1</p><p>　　1.3 課題的內容2</p><p>　　第2章 FANUC數控車床的基本組成3</p><p&g

6、t;　　2.1 主控制系統(tǒng)3</p><p>　　2.2 FANUC伺服單元5</p><p>　　2.3 輔助裝置7</p><p>　　第3章 機械結構8</p><p>　　3.1 刀架總述8</p><p>　　3.2 刀架的基本結構8</p><p>　　3.3

7、 刀架的分類9</p><p>　　3.4 刀架的幾種典型結構9</p><p>　　3.5 FANUC數控車床刀架換刀工作原理11</p><p>　　第4章 數控車刀架電氣控制系統(tǒng)設計14</p><p>　　4.1 刀架的控制和接口14</p><p>　　4.2 霍爾原理在刀架中運用的簡單

8、概述14</p><p>　　4.3 六工位刀架PLC接線原理圖15</p><p>　　4.4 PLC編程的基本步驟及基本編程17</p><p>　　4.5 六工位刀架梯形圖及調試19</p><p><b>　　第5章 結論23</b></p><p><b>　　

9、參考文獻24</b></p><p><b>　　致謝25</b></p><p><b>　　附錄26</b></p><p><b>　　第1章 緒論</b></p><p>　　1.1 FANUC數控刀架研究的背景及現狀</p><

10、p>　　從 2002年開始，中國連續(xù)三年成為世界機床消費第一大國、機床進口第一大國。在世界這么多的數控制造行業(yè)中，目前在我國國內配置的FANUC系統(tǒng)的數控機床約占國內數控機床很大的比例。到目前為止FANUC數控系統(tǒng)的銷售還不斷在增長。</p><p>　　數控車床的外形與普通車床相似，即由床身、主軸箱、刀架、進給系統(tǒng)壓系統(tǒng)、冷卻和潤滑系統(tǒng)等部分組成。數控車床的進給系統(tǒng)與普通車床有質的區(qū)別，傳統(tǒng)普通車床有進給

11、箱和交換齒輪架，而數控車床是直接用伺服電機通過滾珠絲杠驅動溜板和刀架實現進給運動，因而進給系統(tǒng)的結構大為簡化。</p><p>　　隨著數控車床的發(fā)展，數控刀架開始向快速換刀、電、液組合驅動和伺服驅動方向發(fā)展。目前我國數控刀架以電動為主，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，用于全功能數控車床。另外臥式刀架還有液動刀架和伺

12、服驅動刀架。電動刀架是數控車床重要的傳統(tǒng)結構，合理地選配電動刀架，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，提高加工精度等。</p><p>　　目前，行業(yè)上應用的數控刀架按照與主機配套場合主要有分如下高、中、低三個檔次。低擋數控刀架結構簡單，容易設計和制造。是我國的特色產品，已經形成規(guī)?；a。中檔數控刀架可雙向選刀，剛性好，但結構復雜，對制造加工設備要求高，此類刀架在我國初具規(guī)模。高檔數控刀架

13、包括伺服刀架和動力刀架。伺服刀架控制器是伺服刀架和動力刀架的技術核心。高檔刀架采用伺服電機驅動源，實現位置、速度的雙閉環(huán)控制，容易加工制造、精度高、轉位快等特點。伺服刀架的控制器即伺服刀架的伺服電機控制是高檔數控刀架的關鍵技術。</p><p>　　1.2 課題的意義</p><p>　　通過FANUC數控車的刀架控制系統(tǒng)的研究，讓我對FANUC數控刀架控制系統(tǒng)有了更全面的了解，比如數控

14、系統(tǒng)的組成部分、刀架的機械結構、車床的進給、刀架控制原理等內容?，F在通過做FANUC數控車床刀架控制的畢業(yè)課題更加深入的了解數控車床上刀架部分的知識，更好的加強自己在這方面的專業(yè)技能。通過研究，讓我在大學里面學習的知識在該課題里面得到鍛煉，例如：CAD制圖，PLC等。讓我養(yǎng)成自學能力，培養(yǎng)了自己愛思考、分析問題的好習慣。</p><p>　　1.3 課題的內容</p><p>　　（1）

15、測繪FANUC數控車床的原理圖、接線圖：在實驗室里進行實物測繪，同時查閱其相關資料進行FANUC數控車床電氣原理圖、接線圖的繪制。</p><p>　　（2）分析刀架控制系統(tǒng)：在原有的FANUC數控車床的刀架控制系統(tǒng)的基礎上，對其進行深入的研究。</p><p>　?。?）有關數控車床六工位刀架機械結構分析，以及數控車床六工位刀架的電氣控制。</p><p>　?。?/p>

16、4）有關數控車床六工位PLC程序分析：在原有的FANUC數控車床PLC程序的基礎上，加以改進和完善。</p><p>　?。?）撰寫有關畢業(yè)設計說明書：經過老師的指導，撰寫和整理畢業(yè)設計說明書。</p><p>　　本設計重點和難點是FANUC數控車床六工位刀架的機械結構及工作原理以及FANUC數控車床刀架電氣控制分析和PLC程序的調試，需要對刀架的結構非常了解，清楚刀架上的傳感器信號的輸

