刀架控制系統(tǒng)硬件組成1

1、刀架控制系統(tǒng)硬件組成3.1刀架的有關(guān)概況3.1.1刀架的產(chǎn)生電動刀架是數(shù)控車床重要的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)，由于該類刀架采用全電控制，無需另加液壓或氣動等其它動力源，故對簡化機(jī)床控制的復(fù)雜程度帶宋好處。合理的選配電動刀架，可以縮短生產(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。另外，加工工藝適應(yīng)性和連續(xù)工作的工作能力也明顯提高;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)的控制算法，對執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出相應(yīng)的控制指令外，很重要的一點(diǎn)是數(shù)控機(jī)床須配備易于控制的電動刀架，以便一次裝夾所需各種刀具，靈活，方便地完成各種幾何形狀的加工。3.1.2刀架的分類按刀架的回轉(zhuǎn)軸線分類，有繞水平軸旋轉(zhuǎn)分度

2、和繞垂直軸旋轉(zhuǎn)分度兩大類。按裝刀數(shù)來分常見的有四工位電動刀架和六工位電動刀架等。按機(jī)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(zhuǎn)位電動刀架等。三齒盤定位電動刀架(又稱為“免抬刀架”)可實(shí)現(xiàn)上刀體不抬起而順利地轉(zhuǎn)位換刀的要求，排除了冷卻液、加工屑對刀架轉(zhuǎn)位時(shí)的影響，較為可靠地解決了刀架的密封問題。斜板圓銷轉(zhuǎn)位電動刀架結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠。 3.1.3刀架的幾種典型結(jié)構(gòu)（1）排刀式刀架排刀式刀架一般用于小規(guī)格數(shù)控車床，以加工棒類為主的機(jī)床較為常見，它的結(jié)構(gòu)形式為夾持著各種不同用途刀具的刀夾沿著機(jī)床X坐標(biāo)軸方向排列在橫向滑板或一種稱為快換臺板上。這種刀架的特點(diǎn)之一是刀具布置和機(jī)床調(diào)整都較方

3、便，可以根據(jù)具體工件的車削工藝要求，任意組合各種不同用途的刀具在一把刀完成車削任務(wù)后，橫向滑板只要按程序沿X軸向移動預(yù)先設(shè)定的距離后，第二把刀就到達(dá)加工位置，這樣就完成了機(jī)床的換刀動作。這種換刀方式迅速、省時(shí)、有利于提高機(jī)床的生產(chǎn)效率。（2）數(shù)控車床方刀架經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床方刀架是在普通車床四方刀架的基礎(chǔ)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(gè)刀位，能裝夾四把不同的刀具，方刀架回轉(zhuǎn)90時(shí)，刀具變換一個(gè)刀位，但方刀架的回轉(zhuǎn)和刀位號的選擇是由加工程序指令控制的。換刀時(shí)方刀架的動作順序是：刀架抬起、刀架轉(zhuǎn)位、刀架定位和刀架夾緊。完成上述動作要求，有相應(yīng)的機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)。（3）般轉(zhuǎn)塔回轉(zhuǎn)刀架

4、轉(zhuǎn)塔回轉(zhuǎn)刀架適用與盤類零件加工。在加工軸類零件時(shí)，可以換用四方回轉(zhuǎn)刀架。由于兩者底部安裝尺寸相同，更換刀架十分方便?；剞D(zhuǎn)刀架動作根據(jù)數(shù)控指令進(jìn)行，由液壓系統(tǒng)通過電磁換向閥進(jìn)行控制，其動作過程分為如下四個(gè)步驟：（1）、刀架抬起，（2）、刀架轉(zhuǎn)位、（3）、刀架壓緊，（4）、轉(zhuǎn)位液壓缸復(fù)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(jìn)行切削加工。（4）盤形自動回轉(zhuǎn)刀架盤形自動回轉(zhuǎn)刀架根據(jù)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12把刀具，C型可配置8把刀具。A、B型回轉(zhuǎn)刀盤的外切刀可使用25mm*150mm標(biāo)準(zhǔn)刀具和刀桿截面為25mm*25mm的可調(diào)工具，C型可用尺寸

