数控车床刀架的安装与调试毕业设计（可编辑）

数控车床刀架的安装与调试毕业设计（可编辑） 数控车床刀架的安装与调试毕业设计 西南科技大学毕业设计 题目:数控车床刀架的安装与调试 四川省高等自学考试 科毕业设计(论文)申报表 姓名性别 男 年龄考号专业 地址电话邮编 毕业设计(论文)题目 数控车床刀架的安装与调试 拟 请 指导教师 姓 名职称邮编单位 毕业设计(论文)课题目的、意义及价值、基本条件及实施时间 目的:设计本课题的主要目的是了解数控车床刀架的分类、作用、安装调试、常见故障的排除方法。 意义及价值:随着社会的不断地进步,同时工业也不断地发展。现在大多数企业都提倡高效率、高质量、高可靠的生产口号来满足市场的需求。企业再不断地改进技术,来提高产品更换周期;使用先进的机械设备如数控车床、数控铣床、加工中心等,来提高产品的生产效率。这就对我们的工作者要高的职业素养。现在工厂对工人的要求以不在是只满足懂操作的人,而是需要综合性人才。在工作过程中难免会遇见一些机械的常见故障,这就要求操作者需具备一些解决常见故障的能力。 所以基于这个原因我研究了数控车床刀架安装与调试这个课题。 教学主管 单位意见 主考院校 评审意见 西南科技大学毕业设计(论文)开题报告 学 院专业班级 姓 名学 号 题 目 数控车床刀架的安装及调试 题目类型 研究型 选题背景及依据(简述国内外研究现状、生产需求状况,说明选题目的、意义,列出主要参考文献) 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、电液组合驱动和伺服驱动方向发展。 目前国内数控刀架以电动为主,分为立式和卧式两种。立式刀架有四、六工位两种形式,主要用于简易数控车床;卧式刀架有八、十、十二等工位,可正、反方向旋转,就近选刀,用于全功能数控车床。另外卧式刀架还有液动刀架和伺服驱动刀架。数控刀架的市场分析:国产数控车床今后将向中高档发展,中档采用普及型数控刀架配套,高档采用动力型刀架,兼有液压刀架、伺服刀架、立式刀架等品种,近年来需要量可达1000~1500台。 有关人士指出,数控机床附件及其配套功能部件是我国机床工具制造业“十五” 计划 项目进度计划表范例计划下载计划下载计划下载课程教学计划下载 重点发展的产品。虽然我国数控机床附件的研制由无到有,取得了显著成绩,但与国外先进水平相比还是有一定差距的。为确保国产数控机床的大发展,就必须把数控机床附件尽快搞上去。为此他们建议国家有关部门,尽快制定 有关鼓励、扶持国产数控机床附件发展的相关政策,加大对数控机床附件行业科研和技改投入,使国产数控机床附件行业有一个大发展。 国外数控车床的发展目的在于提高加工精度和缩短制造周期。实现上述目的之手段是实现机床多功能化和工序工种集成,开发多种多样复合化加工的机种,如增添铣削功能的复合加工车削中心、双主轴多刀塔双刀塔或四刀塔数控车床和车削中心、双主轴同步驱动,双刀塔同时进行加工车削中心、五轴联动车铣复合中心、车磨复合加工机床、具有车、铣、镗、磨和激光热处理多种功能的高度复合化的复合加工中心等等。我国数控车床经过多年的发展,特别是近几年迅速的发展,与国际先进水平的差距在逐年缩小。对于某些依赖于进口的高档数控车床,如高精度数控车床和车削中心主轴径跳轴跳?0.001mm、适用耐热合金和钛合金零件加工的大功率、高扭矩数控车床和车削中心等等要加强产品开发研究攻关,突破其核心技术。 数控刀架的高、中、低档产品市场数控刀架作为数控机床必需的功能部件,直接影响机床的性能和可靠性,是机床的故障高发点。这就要求设计的刀架具有具有转位快,定位精度高,切向扭矩大的特点。它的原理采用蜗杆传动,上下齿盘啮合,螺杆夹紧的工作原理。 虽然中国现在是制造业大国,但还不是制造业强国。而对于中国现阶段的国情以及现阶段的发展形势而言,大力发展数控机床,但这不是盲目的发展。对于数控车床而言,现阶段大多数是由普通机床进行改装而成经济的数控车床,这主要是为了减少投资。出于此原因我选了数控车床刀架的安装、调试这个题。 二、主要研究(设计)内容、研究(设计)思想及工作方法或工作流程 主要研究内容:数控车床回转刀架(四方刀架或电动刀架)的安装、调试。 研究思想:刀架的安装主要分机械部分、电气部分,从而分别对这两部分进行阐述。此外还对刀架安装后调试过程中出现的一些常见故障进行故障排除,以便操作者能对常见故障进行及时排除。 三、毕业设计(论文)工作进度安排 时间安排 工作进度 2009.5.17?2009.5.20 选题 2009.5.21?2009.5.25 理思路 2009.5.26?2009.5.31 理提纲 2009.6.1?2009.7.1 找资料 2009.7.2?2009.7.5 做引言部分 2009.7.6?2009.7.10 数控车床刀架的分类及作用 2009.7.11?2009.7.25 回转刀架 2009.7.26?2009.8.20 LDB4电动刀架 2009.8.21?2009.9.5 总结 初级经济法重点总结下载党员个人总结TXt高中句型全总结.doc高中句型全总结.doc理论力学知识点总结pdf ?