17、入輸出。</p><p>　　第2章 FANUC數控車床的基本組成</p><p>　　FANUC數控機床由主控制系統(tǒng)、FANUC驅動與反饋、PMC與接口電路三個重要部分組成。</p><p><b>　　2.1 主控制系統(tǒng)</b></p><p>　　CNC結構及功能介紹。</p><p>　

18、　1．主控制系統(tǒng):CNC主控制系統(tǒng)可分為FS Oi-D和FS Oi Mate-D系列兩種類型。FANUC Oi MD系列FANUC Oi-D系統(tǒng)的外觀如下圖2—1所示。</p><p>　　圖2—1FANUC Oi-D 系統(tǒng)外觀圖</p><p>　　數控系統(tǒng)由主CPU、存儲器、數字伺服軸控制卡、主板、顯示卡、內置PMC、LCD顯示器、MDI鍵盤等構成，Oi-D系統(tǒng)已經把顯示卡集成在主板上

19、。</p><p>　?。?）主CPU負責整個系統(tǒng)的運算、中斷控制等。</p><p>　?。?）存儲器包括FROM、SRAM、DRAM:存儲器板如圖2—2所示。FROM存放FANUC公司的系統(tǒng)軟件和機床廠應用軟件，主要是包括插補控制軟件、數字伺服軟件、PMC控制軟件、PMC應用軟件（梯形圖）、網絡通信控制軟件、圖形顯示軟件、加工程序等。SRAM存放機床廠及用戶數據，主要包含系統(tǒng)參數、用戶

20、宏程序、PMC參數、刀具補償及工件坐標系補償、螺距誤差補償數據等。DRAM作為工作存儲器，在控制系統(tǒng)中起到緩存作用。</p><p><b>　　圖2—2 存儲器板</b></p><p>　?。?）主板：主板包含CPU外圍電路、I/O Link、數字主軸電路、模擬主軸電路、RS232數據輸入輸出電路、MDI接口電路、高速輸入信號、閃存卡接口電路等。</p>

21、;<p>　?。?）數字伺服軸控制卡：全數字的運算以及脈寬調制已經以軟件的形式打包裝入CNC系統(tǒng)內（FROM）,支撐伺服軟件運行的硬件環(huán)境由DSP以及周邊電路組成，這就是常說的軸控制卡（簡稱軸卡），如下圖2—3所示。</p><p><b>　　圖2—3 軸控制卡</b></p><p>　　2.常見CNC系統(tǒng)配置:FS Oi Mate-D和FS Oi-

22、D的在功能上有區(qū)別：FS Oi Mate-D的功能是通過軟件方式進行整體打包，可以滿足常規(guī)的使用，而不帶Mate的FS Oi-D系統(tǒng)配置需要根據功能來選擇。常見CNC系統(tǒng)配置如下圖2—4所示。</p><p>　　3．CNC功能模塊圖</p><p>　?。?）CNC控制工作機械的位置和速度，可用于加工、搬運及印刷機的控制等，應用范圍十分廣泛。CNC控制軟件于出廠前裝入，機床生產廠和最終用

23、戶都不能進行修改。使用宏執(zhí)行程序和C語音執(zhí)行程序時，可附加專用界面和循環(huán)加工。</p><p>　?。?）PMC主要用于機床控制而裝在CNC內部的順序控制器。</p><p>　?。?）機床操作面板的開關和指示燈、機床上的限位開關均通過I/O Link與NC進行通信。根據機床規(guī)格和使用目的，由機床生產廠家編制順序程序。</p><p>　?。?）CNC控制軟件、PM

24、C控制軟件和順序程序等都存在快速只讀存儲器F-ROM中。通電時，BOOT系統(tǒng)把這些控制軟件傳送到DRAM中，并根據程序進行CNC處理。斷電時，DRAM中的數據全部消失。</p><p>　?。?）CNC考慮了通用性，能在各種機床上使用。對于進給軸的快速速度和軸名稱等，不同的機床有不同的值，可以在CNC參數中進行設定。此外，設定的刀具長度及半徑補償量等，在機床開發(fā)完成后進行修改的數據，均被保存在SRAM內。SRAM

25、采用后備電池，因此斷電后，其內存儲的數據不會丟失。</p><p>　　（6）軸移動指令的加工程序記錄在F-ROM中，加工程序的目錄記錄在SRAM中。</p><p>　?。?）CNC控制軟件讀取SRAM內的加工程序，并經插補處理后把移動指令發(fā)給數字伺服軟件。</p><p>　　（8）數字伺服CPU控制機床的位置、速度和電動機的電流。通常，一個CPU控制四個軸。由

26、數字伺服CPU運算的結果通過FSSB的伺服串行通信總線送到伺服放大器。伺服放大器對伺服電動機通信，驅動電動機回轉。</p><p>　?。?）伺服電動機的軸上裝有脈沖編碼器產生脈沖。由脈沖編碼器把電動機的移動量和轉子角度送給數字伺服CPU。</p><p>　?。?0）脈沖編碼器有斷電后還能監(jiān)視機床位置的絕對脈沖編碼器和上電后檢測移動量的增量脈沖編碼器兩種。</p><