5、為20mm*20mm*125mm的標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)行，松開、夾緊位置檢測由微動開關(guān)控制。整個(gè)刀架控制是一個(gè)純電氣系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡單。（5）車削中心的動力刀架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(jìn)行加工，還可安裝動力刀夾進(jìn)行主動切削，配合主機(jī)完成車、銑、鉆、鏜等各種復(fù)雜工序，實(shí)現(xiàn)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(zhuǎn)位由三相異步電機(jī)驅(qū)動，電動機(jī)內(nèi)部帶有制動機(jī)構(gòu)，刀位由二進(jìn)制絕對編碼起器識別，并可雙向轉(zhuǎn)位和任意刀位就近選刀。動力刀具由交流伺服電

6、機(jī)驅(qū)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(nèi)部的齒輪傳動，刀具回轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)主動切削。3.2 四工位刀架的組成西門子802S數(shù)控車床的電動四工位刀架采用的電機(jī)是三相異步電機(jī)，功率90W，轉(zhuǎn)速1300r/min。電動四工位刀架如圖3.3所示：刀架由電動機(jī)、蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)，傳動軸，蝸桿，下齒盤，上齒盤，定位槽，插銷，絲杠螺母機(jī)構(gòu)，反靠槽，霍爾開關(guān)，磁性板霍爾元件電路或干簧管、微動開關(guān)電路等組成。圖3.3四工位刀架刀架的動作：當(dāng)數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出換刀指令后，通過比較電路比較目標(biāo)刀具與原刀具的位置差，再來判斷是否要旋轉(zhuǎn)，若與原來的一樣的話，刀架沒有任何的動作，若不一樣的

7、話，在確定好目標(biāo)刀具號后，刀盤松開并被頂起，然通過接口電路使電機(jī)正轉(zhuǎn)，經(jīng)傳動裝置、驅(qū)動蝸桿蝸輪機(jī)構(gòu),蝸輪帶動絲杠螺母機(jī)構(gòu)，將刀盤松開并抬起，直至兩定位多齒盤脫離嚙合狀態(tài)，然后由插銷帶動刀盤轉(zhuǎn)位，數(shù)控裝置發(fā)出的換刀指令使霍爾開關(guān)中的某一個(gè)選通，當(dāng)磁性板與被選通的霍爾開關(guān)對齊后，霍爾開關(guān)反饋信號使電機(jī)反轉(zhuǎn)并夾緊的動作，插銷向預(yù)分度盤上的分度槽反靠實(shí)現(xiàn)預(yù)分度，刀盤停止轉(zhuǎn)動，通過絲杠機(jī)構(gòu)使刀盤移動到齒盤重新嚙合，實(shí)現(xiàn)精確定位。多齒盤嚙合精確定位后，電機(jī)應(yīng)能停止反轉(zhuǎn)。換刀完成。例如，四工位自動回轉(zhuǎn)刀架回轉(zhuǎn)電機(jī)反轉(zhuǎn)1.5s后，由數(shù)控裝置自動停止，防止電機(jī)不停反轉(zhuǎn)而過載毀壞。反靠機(jī)構(gòu)使卜帶動刀架旋轉(zhuǎn)的機(jī)構(gòu)，

8、由于它必須在刀架正轉(zhuǎn)時(shí)對卡死，反轉(zhuǎn)時(shí)半卡死，因此該反靠槽的兩個(gè)側(cè)面一個(gè)設(shè)計(jì)成垂直面，另一個(gè)設(shè)計(jì)成傾斜面。預(yù)定位插銷和預(yù)定位槽(在下齒盤上)的作用在于實(shí)現(xiàn)刀架的預(yù)定位。電機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí)，定位插銷被插銷上方的彈簧拉起，回轉(zhuǎn)電機(jī)反轉(zhuǎn)，插銷被彈簧入預(yù)定位槽內(nèi)實(shí)現(xiàn)刀架的預(yù)定位，精確定位采用多齒盤結(jié)構(gòu)，利用其表面精度高、硬度高的梯形齒結(jié)構(gòu)進(jìn)行嚙合以達(dá)到精確定位。整個(gè)信號走向是：操作面板或程序發(fā)出換刀指令輸?shù)紺NC，CNC與PLC輸出轉(zhuǎn)接板來控制輸出板上的中繼的動作從而控制電動刀架的正反轉(zhuǎn)，當(dāng)從CNC插口過來正轉(zhuǎn)信號為低電平信號時(shí)，由于CNC輸入插口信號線低電平有效，所以相對應(yīng)的中間繼電器線圈得電，常開觸點(diǎn)閉合，