参考文献以及修改 指 导 教 师 意 见 指导教师签字___________ 年月 日 院 系 毕 业 设 计 领 导 小 组 审 核 意 见 难 度综合训 练程度是否隶属科研项目 教学院长(公章)___________ 年 月 日 备注:1、题目类型分为: 研究型、设计型和应用型等。 2、题目难度分为: A、B、C、D四个等级。 3、综合训练程度分为: A、B、C三个等级。 毕 业 设 计(论文)进 度 表 日期 工作内容 内勤工作内容及职责内勤的工作内容售后工作内容财务人员工作内容软件开发工作内容 执行情况 指导教师签字 2009.5.28 2009.6.12 2009.7.15 2009.8.24 指导教师 对进度实施 情况总评 评分签字 年 月 日 答 辩 组 评审意见评分组长签字年 月 日 主考院校 评审意见 签章 年 月 日 前言 当前,高度发达的制造业和先进的制造技术已经成为衡量一个国家综合经济实力和科技水平的重要标志之一,成为一个国家在竞争激烈的国际市场上获胜的关键因素。 如今,中国已成为制造业大国,但还不是制造业强国。我们要从制造业大国走向制造业强国,必须大力发展以数控技术为主的先进制造技术。现在大多数企业为了经济实惠,将企业里普通机床该装为经济的数控机床如普通车床该为经济数控车床。然而操作者就需要具备一定的数控技术知识。 经济数控车床主要采用回转刀架。在操作过程中需了解刀架的安装、调试的基本知识,以便在出现故障后有一定解决故障的能力。所以(1)以CK6140数控车床为例分析了它的电气控制,着重分析四方刀架的电气控制原理图;(2)以LDB4系列电动刀架为例分析了刀架的安装、调试;(3)例举了一些常见刀架故障的排除方法;对操作者在操作过程中遇见的刀架故障有所帮助,他们在遇见故障后有及时解决现场问题的能力。 这种主要由一般普通出发进行研究讨论,从而推出特殊的思路。 目录 引言…………………………………………………………………… 11 数控车床刀架的分类及作用……………………………………12 2.1概述………………………………………………………………………… 12 2.2刀架的分 类……………………………………………………………………… 12 2.3 数控车床刀架的作用………………………………………………… 13 第三章 回转刀 架………………………………………………………………………….13 3.1 回转刀架实物 图…………………………………………………………………… 13 3.2回转刀架结构要 求……………………………………………………………………13 3.3回转刀架的采用的转位、定位机 构…………………………………………… 14 3.3.1回转刀架采用液压缸转位和定位销定位的方 式……………………………… 143. 3 .2回转刀架采用电动机带动离合器定位………………………………………… 153.3.2区别…………………………………………………………………………. ……… 153.4四方刀架结 构………………………………………………………………………… 163.5四方刀架工作原理…………………………………………………………………… 163.6四方刀架换刀过 程…………………………………………………………………173.7四方刀架换刀动作顺序……………………………………………………………183.8刀架逻辑控制………………………………………………………………………… 18. 3.9刀架电气控 制………………………………………………………………………… 19 3.9.1CK6140数控车床主回路分 析……………………………………………………… 20 3.9.2CK6140数控车床电源电路分 析…………………………………………………… 21 3.9.3CK6140数控车床控制电 路………………………………………………………… 23 3.9.3.1主轴电动机的控 制…………………………………………………………… 23 3.9.3.2刀架电动机的控 制………………………………………………………… 24 3.9.3.3冷却泵电动机控 制…………………………………………………….… 25 3.10四方刀架的安装、调试……………………………………………………………28第四章LDB4系列电动刀架………………………………………………………… 31 4.1概述…………………………………………………………………………31 4.2实物 图…………………………………………………………………………31 4.3工作原 理…………………………………………………………………………31 4.4刀架动作顺 序…………………………………………………………………………32 4.5 LDB系列刀架技术参 数…………………………………………………………… 32 4.6 LDB系列刀架技术指 标…………………………………………………………… 33 4.7 LDB系列刀架安 装……………………………….