数控刀架范文第1篇

关键词:数控车床 回转刀架 正转 反转 PLC

中图分类号:TG519.1 文献标识码:A 文章编号:1007-9416(2011)03-0012-01

数控机床是一种机电一体化产品,其综合了自动控制、电子计算机、自动检测及精密机械等方面的技术。该系统通过处理相应的指令程序,可以自东完成信息的输入、译码和运算,从而完成控制机床运动和加工的过程。数控机床与普通车床相比,具有加工精度高,质量稳定、适应性、效率高、操作劳动强度低等优点。

经济型数控车床是我国当前数控车床的主流产品,主要是因为其价格低廉,设备费用投入较少。我国已有十余家企业生产规模达到年产千台以上。

经济型数控车床比较适合目前国内市场的需要,所谓的经济型数控机床就是在普通的机床上面加装数控系统的自动化机床。经济型数控机床主要依靠控制系统精度和机床本身的机械传动精度这两方面来保证和提高被加工零件的精度。由于数控车床的进给传动系统必须对进给位移的位置和速度同时实现自动控制,所以,数控车床与普通卧室车床相比,应具有更好的精度,以确保机械传动系统的传动精度和工作稳定性。

经济型数控车床为了能在工件的一次装夹中完成多工序加工,减少多次安装所引起的加工误差,缩短辅助时间,必须带有自动回转刀架。自动回转刀架一般四工位六工位和八工位这几种形式。根据机械定位方式的不同,自动回转刀架可分为三齿盘定位型和端齿盘定位型等。根据安装方式的不同,自动回转刀架可分为卧式和立式两种。其中端齿盘定位型虽然结构较简单,但是换刀时刀架需抬起,换刀速度较慢且密封性较差。三齿盘定位型又叫免抬型相对而言结构较复杂,但其换刀时刀架不抬起,因此换刀时速度快且密封性好。

自动回转刀架为了更好的承受加工时的切削抗力,在结构上必须要求有良好的刚性和强度。自动回转刀架还要选择可靠的定位方案和合理的定位结构以保证转位具有高的重复定位精度。自动回转刀架的自动换刀由控制系统和驱动电路来实现的。

1、自动回转刀架工作过程

电动刀架由机械换刀机构、电动机、发讯盘等组成。系统发出换刀信号时,刀架电机正转,通过升降机构和减速机构将刀体上升至一定位置,离合盘带动上刀体旋转到所选择刀位,这时发讯盘发出到位到位的信号,此时刀架电机反转,完成初定为以后上刀体下降,齿牙盘啮合,完成精确定位,并通过升降机构锁紧刀架。

2、控制系统设计

此次控制设计的是采用PLC来实现的刀架换刀过程。PLC对控制刀架的I/O进行逻辑处理和运算,以实现刀架的顺序控制。系统还要设计一些相应的参数对换刀过程进行调整来保证换刀能正确进行。此次设计采用的是西门子S7-200编程软件进行程序设计。

2.1 控制电路硬件

刀架电气控制部分的主电路主要是通过控制刀架电机的正转和反转来控制刀架的正转和反转。刀架控制的PLC输入输出控制回路中每把道具都有一个固定的刀号,通过PNP型霍尔开关并接一电阻进行到位检测。

2.2 PLC控制流程

数控刀架换刀有手动换刀和通过T指令进行自动换刀两种模式。手动换刀是指将机床调到手动状态,通过刀位选择按键进行目的刀位选择,有的系统是利用记数的形式来实现,例如通过检测刀位选择信号的状态,如果按下刀位选择按键,计数器的数值发生改变,系统选择也会发生相应的改变;有的系统是利用波段开关的形式进行实现,比如说也可以采用单键换刀,一个短促的按键可以换下一个刀位。T指令换刀是直接通过编程刀号作为目的刀位进行换刀。刀架电机顺时针旋转时为选刀过程,逆时针旋转时为锁紧过程,选刀监控时间和锁紧监控时间由PLC定时器决定。