27、p>　?。?1）手搖脈沖發(fā)生器通過I/O Link進行連接。</p><p>　?。?2）SRAM中存儲的各種數據的輸入和輸出可以使用閱讀機/穿孔機接口或存儲卡。</p><p>　?。?3）使用閱讀機/穿孔機接口時，為便于操縱者連接或者脫開輸入輸出設備，接口應該安置在機床操作面板附件，并設置名為穿孔面板的連接器。</p><p>　　2.2 FANUC伺服單

28、元</p><p>　　數控機床的伺服系統(tǒng)是指以數控機床移動部件（如工作臺）的位置和速度作為控制量的自動控制系統(tǒng)，也就是位置隨動系統(tǒng)。它的作用是接受來自數控裝置中插補器或計算機插補軟件生成的進給脈沖，經變換、放大將其轉化為數控機床移動部件的位移，并保證動作的快速和準確。伺服系統(tǒng)的性能，在很大程度上決定了數控機床的性能，如數控機床的定位精度、跟蹤精度、最高移動速度等重要指標。伺服系統(tǒng)由執(zhí)行元件和驅動控制電路構成。伺

29、服系統(tǒng)按其控制方式分為開環(huán)伺服系統(tǒng)、閉環(huán)伺服系統(tǒng)和半閉環(huán)伺服系統(tǒng)。在開環(huán)伺服系統(tǒng)中，一般采用步進電機、功率步進電機、或電液脈沖馬達作為執(zhí)行元件，而在閉環(huán)和半閉環(huán)伺服系統(tǒng)中，采用直流伺服電動機、交流伺服電動機或電液伺服閥──液壓馬達作為執(zhí)行元件。驅動控制電路的作用是先將數控裝置發(fā)出的進給脈沖進行功率放大轉化為執(zhí)行元件所需的信號形式。數控機床伺服系統(tǒng)主要有兩種：一種是進給伺服系統(tǒng)，它控制機床各坐標軸的切削進給運動，以直線運動為主；另一種是主

30、軸伺服系統(tǒng)，它控制主軸的切削運動，以旋轉運動為主。</p><p>　　1. βi系列伺服系統(tǒng):βi系列是一種可靠性強。性價比卓越的伺服系統(tǒng)，用于機床的進給軸和主軸。通過最新的控制——伺服HRV控制和主軸HRV控制，可實現高速。高精度和高效率控制。</p><p>　　SVSP伺服放大器具有以下特點：平滑的進給和機身設計緊湊的伺服電動機;高分辨率的脈沖編碼器;機身設計緊湊、基本性能卓越的主

31、軸電動機;實現“伺服3軸+主軸1軸”或“伺服2軸+主軸1軸”一體化設計的伺服放大器;具有最新的伺服、主軸控制和伺服調試工具SERVOGUIDE。</p><p>　　圖2—4 SVSP伺服放大器與βi系列伺服</p><p>　　αi系列伺服驅動器: FANUC數控系統(tǒng)常用的高性能伺服驅動產品，采用模塊化的結構形式，驅動由電源模塊、伺服驅動模塊、主軸驅動模塊組成。主軸模塊是用于控制主軸電機

32、的模塊，其結構和功能與伺服驅動器類似。主軸驅動模塊可分為 200V和高壓400V兩大系列，實際使用中選用200V的居多。各模塊及說明如圖2—5所示。αi系列伺服放大器的選型與βiS系列的伺服放大器基本相似，所不同的是需要先選擇控制軸數，再選擇伺服模塊、直流短路棒</p><p>　　圖2—5 αi系列伺服放大器</p><p><b>　　2.3 輔助裝置</b>&l

33、t;/p><p>　　輔助功能包括各種支持機床操作的功能，像主軸的啟動、換刀、程序啟停和切削液的開停等。</p><p>　　執(zhí)行輔助功能的基本步驟</p><p>　　1.輔助功能的信號處理流程：</p><p>　?。?）假設在指令程序中指令了MXXX。XXX可以通過參數為每個功能指定最大位數，指令超過該最大位數時，會有報警發(fā)出。</p

34、><p>　?。?）輸出代碼信號M00-M31,經過由參數設定的時間TMF后，選通脈沖代碼信號MF成為“1”。代碼信號以二進制來表述程序指令值XXX。輔助功能與其他功能指令移動指令一起運行時，同時進行。</p><p>　?。?）PMC側，在選通脈沖信號成為“1”的時刻讀取代碼信號，執(zhí)行對應動作。</p><p>　　(4)如果希望在相同程序段中完成移動、暫停等指令后執(zhí)

35、行對應的動作，應等待分配完成信號DEN變?yōu)椤?”。</p><p>　?。?）PMC側，在完成對應的動作時，應將完成信號FIN設定為“1”。</p><p>　?。?）完成信號在由參數設定的時間TFIN以上保持“1”時，CNC將選通脈沖信號設定為“0”通知已經接受了完成信號的事實。</p><p>　?。?）PMC側在選通脈沖信號成為“0”的時刻，將完成信號設定為“