………………………………… 35 4.7.1 四方刀架结构组 成………………………………………………………………35 4.7.2 刀架结构零件实物 图……………………………………………………………35 4.7.3拆装顺序及结构 图………………………………………………………………37 4.7.4装配顺 序…………………………………………………………………………38 4.7.5 安装尺寸参 数……………………………………………………………………38 4.7.6 电动刀架的电气控 制……………………………………………………………40 4.8 刀架调 试………………………………………………………………………… 43 4.9 数控车床刀架常见故障排除及方法分 析………………………………………44 4.9.1 概述…………………………………………………………………………44. 4.9.2 基础知 识………………………………………………………………………… 44 4.9.3 故 障 举 例………………………………………………………………………… 45 总 结…………………………………………………………………………49 参考文献………………………………………………………………………… 51 一、引言 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、电液组合驱动和伺服驱动方向发展。 目前国内数控刀架以电动为主,分为立式和卧式两种。立式刀架有四、六工位两种形式,主要用于简易数控车床;卧式刀架有八、十、十二等工位,可正、反方向旋转,就近选刀,用于全功能数控车床。另外卧式刀架还有液动刀架和伺服驱动刀架。数控刀架的市场分析:国产数控车床今后将向中高档发展,中档采用普及型数控刀架配套,高档采用动力型刀架,兼有液压刀架、伺服刀架、立式刀架等品种,近年来需要量可达1000~1500台。?烟台机床附件公司是我国生产数控刀架的主要厂家之一。他们生产的AK31系列全功能型数控转塔刀架,主要规格有,中心高为63、80、100、125、160及200mm;AK21系列经济型数控转塔刀架主要规格有:刀台方尺寸为80、100、137、150、160、190、200、240、300、340mm。烟 台机床附件公司生产的AK31系列数控转塔刀架是引进意大利技术生产的高性能机床附件,特别适宜全功能数控车床,可多刀夹持,变向转位和任意刀位就近选刀,实现了加工程序的自动化、高效化。目前,该公司数控刀架的国内市场占有率达到了40%左右,受到一大批机床主机厂的称赞。??有关人士指出,数控机床附件及其配套功能部件是我国机床工具制造业“十五”计划重点发展的产品。虽然我国数控机床附件的研制由无到有,取得了显著成绩,但与国外先进水平相比还是有一定差距的。为确保国产数控机床的大发展,就必须把数控机床附件尽快搞上去。为此他们建议国家有关部门,尽快制定有关鼓励、扶持国产数控机床附件发展的相关政策,加大对数控机床附件行业科研和技改投入,使国产数控机床附件行业有一个大发展。 国外数控车床的发展目的在于提高加工精度和缩短制造周期。实现上述目的之手段是实现机床多功能化和工序工种集成,开发多种多样复合化加工的机种,如增添铣削功能的复合加工车削中心、双主轴多刀塔双刀塔或四刀塔数控车床和车削中心、双主轴同步驱动,双刀塔同时进行加工车削中心、五轴联动车铣复合中心、车磨复合加工机床、具有车、铣、镗、磨和激光热处理多种功能的高度复合化的复合加工中心等等。我国数控车床经过多年的发展,特别是近几年迅速的发展,与国际先进水平的差距在逐年缩小。对于某些依赖于进口的高档数控车床,如高精度数控车床和车削中心主轴径跳轴跳?0.001mm、适用耐热合金和钛合金零件加工的大功率、高扭矩数控车床和车削中心等等要加强产品开发研究攻关,突破其核心技术。 数控刀架的高、中、低档产品市场数控刀架作为数控机床必需的功能部件,直接影响机床的性能和可靠性,是机床的故障高发点。这就要求设计的刀架具有 具有转位快,定位精度高,切向扭矩大的特点。它的原理采用蜗杆传动,上下齿盘啮合,螺杆夹紧的工作原理。 数控车床刀架的作用及分类 概述 数控机床为了能在工件一次装夹中完成多种甚至所有加工工序,以缩短辅助时间和减少多次安装工件所引起的误差,必须带有自动换刀装置。而对自动换刀装置的基本要求是:换刀时间短,刀具重复定位精度高,有足够的刀具存储量,刀库占地面积小及安全可靠等。 其中数控车床上的回转刀架就是一种简单的自动换刀装置,常用于数控车床。可以设计成四方刀架、六角刀架或圆盘式轴向装刀刀架等多种形式。回转刀架上分别安装着四把、六把或更多的刀具,并按数控装置的指令换刀。 数控车床使用的刀架是最简单的自动换刀装置,有四方刀架、六角刀架等,即在其上装有四把刀、六把或更多的刀具。数控车床的刀架必须具有良好的强度和刚度,以承受粗加工的切削力,同时要保证回转刀架在每次转位的重复定位精度。刀架作为数控车床的重要部件。 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。 数控车床刀架的分类 a分立式和卧式两大类 刀架分立式刀架和卧式刀架,其中刀架有四方刀架、转塔刀架、分度台刀架、电动刀架、回转刀架、排刀架等。其中四方刀架是数控车床上最长用的刀架之一。立式刀架大多用在经济型数控车床上,多为四工位.而卧式刀架一般用在中高档 数控机床上,多为斜轨。 