2.3 PLC控制程序

PLC程序部分包括换刀刀号或编程刀号的读入、刀位判断比较、正转寻刀监控及反转锁紧延时监控等。由于篇幅的限制,在此只介绍自动换刀过程。

自动换刀的PLC控制系统,采用字节传送指令将当前刀位开关信号转换成当前刀号存放到继电器中,在T选通信号的作用下将当前刀号和指令刀号进行比较,如果不相等则置位,刀架电机开始正向旋转;刀架在正向旋转的过程中不停的对刀位输入信号进行检测,刀架中的每把刀具各有一个霍尔位置检测开关,各个刀具按顺序依次经过发磁置产生相应的刀位信号。当产生的刀位信号和指令刀号相一致的时候,PLC认为所选刀具已经到位。刀具到位以后,刀架仍继续正向旋转一段时间,这一时间由时间继电器来设定,不能太长,过长会造成手动或自动换刀时目的刀位不正确,过短会造成有些刀架换不到位,特别是手动换刀时会因为找不到下一个刀位而在原位转换,这个时间的设定在调试时要根据情况具体调定。自动换刀时延时一定时间以后,电机停止正向旋转,刀架开始反转,其实就是刀架锁紧的过程,这个过程会延续一段时间,直到刀架锁紧到位停止,但反转时间也不宜过长或过短。过长有可能烧坏电机或造成电机过热空开跳闸,时间过短有可能造成刀架不能够锁紧。刀架锁紧以后,整个换刀过程结束。

当然,在设计中还要考虑一些保护和安全因素,如刀架电动机长时间旋转,而检测不到刀位信号,则认为刀架出现故障,立即停止刀架电动机,以防止将其损坏并报警提示;刀架电动机过热报警时,停止换刀过程,并禁止自动加工等。

3、结论

回转刀架在数控车床中占有重要地位。回转刀架如果转位不到位或又很大误差,会使加工的工件报废。因此在设计时除了结构的合理之外,还综合考虑了精度等。刀架的回转精度用步进电机控制,因此选用的步进电机的步距角是受刀架精度影响的。

参考文献

[1] 周万珍,高鸿斌.《PLC分析与设计应用》.电子工业出版社,2004.

数控刀架范文第2篇

[关键词]数控刀架；故障；数据采集

中图分类号：TF762.3 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）44-0244-01

一、数控刀架故障的定义

1、数控刀架的故障

在规定的条件下，规定的时间内，数控刀架产品发生下列情况均称为故障：

a、数控刀架不能完成规定的功能（功能性故障）。

b、数控刀架的一个或几个性能参数超出允许的变化范围（参数性故障）。

2、数控刀架的关联故障

数控刀架在规定条件下使用，由于其本身质量缺陷而引起的故障。在解释试验结果或计算可靠性特征量的数值时必须计入的故障。

3、数控刀架的非关联故障

除关联故障以外的故障，是由于数控刀架产品的误用或维修不当以及其它外界因素所引起的故障。在解释试验结果或计算可靠性特征量的数值时不应计入的故障。

二、数控刀架故障等级

数控刀架产品的故障等级是根据其所发生的故障对整个数控刀架产品的最终影响程度来划分的，要综合考虑数控刀架产品性能、故障维修费用和周期、所发故障对操作者的安全和风险等诸方面的囚素，即要考虑数控刀架发生故障后，故障带来的对人身安全、任务完成、经济损失等的影响程度。根据数控刀架所发生故障的性质和危害程度，可将其分为四类：致命故障、严重故障、一般故障和轻微故障，如表1所示。