36、0”。</p><p>　?。?）完成信號成為“0”時，CNC將代碼信號全設定為“0”，輔助功能全部完成。</p><p>　?。?）CNC等待相同程序段的其他指令完成，然后進入下一程序段。</p><p><b>　　第3章 機械結構</b></p><p><b>　　3.1 刀架總述</b>

37、;</p><p>　　數控車床的刀架是機床的重要組成部分。刀架用于夾持切削用的刀具，并可作移動或回轉的部件，因此其結構直接影響機床的切削性能和切削效率。</p><p>　　刀架是直接完成切削加工的執(zhí)行部件，所以，刀架在結構上必須具有良好的強度和剛度，以承受粗加工時的切削抗力。由于切削加工精度在很大程度上取決于刀尖位置，所以要求數控車床選擇可靠的定位方案和合理的定位結構，以保證有較高的重

38、復定位精度。此外，刀架的設計還應滿足換刀的時間短、結構緊湊和安全可靠等要求。</p><p>　　3.2 刀架的基本結構</p><p>　　數控刀架作為數控車床的動作執(zhí)行部件，其基本結構：</p><p>　?。?）驅動裝置 主要有電機、液壓電動機、齒輪、齒條。</p><p>　　（2）分度裝置 通過機械液壓傳動結構到所需工位間的轉

39、動。結構主要分為間歇分度結構和連續(xù)分度機構。快速換刀一般選用雙向旋轉的連續(xù)分度機構。</p><p>　?。?）預定位裝置 到達所需的工位后，停止分度運動，以便于齒盤正確嚙合。伺服電機驅動刀架，利用伺服電機編碼器作為預定位。</p><p>　?。?）松開、剎緊裝置 齒盤副的松開剎緊。為了完成快速殺緊和得到的殺緊力，松開和剎緊一般選用液壓和機械等來實現松開和剎緊。</p>

40、<p>　?。?）精定位裝置 刀具在切削時需要很高的剛性和定位精度，因此刀架都選用齒盤副做的精度定位元件。</p><p>　?。?）發(fā)信裝置 包括工位信號（編碼器）和動作控制信號。</p><p>　?。?）裝刀裝置 包括刀盤、刀夾及夾刀裝置。目前刀盤有2種模式：歐式VDI、日式槽刀盤。德國標準VDI刀盤DIN69880和DIN69881標準。</p>&

41、lt;p>　　（8）數控刀架換刀動作 系統(tǒng)發(fā)出指令——齒盤松開——刀架旋轉分度——到達目標工位并發(fā)信號給系統(tǒng)——預定位——齒盤鎖緊精定位——系統(tǒng)確認后工件切削。</p><p>　　為滿足不同工件的加工要求，數控刀架分為4、6、8、10、12工位，形式為立式和臥式。</p><p>　　3.3 刀架的分類</p><p>　　按刀架的回轉軸線分類，有繞水平

42、軸旋轉分度和繞垂直軸旋轉分度兩大類。按裝刀數來分常見的有四工位電動刀架和六工位電動刀架等。按機械定位方式分，常見的有端齒盤定位，三齒盤定位，斜板圓銷轉位電動刀架等。三齒盤定位電動刀架(又稱為“免抬刀架”)可實現上刀體不抬起而順利地轉位換刀的要求，排除了冷卻液、加工屑對刀架轉位時的影響，較為可靠地解決了刀架的密封問題。斜板圓銷轉位電動刀架結構簡單，工作可靠。</p><p>　　3.4 刀架的幾種典型結構<

43、/p><p><b>　　1.螺旋轉位刀架</b></p><p>　　如圖 3-1 所示，電機經彈簧安全離合器至蝸輪副帶動螺母旋轉，螺母舉起刀架使端齒盤的上盤與下盤分離，隨即帶動刀架旋轉到位，然后發(fā)信號使電機反轉鎖緊，使刀架換位，進行切削加工。螺母升降式零件多，但加力可靠，精度較高，許多刀架都利用這種原理設計。</p><p>　　圖3-1 螺旋

44、轉位刀架 </p><p>　　1-內裝信號盤 2-刀架 3-端齒盤 4-電機 5-安全離合器</p><p>　?。?）數控車床方刀架 </p><p>　　經濟型數控車床方刀架是在普通車床四方刀架的基礎上發(fā)展的一種自動換刀裝置，其功能和普通四方刀架一樣：有四個刀位，能裝夾六把不同的刀具，方刀架回轉9

45、0`時，刀具變換一個刀位，但方刀架的回轉和刀位號的選擇是由加工程序指令控制的。換刀時方刀架的動作順序是：刀架抬起、刀架轉位、刀架定位和刀架夾緊。完成上述動作要求，有相應的機構來實現。</p><p><b>　?。?）轉塔回轉刀架</b></p><p>　　轉塔回轉刀架適用與盤類零件加工。在加工軸類零件時，可以換用四方回轉刀架。由于兩者底部安裝尺寸相同，更換刀架十分