b分电机带动和液压驱动两种液压驱动的一般是卧式的 如电动机传动的转塔刀架、液压驱动的转塔刀架;两者的区别在于采用的定位方式和驱动方式不同。 c各大类中以可装刀数不同而分型号 如可装四把刀的叫立式四工位的.以此类推. 数控车床四方刀架、数控车床六角回转刀架、盘形自动回转刀架、车削中心用动力刀架。 3.刀架的作用 刀架作为数控车床的重要配置,在机床运行工作中起着至关重要的作用,一旦出现故障很可能造成工件报废,甚至造成卡盘与刀架碰撞的事故。它是车床的支撑部件之一,其中起支撑、刀具装夹作用;同时它也是进给系统的一部分。最重要的是在工件加工过程中还提供切削力、定位精度。 三、回转刀架 1、立式回转刀架(四工位)如图所示 2、回转刀架的结构要求 回转刀架在结构上必须具有良好的强度和刚度,以承受粗加工时的切削抗力。由于车削加工精度在很大程度上取决于刀尖位置,对于数控车床来说,加工过程中刀具位置不进行人工调整,因此更有必要选择可靠的定位 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 和合理的定位结构,以保证回转刀架在每次转位之后,具有尽可能高的重复定位精度(一般为0.001~0.005mm)。 3、回转刀架的采用的转位、定位机构 回转刀架除采用液压缸转位和定位销定位以外,还可采用电动机带动离合器定位,以及其他转位和定位机构。 数控机床使用的回转刀架是最简单的自动换刀装置,有四方刀架、六角刀架,即在其上装有四把、六把或更多的刀具。回转刀架必须具有良好的强度和刚度,以承受粗加工的切削力:同时要保证回转刀架在每次转位的重复定位精度。 1、回转刀架采用液压缸转位和定位销定位的方式 图8-17为数控车床六角回转刀架,它适用于盘类零件的加工。在加工轴类零件时,可以用四方回转刀架。由于两者底部安装尺寸相同,更换刀架十分方便。 图8-17??数控车床六角回转刀架 1-活塞? 2-刀架体? 3、7-齿轮? 4-齿圈? 5-空套齿轮 6-活塞? 8-齿条? 9-固定插销? 10、11-推杆? 12-触头回转刀架的全部动作由液压系统通过电磁换向阀和顺序阀进行控制,它的动作分为4个步骤: 1刀架抬起? 当数控装置发出换刀指令后,压力油由a孔进入压紧液压缸的下腔,活塞1上升,刀架体2抬起,使定位用的活动插销10与固定插销9脱开。同时,活塞杆下端的端齿离合器与空套齿轮5结合。 2刀架转位? 当刀架抬起后,压力油从c孔进入转位液压缸左腔,活塞6向右移动,通过联接板带动齿条8移动,使空套齿轮5作逆时针方向转动。通过端齿离合器使刀架转过60o。活塞的行程应等于齿轮5分度圆周长的1/6,并由限位开关控制。3刀架压紧? 刀架转位之后,压力油从b孔进入压紧液压缸上腔,活塞1带动刀架体2下降。齿轮3的底盘上精确地安装有6个带斜楔的圆柱固定插销9,利用活动插销10消除定位销与孔之间的间隙,实现反靠定位。刀架体2下降时,定位活动插销10与另一个固定插销9卡紧,同时齿轮3与齿圈4的锥面接触,刀 架在新的位置定位并夹紧。这时,端齿离合器与空套齿轮5脱开。 4转位液压缸复位? 刀架压紧之后,压力油从d孔进入转位液压缸的右腔,活塞6带动齿条复位,由于此时端齿离合器已脱开,齿条带动齿轮3在轴上空转。 如果定位和夹紧动作正常,推杆11与相应的触头12接触,发出信号表示换刀过程已经结束,可以继续进行切削加工。 2、回转刀架采用电动机带动离合器定位 如下图(a)所示为螺母升降转位刀架,电动机经弹簧安全离合器到蜗轮副带动螺母旋转,螺母举起刀架使上齿盘与下齿盘分离,随即带动刀架旋转到位,然后给系统发信号螺母反转锁紧。 3、区别 离合器是应用电磁效应接通或切断运动的元件,便于实现自动操作。它是通过若干个安装在各传动轴上的离合器的吸合和分离的不同组合来改变齿轮的传动路线,实现主轴的变速。 液压缸是通过改变不同的通油方式可以使三联齿轮获得三个不同的变速位置。它必须在主轴停车之后才能进行,但停车时拨动滑移齿轮啮合又可能出现“顶齿”现象。它增加了数控机床液压系统的复杂性,而且必须将数控装置送来的信号先转换成电磁阀的机械动作,然后再将压力油分配到相应的液压缸,因而增加了变速的中间环节,带来了更多的不可靠因素。 4、四方刀架结构 四方刀架是回转刀架的一种,它的外形是四方形的,同时具有四个刀位。在加工零件时可以根据加工要求的不同可以同时一次性装四把刀,所以叫它四方刀架。 如下图8-1所示立式四方刀架结构。它是采用蜗轮蜗杆传动,三齿盘啮合螺杆锁紧的工作原理。具体工作程序;当主机系统发出转位信号后,刀架电机转动,电机带动蜗杆19转动,蜗杆19带动蜗轮2转动,蜗轮2与蜗杆19用键联接,螺杆9的转动把夹紧轮14往上抬,从而使三齿圈(内齿圈、外齿圈和夹紧齿圈)都松开,这时离合销进入离合盘16的槽内,反靠销26同时脱离反靠盘10的槽子,上刀体15开始转动,当刀体15转到对应的刀位时,磁钢22与发讯盘24上的霍尔元件相对应,发出到位信号。系统收到信号后发出电机反转延时信号,电机反转,上刀体15稍有反转,反靠销26进入反靠盘10的槽子实行初定位,离合销25脱离离合盘16的槽子,夹紧轮14往下压紧内外齿圈直至锁紧,延时结束。主机系统指令下一道程序。 