三、数控刀架故障数据的采集与处理

1、数控刀架故障的监测

在数控刀架的功能试验和整机切削试验过程中，需要安排专门的可靠性试验人员对整个试验过程进行监测。包括有如下内容：

（1）需要可靠性试验人员每4h检查一次数控刀架样品的性能，包括：噪声、温度和温升、油气渗漏、刀架运转情况等。

（2）需要可靠性试验人员每4h检查一次数控刀架可靠性试验的工况条件，包括环境温度、相对湿度、电源电压等。

（3）在数控刀架的可靠性试验过程中，一旦数控刀架样机发生故障，需要可靠性试验人员立即停机并对刀架样机进行检查。

2、数控刀架故障数据的采集及故障处理

在数控刀架的功能试验和整机切削试验过程中，需要安排专门的可靠性试验人员对数控刀架样机所发生的故障进行数据采集和故障处理。

（1）在数控刀架的可靠性试验过程中应按照规定由可靠性试验人员定期检查数控刀架样机的运行情况，并做好记录――填写“数控刀架可靠性试验运行记录表”，如表2所示。应对数控刀架样机的运行情况准确地、如实地记录，其中凡在“数控刀架可靠性试验运行记录表”中有涂改之处应有记录人员的签章并说明其理由。

（2）在数控刀架可靠性试验过程中，数控刀架样机一旦发生故障，其可靠性试验人员应根据规定的数控刀架故障判定原则和计数原则，立即对所发生的故障进行记录――填写“数控刀架故障记录表”，如表3所示、“数控刀架故障分析报告”，如表4所示。

（3）数控刀架样机在可靠性试验过程中发生故障后，由维修人员对发生故障的数控刀架样机进行修理排除故障，并且数控刀架样机需要经过检验确定所发生故障已可靠排除之后，才能够重新进行运转，凡产生故障未经排除的数控刀架样机，不得继续运转。

a、对于数控刀架样机中达到寿命期限的耗损件和配套件的更换虽不计为故障，但应作记录。

b、若在数控刀架可靠性试验的观察期间未发现故障，或中途停止试验，可根据有关方法（如累积故障法等）处理中断数据。

（4）数控刀架可靠性试验结束后，需要将数控刀架样机恢复到数控刀架产品标准所规定的正常工作状态。其中，失效的元器件、零部件性能虽没有超出允许极限，但已经退化，所以都需要更换。使用期已超过规定寿命一半的耗损性元器件也需要更换。数控刀架样品复原后，需通过常规验收程序验收合格，即可按正品交付使用。

参考文献

[1] 侯晓方.数控车床电动刀架故障诊断与维修[J].机床与液压.2010（16）.

数控刀架范文第3篇

【关键词】数控车床；电动刀架；典型故障；维修

数控车床越来越被广泛的应用于机械加工行业，数控车床的大量使用带来了更大的问题：故障的维修就成了数控车床使用者最关键的问题。数控车床常见的故障有刀架类、主轴类、螺纹加工类、系统显示类、驱动类、通信类等，其中刀架故障占有相当大的比例，常常包括电器方面、机械方面以及液压方面的问题。

一、LDB4系列电动刀架工作原理

操作者向数控机床输入换刀指令，指令传递给微机，微机发出换刀信号，由此控制刀架继电器动作，电动机继电器闭合，刀架电动机18正转，电动机通过蜗杆24、涡轮23、螺杆4将刀架销盘3上升至一定高度时，离合销15进入离合盘5槽中，离合盘带动离合销、离合销带动销盘、销盘带动上刀架体14转位，当上刀体转到所需到位时，霍尔元件发出刀位信号，电动机反转，反靠销16进入反靠盘17槽中，离合销15从离合盘5槽中爬出，刀架完成粗定位。同时销盘下降端齿啮合，完成精定位，刀架锁紧。（15T）刀架反转时间到，继电器断开动作，电动机停止。（3/5T）延时继电器动作，切断电源、电动机停转，向微机发出回答信号，加工程序开始。