9、輸出架電機(jī)正端有信號輸出，通過外部電路閉合控制繼電器KM1線圈得電，常開觸點(diǎn)KA6閉合，些時(shí)刀轉(zhuǎn)；當(dāng)從CNC插口過來的反轉(zhuǎn)信號為低電平時(shí)，相對應(yīng)輸出轉(zhuǎn)接板中的中間繼電器線圈得電，常開觸點(diǎn)閉合，輸出端有信號輸出，觸點(diǎn)閉合控制繼電器KA7線圈得電，常開觸點(diǎn)KA7閉合控制刀架電機(jī)反轉(zhuǎn)。在正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)到位時(shí)，由刀架四工位的四個(gè)霍爾開關(guān)控制，通過霍爾開關(guān)反饋回輸入轉(zhuǎn)接板檢測是否轉(zhuǎn)到位。輸?shù)絇LC輸入板再經(jīng)過CNC處理決定動作。圖3.4 刀架信號走向示意圖3.2.1四工位刀架的機(jī)械結(jié)構(gòu)圖3.5 數(shù)控車床刀架結(jié)構(gòu)1電動機(jī) 2聯(lián)軸器 3蝸桿軸 4蝸輪絲杠 5刀架底座 6粗定位盤7刀架體 8球頭銷 9轉(zhuǎn)位套 10

10、電涮座 11發(fā)迅體 12螺母 13，14電涮 15粗定位銷該刀架可以安裝四把不同的刀具，轉(zhuǎn)位信號由加工程序指定。其結(jié)構(gòu)圖可見附圖所示。下面介紹以下該刀架的結(jié)構(gòu)及動作過程：當(dāng)換刀指令發(fā)出后，小型電動機(jī)1起動正轉(zhuǎn)，通過平鍵套筒聯(lián)軸器2使蝸桿軸3轉(zhuǎn)動，從而帶動蝸輪4轉(zhuǎn)動。蝸輪的上部外圓柱加工有外螺紋，所以該零件稱蝸輪絲杠。刀架體7內(nèi)孔與刀架中心軸外圓是滑配合，在轉(zhuǎn)位換刀時(shí)，中心軸固定不動，蝸輪絲杠環(huán)繞中心軸旋轉(zhuǎn)。當(dāng)蝸輪開始轉(zhuǎn)動時(shí)，由于在刀架底座5和刀架體7上的端面齒處在嚙合狀態(tài)，且蝸輪絲杠軸向固定，這時(shí)刀架體7抬起。當(dāng)?shù)都荏w抬到一定距離后，端面齒脫開。轉(zhuǎn)位套9用銷釘與蝸輪絲杠4連接，隨蝸輪絲杠一同轉(zhuǎn)

11、動，當(dāng)端面齒完全脫開，轉(zhuǎn)位套正好轉(zhuǎn)過160（如圖AA剖示所示），球頭銷8在彈簧力的作用下進(jìn)入轉(zhuǎn)位套9的槽中，帶動刀架體轉(zhuǎn)位。刀架體7轉(zhuǎn)動時(shí)帶動電刷座10轉(zhuǎn)動，當(dāng)轉(zhuǎn)到程序指定的刀號時(shí)，定位銷15在彈簧的作用下進(jìn)入粗定位盤6的槽中進(jìn)行粗定位，同時(shí)電刷13、14接觸導(dǎo)通，使電機(jī)1反轉(zhuǎn)，由于粗定位槽的限制，刀架體7不能轉(zhuǎn)動，使其在該位置垂直落下，刀架體7和刀架底座5上是端面齒嚙合，實(shí)現(xiàn)精確定位。電動機(jī)繼續(xù)反轉(zhuǎn)，此時(shí)蝸輪停止轉(zhuǎn)動，蝸桿軸3繼續(xù)轉(zhuǎn)動，隨夾緊力增加，轉(zhuǎn)距不斷增大時(shí)，達(dá)到一定值時(shí)，在傳感器的控制下，電機(jī)1停止轉(zhuǎn)動。譯碼裝置由發(fā)信體11、電刷13、14組成，電刷13負(fù)責(zé)發(fā)信，電刷14負(fù)責(zé)位置判斷。當(dāng)?shù)都芏ㄎ怀霈F(xiàn)過位或不到位時(shí)，可松開螺母12調(diào)好發(fā)信體11與電刷14的相對位置。這種刀架在經(jīng)濟(jì)