5、四方刀架工作原理 如下图(a)所示为回转刀架的工作原理为机械螺母升降转位式刀架,电动机经弹簧安全离合器到蜗轮副带动螺母旋转,螺母举起刀架使上齿盘与下齿盘分离,随即带动刀架旋转到位,然后给系统发信号螺母反转锁紧。工作过程可分为刀架抬起、刀架转位、刀架定位并压紧等几个步骤。图2.1为螺旋升降式四方刀架,其工作过程如下: ??刀架抬起??当数控系统发出换刀指令后, 通过接口电路使电机正转, 经传动装置2、驱动蜗杆蜗轮机构1、蜗轮带动丝杆螺母机构8逆时针旋转 ,此时由于齿盘4、5处于啮合状态,在丝杆螺母机构8转动时,使上刀架体产生向上的轴向力将齿盘松开并抬起,直至两定位齿盘4、5 脱离啮合状态,从而带动上刀架和齿盘产生“上台”动作。 ??刀架转位??当圆套9逆时针转过150?时,齿盘4、5完全脱开,此时销钉 准确进入圆套9中的凹槽中,带动刀架体转位。 ??刀架定位??当上刀架转到需要到位后(旋转90?、180?或270?),数控装置发出的换刀指令使霍尔开关10 中的某一个选通,当磁性板11 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,插销7在弹簧力作用下进入反靠盘 6地槽中进行粗定位,上刀架体停止转动,电机继续反转,使其在该位置落下,通过螺母丝杆机构8使上刀架移到齿盘4、5 重新啮合, 实现精确定位。 ??刀架压紧??刀架精确定位后,电机及许反转,夹紧刀架,当两齿盘增加到一定夹紧力时, 电机由数控装置停止反转,防止电机不停反转而过载毁坏,从而完成一次换刀过程。 经传动装置2驱动蜗杆蜗轮机构1螺母机构8齿盘4、5 6、换刀过程 刀架抬起 当数控装置发出换刀指令后,电动机23正转,并经联轴套16轴17, 由滑键或花键带动蜗杆19、蜗轮2、轴1、轴套10转动。轴套10的 外圆上有两处凸起,可在套筒9内孔中的螺旋槽内滑动,从而举起 与9相连的刀架8及上端齿盘6,使齿盘6与下端齿盘5分开,完成刀 架抬起动作。 刀架转位 刀架转位 刀架抬起后,轴套10仍在继续转动,同时带动刀架8转过90?如不到位,刀架还可继续转位180?、270?、360?,并由微动开关发出信号给数控装置。 刀架压紧 刀架转位后,由微动开关发出的信号使电动机23反转,销13使 刀架8定住而不随轴套10回转,于是刀架8向下位移,上下端齿 盘合拢压紧。蜗杆19继续转动则产生轴向位移,压缩弹簧22, 套筒2l的外圆曲面压缩开关20使电动机23停止旋转,从而完成一 次转位 7、换刀动作顺序 系统发出换刀信号 ? 电机正转 ? 上刀体转位 ? 到位信号 ? 电机反转? 粗定位 ? 精定位夹紧 ? 电机反转 ? 回答信号 ? 加工顺序进行 8、刀架逻辑控制图 如下图所示,当微机发出要刀信号时,首先要判断刀位所处的位置是否是所要换刀位的位置。如果当前刀位正是数控系统所要的刀位,那么就继续执行下一道指令。如果当前刀位不是数控系统所要的刀位,那么通过刀架电机正转将刀架进行转位,转位信号是通过霍尔元件电路来检测刀位转位是否到位,刀位转位信号到位刀架电机立即进行发转将刀架锁紧,然后再执行下一道指令。 9、刀架电气控制 数控的电气控制线路与普通机床电路有所不同,除了常用的电器控制线路外,它还有数控装置。数控机床的组成结构图如图8.1所示。普通机床与数控机床的主要区别是数控机床的主轴调速和刀架的进给全部自动完成,即根据编程指令按要求执行。数控装置是整个数控机床的核心,机床的操作均由此发出。驱动装置位于数控装置和机床之间,包括进给驱动和主轴驱动装置。驱动装置根据控制电机不同,其控制电路形式也不同。步进电机有步进驱动装置,直流伺服电机 有直流伺服驱动装置,交流伺服电机有交流伺服驱动装置。机床电器控制装置位于数控装置与机床本体之间,它主要接收数控装置发出的开关命令控制机床主轴的启停、正反转、换刀、冷却、润滑、液压、气压等相关信号。现以经济型数控车为例介绍数控机床的电气控制线路。 图8.1数控机床的组成结构图 电气控制电路一般由主回路、控制电路和辅助电路等部分组成。了解电气控制系统的总体结构、电动机和电器元件的分布状况及控制要求等内容之后,便可以阅读分析电气原理图。按照先从主回路入手,根据伺服电动机、辅助机构电动机和电磁阀等执行电器的控制要求,分析它们的启动控制、方向控制、调速和制动;再根据主回路中各伺服电动机、辅助机构电动机和电磁阀等执行电器的控制 要求,逐一找出控制电路中的控制环节;最后分析电源显示、工作状态显示、照明和故障报警等辅助电路部分。数控机床对于安全性和可靠性有很高的要求,因此,控制线路中设置了一系列电气保护环节。 数控车床的机械部分比规格的普通车床更为紧凑和简洁。主轴传动为一级传动,去掉了主轴的变速齿轮箱,采用了变频器实现主轴无级变速。进给移动装置采用滚珠丝杆,传动效率高、精度高、摩擦小。一般经济型数控车床的进给采用步进电机,进给电机的运动由NC装置实现信号控制。 数控车床的刀架能自动转位。换刀电机有步进、直流和异步电机之分,这些电动刀架的旋转、定位由NC装置发出信号,控制其动作。而其他的冷却、液压等电气控制和普通机床的控制基本相同。以CK6140数控车床电气控制电路为例 数控机床刀架是由机床PLC来进行控制,对于普通的四工位刀架来说,控制比较简单,一般用于普通的车床。