46、方便?；剞D刀架動作根據數控指令進行，由液壓系統(tǒng)通過電磁換向閥進行控制，其動作過程分為如下四個步驟：（1）、刀架抬起，（2）、刀架轉位、（3）、刀架壓緊，（4）、轉位液壓缸復位。如果定位、壓緊動作正常，刀架會發(fā)出信號表示已完成換刀過程，可進行切削加工。</p><p>　　（4）盤形自動回轉刀架</p><p>　　盤形自動回轉刀架根據刀位又可分為A型、B型和C型，其中A型和B型刀架可配置1

47、2把刀具，C型可配置8把刀具。A、B型回轉刀盤的外切刀可使用25mm*150mm標準刀具和刀桿截面為25mm*25mm的可調工具，C型可用尺寸為20mm*20mm*125mm的標準刀具。鏜刀桿直徑最大為32mm。該種刀架更換和對刀十分方便。刀位選擇由刷形選擇器進行，松開、夾緊位置檢測由微動開關控制。整個刀架控制是一個純電氣系統(tǒng)，結構簡單。</p><p>　　圖3.2 八工位刀架</p><p

48、>　?。?）車削中心的動力刀架</p><p>　　車削中心的動力刀架的刀盤上可以安裝各種非動力輔助刀夾（車刀夾、鏜刀夾、彈簧刀夾、莫氏刀柄），夾持刀具進行加工，還可安裝動力刀夾進行主動切削，配合主機完成車、銑、鉆、鏜等各種復雜工序，實現加工程序自動化、高效化。該刀架采用端齒盤作為分度定位元件，刀架轉位由三相異步電機驅動，電動機內部帶有制動機構，刀位由二進制絕對編碼起器識別，并可雙向轉位和任意刀位就近選刀。

49、動力刀具由交流伺服電機驅動，通過同步齒形帶、傳動軸、傳動齒輪、端面齒離合器將動力傳遞到動力刀夾，再通過刀夾內部的齒輪傳動，刀具回轉，實現主動切削。</p><p>　　3.5 FANUC數控車床刀架換刀工作原理</p><p>　　在本課題中以六工位刀架為例，因此系統(tǒng)發(fā)出換刀信號，通過PMC輸出一個刀架正轉信號，刀架電動機正向旋轉，刀架開始找刀。刀架的刀位檢測電路在正向旋轉的過程中輸出

50、刀位信號，刀位檢測電路如圖所示，每個刀位各有一個霍爾位置檢測開關，各刀具按順序依次經過磁發(fā)體位置產生相應的刀位信號輸入到PMC中，當實際刀位和目的刀位寄存器中的刀位相一致時，道具到位。系統(tǒng)通過PMC輸出刀位反轉信號，刀架下降、鎖緊，刀架反轉時間可以通過程序進行設定，時間不宜過長或過短，過長就有可能燒壞電動機或造成電動機過熱空氣開關跳閘，時間過短就有可能造成刀架不能夠鎖緊。刀架鎖緊以后，整個換刀過程結束。</p><p

51、>　　圖3.3 刀架檢測電路</p><p>　　對于六工位自動回轉刀架來說，它最多裝有六把刀具，微機系統(tǒng)控制的任務，就是選中任意一把刀具，讓其回轉到工作位置。刀架外觀如圖3.3下所示。</p><p>　　圖3.4 刀架外觀圖</p><p>　　經濟型數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，其功能和普通四方位刀架一樣：有6個刀位，

52、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3.4所示。 </p><p>　　圖3.5 盤行自動回轉刀架結構示意圖</p><p>　　1—刀架； 2、3—鼠牙盤； 4—滑塊； 5—蝸輪； 6—軸； 7—蝸桿 8,9,10—傳動齒輪； 11—電動機； 12—微

53、動開關； 13—小軸；14—圓盤；15—壓板； 16—調節(jié)鍥鐵</p><p>　　該刀架的工作過程為：刀架松開---刀架轉位---刀架定位鎖緊---刀架轉位結束。</p><p><b>　　刀架松開</b></p><p>　　轉位開始時，電動機11開始轉動，通過齒輪8、9、10帶動蝸桿7旋轉，</p><p>

54、　　從而使蝸輪內孔有螺紋，與軸6上的螺紋配合。這時軸6不能回轉，當蝸輪轉動時，使軸6沿軸向左移動，因為刀架1與軸6,、活動鼠牙盤2是固定在一起的，所以刀盤和鼠牙盤也向左移動，鼠牙盤2和3脫開。</p><p><b>　　刀架轉位</b></p><p>　　在軸6上有兩個對稱槽，內裝滑塊4，在鼠牙盤脫開后，蝸輪轉到一定角度與蝸輪固定在一起的圓盤14上的凸塊便碰到滑塊