二、电动刀架发信盘工作原理

（1）发信盘内部结构和工作原理。四工位发信盘共有六个接线端子，两个端子为直流电源端，其余四个端子按顺序分别接四个刀位所对应的霍尔元件的控制端，根据霍尔传感器的输出信号来识别和感知刀具的位置状态。当程序指令刀架更换2号刀具时，刀架电机驱动刀架旋转；当在刀架上的磁钢到达发信盘的2号位置时，霍尔元件就会发出开关信号给CNC系统刀架位置控制接口，确定刀具已到达确定位置并锁住刀架，发信盘的主要器件构成是霍尔器件。（2）霍尔器件结构和检测。刀架发信盘内部核心元件是霍尔器件（Hall-effect devices），它是由电压调整器、霍尔电压发生器、差分放大器、史密特触发器和集电极开路的输出级集成的磁敏传感电路，其输入为磁感应强度，输出是一个数字电压信号。它是一种单磁极工作的磁敏电路，适合于在矩形或者柱形磁体下工作。数控车床电动刀架的发信盘通常采用3020型霍尔开关器件，采用TO-92T封装，标识面为磁极工作面。检测霍尔开关器件时，将器件的1、2引脚分别接到直流稳压电源（可选20 V）的正负极，指针式万用表在电阻档（0）上，黑表笔接3引脚，红表笔接2引脚，此时万用表的指针没有明显偏转。当用磁铁贴近霍尔器件标志面时，指针有明显的偏转（若无偏转可将磁铁调换一面再试），磁铁离开指针又恢复原来位置，表明该器件完好，否则该器件已坏。

三、典型故障诊断与维修

（1）故障现象：刀架转不到位。故障检查与分析：发讯盘触点与弹簧片触点错位，应检查发讯盘夹紧螺母是否松动。排除措施：重新调整发寻盘与弹簧触点位置，锁紧螺母。（2）故障现象：刀架定位不准。故障检查与分析：电动刀架旋转后不能正常定位，且选择刀号出错。根据检查判断，怀疑是电动刀架的定位检测元件――霍尔开关损坏。拆开电动刀架的端盖，检查霍尔元件开关时，发现该元件的电路板松动。排除措施：重新将松动的电路板按刀号调整好，即将4个霍尔元件开关与感应元件逐一对应，然后锁紧螺母，故障排除。（3）故障现象：电动刀架锁不紧。故障检查与分析：一是发信盘位置没对正：拆开刀架的顶盖，旋动并调整发信盘位置，使刀架的霍尔元件对准磁钢，使刀位停在准确位置。二是系统反锁时间不够：调整系统反锁时间数即可（新刀架反锁时间t＝1.2s即可）。三是锁紧机构故障：拆开刀架，调整机械，并检查定位销是否折断。四是故障现象：刀架不转位（一般系统会提示架位置信号错误）。

故障检查与分析：刀架继电器过载后断开。刀架电动机380V相位错误。由于刀架只能顺时针转动（刀架内部有方向定位机械机构），若三相位接错，刀架电动机一通电就反转，则刀架不能转动。刀架电动机三相电缺相。刀架位置信号所用的24V电源故障。刀架体内中心轴上的推力球轴承被轴向定位盘压死，轴承不能转动，使得刀架电动机不能带动刀架转动。拆下零件检查原因，发现由于刀架转位带来的震动，使得螺钉松动，定位键长时间承受正反方向的切向力，得寸进尺定位键损坏，螺母和定位盘向下移动，给轴承施加较大轴向力，使其转动不得。控制系统内的“系统位置板”故障，刀架到位后，“系统位置板”应能检测到刀架位置信号。 排除措施：检查机床强电线路，拆开刀架，调整推力球轴承向间隙，更换损坏零件，检查24V电源，更换“系统位置板”。

数控机床的故障多种多样，电动刀架的控制涉及机械、低压电器、PLC\传感器等多科知识，这给维修带来了困难。维修人员应熟知刀架的机械结构与控制原理以及常用测量工具的使用方法，根据故障现象，剖析原因，确定合理的诊断与检测步骤，以便迅速排除故障。

参 考 文 献

数控刀架范文第4篇

关键词：自动回转刀架；刀架控制原理；刀架电气控制系统仿真

1 数控机床刀架的介绍

自动换刀系统是数控机床的重要组成部分。机床的加工性能受刀具夹持原件的结构特性及它与机床主轴的连接方式的直接影响。而机床的换刀效率受到刀库结构形式及刀具交换装置工作方式的影响，而整机的成本造价又受自动换刀系统本身及相关结构的复杂程度的直接影响。

2 数控刀架的工作原理及电气设计

电气是机械的控制中心，也就是说电气原理的设计可以实现机械动作的复杂操作控制。下面我们通过数控刀架的电气知识霍尔效应、刀架的接线原理图和具体的经济型刀架换刀过程等，对电气原理的运用做进一步的了解。