我们分析车床刀架的控制原理其实就是指刀架的整个换刀过程,刀架的换刀过程其实是通过PLC对控制刀架的所有I/O信号进行逻辑处理及计算。实现刀架的顺序控制。另外为了保证换刀能够正确进行,系统一般还要设置一些相应的系统参数来对换刀过程进行调整。下面我们分析PLC控制下的换刀过程。在分析之前,我们首先了解刀架控制的电气部分。刀架电气控制部分如图二所示。图二中的a是刀架控制的强电部分,主要是控制刀架电机的正转和反转,来控制刀架的正转和反转;图b是刀架控制的交流控制回路,主要是控制两个交流接触器的导通和关闭来实现a中的强电控制;图c部分是刀架控制的继电器控制回路及PLC的输入及输出回路,整个过程的控制最终是由这 个模块来完成的。 主回路分析 图8.2是CK6140数控车床电气控制中的380V强电回路。 图8.2 图8.2中QFl为电源总开关。QF3、QF2、QF4、QF5分别为主轴强电、伺服强电、冷却电动机、刀架电动机的空气开关,它们的作用是接通电源及短路、过流时起保护作用;其中QF4、QF5带辅助触头,该触点输入到PLC,作为QF4、QF5的状态信号,并且这两个空开的保护电流为可调的,可根据电动机的额定电流来调节空开的设定值,起到过流保护作用。KM3、KM1、KM6分别为主轴电动机、伺服电动机、冷却电动机交流接触器,由它们的主触点控制相应电动机;KM4、KM5为刀架正反转交流接触器,用于控制刀架的正反转。TCl为三相伺服变压器,将交流380V变为交流200V,供给伺服电源模块。RC1、RC3、RC4为阻容吸收,当相应的电路断开后,吸收伺服电源模块、冷却电动机、刀架电动机中的能量,避免产生过电压而损坏器件。 2.电源电路分析 图8.3为CK6140数控车床电气控制中的电源回路图。 图8.3 图8.3中TC2为控制变压器,初级为AC380V,次级为ACllOV、AC220V、 AC24V,其中ACIlOV给交流接触器线圈和强电柜风扇提供电源;AC24V给电柜门指 示灯、工作灯提供电源;AC220V通过低通滤波器滤波给伺服模块、电源模块、DC24V电源提供电源;VCl为24V电源,将AC220V转换为DC24V电源,给世纪星数控系统、PLC输入/输出、24V继电器线圈、伺服模块、电源模块、吊挂风扇提供电源;QF6、QF7、QF8、QF9、QFlO空气开关为电路的短路保护。 3.控制电路分析。 主轴电动机的控制 图8.4、图8.5分别为交流控制回路图。 在图8.2中,先将QF2、QF3空气开关合上,在图8.5中,当机床未压限位开关、伺服未报警、急停未压下、主轴未报警时,KA2、KA3继电器线圈通电,继电器触点吸合,并且PLC 输出点YOO发出伺服允许信号,KAl继电器线圈通电,继电器触点吸合,在图8.4中,KMl交流接触器线圈通电,交流接触器触点吸合,KM3主轴交流接触器线圈通电,在图8-1中交流接触器主触点吸合,主轴变频器加上AC380V电压;若有主轴正转或主轴反转及主轴转速指令时手动或自动,在图8.5中,PLC输出主轴正转YlO或主轴反转Y11有效、主轴转速指令输出对应于主轴转速的直流电压值O~lOV至主轴变频器上,主轴按指令值的转速正转或反转;当主轴速度到达指令值时,主轴变频器输出主轴速度到达信号给PLC,主轴转动指令完成。主轴的启动时间、制动时间由主轴变频器内部参数设定。 (2)刀架电动机的控制。当有手动换刀或自动换刀指令时,经过系统处理转变为刀位信号,这时在图8.5中,PLC输出Y06有效,KA6继电器线圈通电,继电器触点闭合,在图8.4中,KM4交流接触器线圈通电,交流接触器主触点吸合,刀架电动机正转;当PLC 输入点检测到指令刀具所对应的刀位信号时,PLC输出Y06有效撤销,刀架电动机正转停止;接着PLC输出Y07有效,KA7继电器线圈通电,继电器触 点闭合,在图8.4中KM5交流接触器线圈通电,交流接触器主触点吸合,刀架电动机反转,延时一定时间后(该时间由参数设定,并根据现场情况作调整,PLC输出Y07有效销,KM5交流接触器主触点断开,刀架电动机反转停止,换刀过程完成。为了防止电源短路和电气互锁,在刀架电动机正转继电器线圈、接触器线圈回路中串入了反转继电器、接触器常闭触点,反转继电器、接触器线圈回路中串入了正转继电器、接触器常闭触点。请注意,刀架转位选刀只能一个方向转动,取刀架电动机正转。刀架电动机反转时,刀架锁紧定位。 冷却泵电动机控制 当有手动或自动冷却指令时,这时在图8.4中PLC输出Y05有效,KA8继电器线圈通电,继电器触点闭合,在图8.4中KM6交流接触器线圈通电,交流接触器主触点吸合,冷却电动机旋转,带动冷却泵工作。 图8.4交流控制电路 8.5直流控制电路(PLC输出) 图中各器件的作用如下: 序 号 名 称含 义 1 M3 刀架电动机 2 QF5 刀架电动机带过载保护的电源空开 3 KM4、KM5 刀架电动机正、反转控制交流接触器 4 KA1 由急停控制的中间继电器 5 KA6、KA7刀架电动机正、反转控制中间继电器 6S1~S4刀位检测霍尔开关 7SB11 手动刀位选择按钮 8SB12 手动换刀启动按钮 9RC4 三相灭弧器 10 RC7、RC8 单相灭弧器自动刀架控制涉及到的I/O信号如下: PLC输入信号: X2.7:刀架电动机过热报警输入; X3.0~X3.3:1~4号刀到位信号输入; X30.6:手动刀位选择按钮信号输入; X30.7:手动换刀启动按钮信号输入; PLC输出信号: Y0.6:刀架正转继电器控制输出; Y0.7:刀架反转继电器控制输出。 