55、4，蝸輪便通過圓盤14上的凸塊帶動滑塊4，連同軸6、刀盤一起進行轉位。</p><p><b>　　刀架定位鎖緊</b></p><p>　　當轉到要求位置后，刷形選位器發(fā)出信號，使電動機反轉，圓盤14上的凸塊與滑塊脫離，不再帶動軸6轉動，蝸輪5與軸6上的螺紋使軸6右移，鼠牙盤2、3結合定位，電磁制動器通電，維持電動機軸上的反轉力矩，保證鼠牙盤之間有一定的壓緊力。&l

56、t;/p><p><b>　　刀架轉位結束</b></p><p>　　最后電動機斷電，同時軸6右端的小軸13壓下微動開關12，發(fā)出轉位結束信號。刀具在刀盤上由壓板15及調節(jié)鍥鐵16來夾緊，更換刀具和對刀十分方便。刀架的選位由刷形選位器進行。松開、夾緊位置檢測則由微動開關12實行，整個刀架是一個純電氣系統(tǒng)，結構簡單。</p><p>　　第4章 數

57、控車刀架電氣控制系統(tǒng)設計</p><p>　　電氣是機械的大腦，通過對電氣原理的設計可以執(zhí)行復雜的機械動作。本章主要講述的是數控刀架電氣知識，通過對霍爾效應、刀架的接線原理圖和具體的經濟型刀架換刀過程的梯形圖介紹讓我們對刀架的電氣原理運用有更深一步的認識。</p><p>　　4.1 刀架的控制和接口</p><p>　　控制部分主要采用可編程控制器進行控制，可以

58、方便靈活的調整控制過程以及控制速度，為力檢測是否到所需要的刀位，我們采用霍爾元件進行到位檢測，是否壓緊側采用行程開關進行檢測。</p><p>　　任何一個NC系統(tǒng)都有硬件和軟件兩部分組成，硬件是一個NC系統(tǒng)的基礎，其性能的好壞直接影響整個系統(tǒng)的工作性能，有了硬件，軟件才能有效進行。機床的數控系統(tǒng)的硬件電路概括起來由以下幾部分組成：</p><p>　　1）、中央處理單元部分CPU<

59、/p><p>　　2）、總線：包括數控總線部分，地址總線和控制總線</p><p>　　3）、內存：包括可編程序（ROM）和隨機讀寫內存（PAM）</p><p>　　4）、I/O接口電路</p><p>　　CPU是數控系統(tǒng)的核心，其作用是進行資料運行處理和控制整個電路協(xié)調工作，使內存用于存放系統(tǒng)軟件，應用程序和運行中所需的各種資料。I/O接口

60、是系統(tǒng)與外界進行信息交換的橋梁，三線則是CPU與內線接口以及其他能轉換電路的紐帶沒事CPU與部分電路進行信息和通訊的必由之路。</p><p>　　4.2 霍爾原理在刀架中運用的簡單概述</p><p>　　精度是一臺數控機床的生命，假如機床喪失了精度也就喪失了加工生產的意義了，數控機床精度的保障很大一部分源于霍爾元件的檢測精準性。</p><p>　　在數控機床

61、上常用到的是霍爾接近開光：霍爾元件是一種磁敏元件。利用霍爾元件做成的開關，叫做霍爾開關。當磁性物件移近霍爾開關時，開關檢測面上的霍爾元件因產生霍爾效應而使開關內部電路狀態(tài)發(fā)生變化，由此識別附近有磁性物體存在，進而控制開關的通或斷。這種接近開關的檢測對象必須是磁性物體。</p><p>　　用霍爾開關檢測刀位。首先，得到換刀信號，即換刀開關接通先接通。隨后電機通過驅動放大器正轉，刀架抬起，電機繼續(xù)正轉，刀架轉過一個

62、工位，霍爾元件檢測是否為所需刀位，若是，則電機停轉延時再反轉刀架下降壓緊，若不是，電機繼續(xù)正轉，刀架繼續(xù)轉位直至所需刀位。</p><p>　　圖4-2 霍爾元件執(zhí)行圖</p><p>　　接通整個電路電源，將換刀開關置于自動擋，再按下開始開關進行換刀，正傳線圈自鎖，自動進行換刀。當轉到所需刀位時，刀位對應霍爾元件自動斷開，電機停止正轉。并接通反轉電路，延時反轉，刀架下降并壓緊。</

63、p><p>　　從執(zhí)行圖與分析中可以看出霍爾元件在數控機床中的重要作用。它不但起到了檢測與反饋作用，而且也是數控機床精度可靠性的保障。</p><p>　　4.3 六工位刀架PLC接線原理圖</p><p>　　數控機床刀架是由機床PLC來進行控制，對于普通的六工位刀架來說，控制比較簡單，一般用于普通的車床。我們分析車床刀架的控制原理其實就是指刀架的整個換刀過程，刀架

64、的換刀過程其實是通過PLC對控制刀架的所有I/O信號進行邏輯處理及計算。實現刀架的順序控制。另外為了保證換刀能夠正確進行，系統(tǒng)一般還要設置一些相應的系統(tǒng)參數來對換刀過程進行調整。在分析之前，我們首先了解刀架控制的電氣部分。刀架電氣控制部分如圖4-3所示。圖中的a是刀架控制的強電部分，主要是控制刀架電機的正轉和反轉，來控制刀架的正轉和反轉；圖b是刀架控制的交流控制回路，主要是控制兩個交流接觸器的導通和關閉來實現a中的強電控制；圖c部分是刀