2.1 数控车床四工位刀架换刀工作原理

电机会在接到换刀键或者换刀的指令后正转，蜗杆、涡轮、轴、轴套由于花键的定位作用，同联轴器一同转动。轴套外圆上有两处凸起，能够限位轴套，使轴套在套筒内孔中的螺旋槽内作滑动，因刀架与上端齿盘同套筒相连，此时会因套筒的滑动被举起，使上下齿盘分开，刀架抬起，当套筒继续转动时，刀架会被带动旋转90°（如不到刀位，刀架还可以继续转180°、270°、360°），而且此时控制装置能够收到由微动开关发出的检测信号，直到刀架转到指定位置，控制装置会根据微动开关提供的刀架已经到达指定位置的信号，使电动机反转，此时定位销会使刀架定位不再回转，刀架则向下移动，上下端齿盘重新压合。当蜗杆继续转动，产生轴向位移，压缩弹簧，曲面压缩开关使电机停止旋转，从而完成一次转位。微机系统的控制目的就是指四工位自动回转刀架上的四把刀具中的任意一把转到指定的工作位置。

2.2 数控刀架电气控制系统设计

2.2.1 霍尔原理在刀架中运用的简单概述 一台数控机床能够进行生产加工的衡量标准即是它的精度，如果精度不能满足需求，它就不能进行生产，而霍尔元件检测的精确性却在很大程度上保障着数控机床的精度。在数控机床上，常用霍尔接近开关来检测刀位。首先，在换刀开关接通时会发出换刀信号，随后放大器在电机的驱动下正转，刀架被抬起，电机则继续正转，霍尔元件会在刀架每转过一个工位时进行检测，判断是否为所需刀位。若不是所需刀位，电机继续正转，直到所需刀架转到工位。

那么从电路的角度来看，当整个电路被接通时，正转线圈自锁，换刀开关处于自动档的位置控制开关进行自动换刀。而霍尔元件会在刀架转到所需刀位时自动断开，停止电机。此时翻转电路接通，延迟反转，刀架下降并压紧。所以从这个过程中我们可以看出来霍尔元件在数控机床中不但起到了检测与反馈作用，也是数控机床精度的可靠性保障。

2.2.2 四工位刀架PLC接线原理图 机床PLC控制着数控机床刀架，而普通的四工位刀架用于普通机床，所以控制比较简单。我们要分析数控机床的控制原理，其实就是分析车床刀架的换刀过程，而换刀过程其实就是PLC对控制刀架所有I/O信号进行逻辑处理与计算。另外换刀过程也需要设置一些相对应的系统参数来保证正常进行。在我们分析之前，还得先了解关于刀架控制的电气部分。刀架控制电气部分如下图所示。图中a是控制刀架的正反转，是强电部分；图b控制的是两个交流接触器导通和关闭，实现图a中强电部分的控制，是弱电部分；图c部分是直接控制刀架的部分电路，控制继电器回路及PLC的输入及输出回路。

图中各器件的作用如下：

①M――刀架电动机；

②QF1――刀架电动机带过载保护的电源空开；

③Km1，Km2――刀架电动机正、反转控制交流接触器；

④KA1，KA2――刀架电动机正、反转控制中间继电器；

⑤S1～S4――刀位检测霍尔开关；

⑥SB1――启动按钮；

⑦SB2――停止按钮；

⑧C――电容给刀架单项电机不项。

数控刀架范文第5篇

1、车床刀架组成部分：钢球，刀架座，定位销，小滑板，转盘。

2、刀架是数控车床非常重要的部件。数控车床根据其功能，刀架上可安装的刀具数量—般为4把、6把、8把、10把12把、20把、24把，有些数控车床可以安装更多的刀具。刀架的结构形式一般为回转式，刀具沿圆周方向安装在刀架上，可以安装径向车刀、轴向车刀、钻头、镗刀。车削加工中心还可安装轴向铣刀、径向铣刀。少数数控车床的刀架为直排式，刀具沿一条直线安装。

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