我们现在已经清楚了刀架控制的I/O信号,下面我们结合这些信号来分析一下换刀过程,刀架换刀有两种模式,一种是手动换刀,一种是通过T指令进行自动换刀。 1、 首先我们将机床调至手动状态,通过刀位选择按键进行目的刀位选择,有的系统是利用波段开关的形式进行实现,有的系统是利用记数的形式来实现,比如说通过检测刀位选择信号(X30.6)的状态,如果按下刀位选择按键,X30.6的状态应该会改变一次,计数器的数值会发生改变,系统选择的目的刀具也会发生相应的改变。 2、 选择目的刀具完成以后,下面就是将机床刀架的当前刀位转换到目的刀位。我们按下刀位转换按键X30.7以后。这时系统PLC输出一个刀架正转信号 Y0.6,KA6吸合;KM5吸合,这是刀架电机开始正向旋转,刀架开始正转。 3、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,如图3所示,每把刀具各有一个霍尔位置检测开关。各刀具按顺序依次经过发磁体位置产生相应的刀位信号。 (4)车床刀架过程分析 以四工位自动刀架为例,刀架电动机采用三相交流380V供电,正转时驱动刀架正向旋转,各刀具按顺序依次经过加工位置(如图6-20所示),刀架电动机反转时,刀架自动锁死,保证刀具能够承受切削力。每把刀具各有一个霍尔位置检测开关。 换刀动作由T指令或手动换刀按钮起动,换刀过程如下: (a)刀架电动机正转; (b)检测到所选刀位的有效信号后,停止刀架电动机,并延时(100ms); (c)延时结束后刀架电动机反转锁死刀架,并延时(500ms); (d)延时结束后停止刀架电动机,换刀完成。 车床刀架不存在刀具交换的问题,刀具选好后即可以开始加工,因此,车床的换刀由T指令(选刀指令)完成,而不需要换刀指令(M06指令)的参与。 2. 安全互锁 (a)刀架电动机长时间旋转(如20秒),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; (b)刀架电动机过热报警时,停止换刀过程,并禁止自动加工; 1.刀架转动不到位 ?刀架计数检测开关,卡紧检测开关,定位检测开关 出现故障 ?刀具伺服电机及驱动系统不良 ?检测信号输入板不良 故障现象一:电动刀架的每个刀位都转动不停 故障现象二:电动刀架不转 刀架控制原理间图及工作流程简述如下: 手动状态按面板刀架按钮或在录入状态输入T1指令 ? CNC根据接受到的相应指令,输出正转信号,输出接口D7(1脚)1(1=高电平,0=低电平),KA10线圈得电吸合 ? KA10触头吸合使KM4Z线圈得电吸合,刀架电机M4得电正转 ? 刀架到位后,码盘传感器SQ1闭合,信号进入CNC,输入接口D31脚)收到信号后,经CNC内部出理后,输出接口D7(1脚)0,KA10?KM4Z线圈断电释放,电机停; 同时输出接口D6(9脚)1,KA11线圈得电吸合? KA11触头吸合使KM4F线圈得电吸合,刀架电机M4得电反转,经CNC内部时间继电器延时后,输出接口D6(9脚)0,KA11?KM4F线圈断电释放,电机停,刀架锁紧; ? 完成 10.刀架安装、调试 刀架的电气部分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旋转从而实现刀架的松开、转位、锁紧等动作;弱电部分主要由位置传感器??发讯盘采用霍尔传感器发讯。 电动刀架一般有四工位或六工位,由电动机、机械换刀机构、发讯盘等组成,当系统发出换刀信号,刀架电机正转,通过减速机构和升降机构将上刀体上升至一定位置,离合盘起作用,带动上刀体旋转到所选择刀位,发讯盘发出刀位到位信号,刀架电机反转,完成初定位后上刀体下降,齿牙盘啮合,完成精确定位,并通过升降机构锁紧刀架。 1、刀架的控制原理 如上图所示,当手动或自动状态下执行换刀指令时,微机接口输出一组换刀信号(+24 V),使刀架控制箱的直流继电器KA1吸合,把三相正相序交流电送给刀架电机,电机正转并通过减速机构带动刀架上升转位,旋转到所选刀位。到位后发讯盘发出刀架到位信号,微机得到信号后撤除换刀信号,KA1失电释放,电机停止正转。微机输出另一组+24V电压给刀架控制箱,使另一个直流继电器KA1吸合,电机得到反相序交流电,电机反转,刀架上刀体下降并固紧,霍尔元件向微机发出回答信号,微机得到回答信号后开始执行下道工序。 2、刀架正反转控制 如下图所示,当时间继电器KA4线圈得电时,KA4辅助触点闭合,电机正转即刀架正转;当时间继电器KA5线圈得电时,KA5辅助触点闭合,电机反转即刀架反转。 3刀架的安装 刀架的安装一般分为两部分:1机械安装 2电气安装 机械安装 一般机械安装是指刀架的上刀体、下刀体、电机、发讯盘等组合。它一般在厂家出厂时就安装、调试好的,无需使用者在安装。使用者只需将其放置平稳、安全的地方将其固定即可。 电气安装 电气安装一般分为:1强电电路 2控制电路 强电电路 所谓的强电电路就是采用380V三相制的交流电。