65、架控制的繼電器控制回路及PLC的輸入及輸出回路，整個過程的控制最終是由這個模塊來完成的。</p><p>　　(a)強電電路 （b）接觸器電路 （c）PLC輸入/輸出電路</p><p>　　圖4-3 刀架控制接線回路</p><p>　?。?）圖中各器件的作用如下： </p><p>　　（2）自動刀架

66、控制涉及到的I/O信號如下： </p><p>　　PLC輸入信號： X3.0~X3.5：1~6號刀到位信號輸入； X30.6：手動刀位選擇按鈕信號輸入； X30.7：手動換刀啟動按鈕信號輸入； PLC輸出信號： Y0.6：刀架正轉繼電器控制輸出； </p><p>　　Y0.7：刀架反轉繼電器控制輸出。</p><p>　　接線回路圖簡析：假設，PLC

67、輸入/輸出電路中輸入1號刀同時選擇手動刀選擇。這時，SB11閉合KA6線圈得電反轉KA6觸點斷開實現互鎖。接觸器回路中的KA6觸點導通（KA1始終處于閉合狀態(tài)）KM5線圈得電反轉KM5反轉觸點斷開實現雙重互鎖。刀架正轉接觸器回路導通，在強電回路總的KM5觸點閉合刀架正轉。當霍爾元件檢測到1號刀的到位信號時，刀架開始定位鎖緊，電機停轉，換到結束。其他5把刀換刀方式依次類推。</p><p>　　4.4 PLC編程

68、的基本步驟及基本編程</p><p>　?。?）控制系統(tǒng)開發(fā)開始，確定控制對象（機床、NC、PLC）、確定控制對動作的規(guī)格，算出輸入、輸出點數，估計控制規(guī)模。</p><p>　　不同型號的PC具有不同的硬件組成和性能指標。他們的基本I/O點數和擴展范圍、程序存儲容量往往差別很大。因此，在進行PLC程序設計之前，要對所用PC的型號、硬件配置（是否需要附加I/O板等）作出選擇。</p&

69、gt;<p><b>　　1）輸入輸出點</b></p><p>　　輸入點是與機床側被控對象有關的按鈕、開關、繼電器和接觸器觸點等連接的輸入信號接口，以及由機床側直接連接到NC輸入信號接口。</p><p>　　輸出點包括向機床側繼電器、指示燈等輸出信號接口。</p><p>　　設計者對被控對象的上述輸入、輸出信號要逐一確認，

70、并分別計算出總的需要數量。選用的PC所具有的輸入、輸出點數應比計算出輸入、輸出點數稍多一些，以備可能追加和變更控制性能的需要。</p><p>　　2）存儲容量等其它指標</p><p>　　程序規(guī)模雖機床的復雜程度變化，設計者要根據具體任務對程序規(guī)模作出估算，并據此確定合格的程序容量。</p><p>　　（2）制定接口規(guī)格，分配DI,DO,編制地址表。</

71、p><p>　　根據選定PC的接口技術規(guī)格，設計和編制相關技術文件：輸入輸出信號電路原理圖，地址表，PC數據表。梯形圖中所用到的所有內部和外部信號、信號地址、名稱、傳輸方向，與功能指令有關的設定數據，與信號有關的電氣元件等都反映在這些文件中。編制文件的設計員除需要掌握所用CNC裝置和PC的技術性能外，還需要具備一定的電氣設計知識。</p><p>　　1）輸入輸出信號原理圖</p>

72、<p>　　與輸入信號有關的器件名稱、位置。如操作面板按鈕、工作臺行程限位開關、主軸準停傳感器、電機熱繼電器等。</p><p>　　輸出信號執(zhí)行元件（操作面板指示燈、中間繼電器線圈等）名稱、位置。</p><p>　　輸入和輸出信號插座和插腳編號，或連接端子編號及其信號名稱、在PC中的地址。</p><p>　　輸入和輸出信號接線和工作電源。<

73、/p><p><b>　　2）地址表</b></p><p>　　輸入信號地址表，MT—PLC地址表。如X0000,X0002,X0004等均為輸入信號的8位地址。少數輸入信號的地址由CNC生產廠家定義，如急停輸入信號EMS.M、進給軸零點返回減速信號XDEC.M、ZDEC.M等。</p><p>　　輸出信號地址表，PLC—MT地址表。如Y48,

74、Y53,Y80等均為輸出信號的8位地址，字節(jié)的每位對應一個輸出信號接口，應附有該信號的連接器名稱和插腳編號。所有輸出信號名稱由設計者定義，并用縮寫英文字母表示。</p><p>　　PLC—CNC地址表。如G100.G111等8位地址。這些信號已由CNC廠家定義，名稱和含義均已固定，用戶不得增刪和修改。</p><p>　　CNC—PLC地址表。如F148.F156等8位地址。這些信號已由