它是用来控制电机的正、反转。其中用到得一个重要的电气元件交流接触器,它主要是频繁的接通电路,从而控制电机的正、反转。其电路的连接主要是将刀架的电源线与车床的电源相连接。 注意:在接电源的时候,要将相序一一对应。不要将相序接反。 控制电路 所谓控制电路就是一个有顺序的逻辑控制。简单的说就是一种开关量的控制,它是通过中间继电器来控制接触器的线圈,从而控制电机的正、反转。其电路的连接需通过具体的电路图来进行电路的连接。 四、LDB4系列电动刀架 一、概述 LDB4系列电动刀架是继LD4系列刀架之后的又一新产品。其特点采用了由销盘、内端齿、外端齿盘组合成的三端齿定位机构,该机构实现了上刀体转位时无需抬起,从而排除了冷却液及切削对刀架转位时的侵扰。彻底可靠地解决了刀架的密封问题。 三端机构是目前国外流行的机构,由于具有较大的工艺难度而未被普遍推广。目前在国内的常州市新野机床数控设备公司集中技术优势,几经探索和攻坚,终于获得成功。并已在立、卧式刀架上成功应用,LDB4系列刀架就是该类型的刀架,相信它的应用会给数控车床锦上添花。 二、实物图 三、工作原理 微机发出换刀指令信号后,控制继电器动作,电机正转,通过蜗轮、蜗杆、螺杆将销盘上升至一定高度时,离合销进入离合盘槽,离合盘带动离合销,离合销带动销盘,销盘带动上刀体转位,当上刀体转到所需刀位时,霍尔元件电路发出到位信号,电机反转,反转销进入反靠盘槽,离合销从离合盘槽中爬出,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)反转时间到,继电器动作,电机停止。(5/3T)延时继电器动作,切断电源,电机停转,并微机发出回答信号,加工程序开始。 四、刀架动作顺序 换刀信号????电机正转????上刀体转位????到位信号????电机反转????粗定位????精定位夹紧????电机停止????加工顺序进行 换刀动作: 1松开:刀架电动机与刀架内一蜗杆相连,刀架电动机转动时与蜗杆配套的涡轮转动,此涡轮与一条丝杠为一体的(称为“涡轮丝杠”)当丝杠转动时会上升(与丝杠旋合的螺母与刀架是一体的,当松开时刀架不动作,所以丝杠会上升),丝杠上升后使位于丝杠上端的压板上升即松开刀架。 2 换刀:刀架松开后,丝杠继续转动刀架在摩擦力的作用下与丝杠一起转动 即换刀。 3定位:在刀架的每一个刀位上有一个用永磁铁做的感应器,当转到系统所需的刀位时,磁感应器发出信号,刀架电动机开始反转。 4锁紧:刀架是用类似于棘轮的机构装的只能沿一个方向旋转,当丝杠反转时刀架不能动作,丝杠就带着压板向下运动将刀架锁紧,换刀完成(电动机的反转时间是系统参数设定的,不能过长不能太短,太短刀架不能锁紧,太长电动机容易烧坏 。 五、LDB系列刀架技术参数 刀架型号 配车床型号 刀位数 电机功率 电机转速 夹紧力(T 上刀体尺寸 下刀体尺寸 LDB6-816140 C6140 4 90W 1400rpm 1.2192×192 LDB6-1206163 C6163 4 180W 1400rpm 1.8 直径246 200×200 LDB61206163A C6163 4 250W 1400rpm 1.8240×240 LDB4-510625 C0625 4 60W 1400rpm 0.5 130×130 133×135 LDB4-576125 C6125 4 60W 1400rpm 0.5 130×130 133×135 LDB4-706132A C6132 4 120W 1400rpm 1 152×152 161×171 LDB4-706132 C6132 4 120W 1400rpm 1 166×166 166×180 LDB4-816140 C6140 4 120W 1400rpm 1.2 166×166 192×192 LDB4-1256150 C6150 4 120W 1400rpm 1.2 166×166 192×192 LDB4-1206163 C6163 4 180W 1400rpm 1.8 200×200 200×200 LDB4-1206163A C6163 4 250W 1400rpm 1.8 240×240 240×240 LDB4-1576172 C6172 4 370W 1400rpm 2 300×300 300×300 六、LDB系列刀架技术指标 刀架型号 配车床型号 重复定位精度 工作可靠性 换刀时间S LDB4-510625 C0625 0.005mm 60000次 90 180 270 LDB4-576125 C6125 0.005mm 60000次 2.1 2.6 3.1 LDB4-706132 C6132 0.005mm 60000次 2.1 2.6 3.1 LDB4-70 6132A C6132 0.005mm 60000次 2.4 3.1 3.7 LDB4-816140 C6140 0.005mm 60000次 2.4 3.1 3.7 LDB4-125(6150) C6150 0.005mm 60000次 2.4 3.1 3.7 LDB4-120(6163) C6163 0.005mm 60000次 2.6 3.3 4 LDB4-120(6163A)