75、CNC廠家定義，名稱和含義均已固定，用戶不得增刪和修改。</p><p><b>　　3）PC數據表</b></p><p>　　如地址名稱為R300、R699等，該存儲區(qū)可全部用作內部繼電器地址，也可由功能指令參數設定?？梢匀我鈱⒄麄€存儲區(qū)域劃分成用于定時器、計數器、保持繼電器和數據表及內部繼電器存儲區(qū)。</p><p><b>　

76、?。?）編制梯形圖。</b></p><p>　　對一臺特定的數控機床，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、最短的處理時間和易于理解的邏輯關系。</p><p>　?。?）順序程序的輸入、調試。</p><p>　?。?）系統(tǒng)運行（RA

77、M）。</p><p>　　4.5 六工位刀架梯形圖及調試</p><p>　　（1）六工位刀架梯形圖</p><p>　?。?）六工位刀架的調試</p><p>　　1）模式選擇打到JOG檔，再按刀庫手動，此時刀架向正轉方向旋轉，等待第2把刀信號進來，反轉鎖緊。</p><p>　　模式選擇打到手動輸入，輸入T02

78、02；按循環(huán)啟動，刀架向正轉方向旋轉，等待第2把刀信號進來，反轉鎖緊。</p><p>　　T0反轉鎖緊時間，T2換刀超時時間</p><p><b>　　刀具的輸入信號</b></p><p>　　5）數控系統(tǒng)給刀架的信號</p><p><b>　　第5章 結論</b></p>&

79、lt;p>　　這次畢業(yè)設計讓我更加熟悉了從理論到實踐的跨越。從當初的查閱資料，到現在的論文完成，這中間有很多值得回味的地方。</p><p>　　本文從數控車床、刀架的概況、刀架的PMC控制等方面，分析了數控車床的換刀過程及其原理，本文應用FANUC專用PMC功能指令給出了部分控制程序。把書本上的知識運用到實踐中去，也是我出來實習和完成這次論文最大的感觸。它們的共同點都是用所學有限的基礎知識加上自己的實踐去

80、豐富自己，成就自我。</p><p>　　從這次畢業(yè)設計的開始到完成，就確定了方向去找資料，在這個過程中，不僅僅是復習了以前所學到的知識，鞏固以前學的知識，更接觸了更多的知識。都說學以致用，在這個過程中充實的知識印象深刻，用我自己的想法是：比在學校的這些時間學到的還多。</p><p>　　不管學過的還是沒學過的，的確感覺困難比較多，真是萬事開頭難，不知道如何入手。還得出一個結論：知識必須

81、通過應用才能實現價值。有些東西以為學會了，但到用到的時候才發(fā)現是兩回事，所以我認為只有真正會用的時候才是真的學會了。</p><p>　　大學的時光轉瞬即逝，現在我已經出來實習，做步入社會的最后彩排?；叵氪髮W的生活，雖然有著生活中所有的喜怒哀樂，卻是很是輕松與愜意。因為我們還是溫室的花朵，只不過我們將迎接烈日與狂風暴雨。衷心感謝所有教我老師，感謝指導老師。雖然我們即將告別大樹的余蔭，但是你們教會了我們如何撐起一把

82、能阻擋狂風暴雨和烈日的傘。</p><p>　　參 考 文 獻</p><p>　　[1] 王永章. 數控技術[M]. 北京：高等教育出版社，2001.</p><p>　　[2] 許衡.數控機床故障診斷維修[M].北京:化學工業(yè)出版社,2005.</p><p>　　[3] 張鳳珊,祖龍起.電氣控制及可編程序控制器[M].中國輕工業(yè)出

83、版社2003.</p><p>　　[4] 袁任光.可編程控制器(PC)應用技術與實例[M].廣州:華南理工大學出版社，2001.</p><p>　　[5] 李佳. 數控機床及應用[M]. 北京：清華大學出版社，2001.</p><p>　　[6] 董玉紅. 數控技術[M]. 北京：高等教育出版社，2004.</p><p>　　[7]

84、林宋. 現代數控機床[M]. 北京：化學工業(yè)出版社，2003.</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　畢業(yè)設計就這樣忙碌與充實中順利完成了。在剛接到這個課題時感覺會比較輕松，因為，我自認為我在機與電結合方面學的還不錯?？墒牵斘艺介_始做的時候才發(fā)現，原來我還欠缺的那么多。是機與電的結合，可是也要把兩者分開并且針對每一部分都要詳細闡述。這真

85、的難道了我，一方面：在機械方面，由于之前接觸的不是很多，所以我感到了莫大的壓力；另一方面：在電氣方面也存在一些內容我們之前并沒有學到如：霍爾效應等。面對這些困難，我得到了老師、同學的幫助，同樣我也感受到了自學的重要性。</p><p>　　通過這篇論文我進一步的了解了自己，明白了自身的不足。許多細節(jié)的把握，方向的確定還不夠明確，這都需要我今后的努力，同時也明白了查閱資料在做論文中的重要性。</p>