【正文】 mate MA 等。 數(shù)控車床主要由主軸箱、床鞍、尾架、刀架、對(duì)刀儀、液壓系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、氣動(dòng)系統(tǒng)及數(shù)控裝置組成。數(shù)控車床的出現(xiàn)對(duì)提高生產(chǎn)率改善產(chǎn)品質(zhì)量以及改善勞動(dòng)條件等發(fā)揮了重要的作用。為了進(jìn)一步壓縮非切削時(shí)間，數(shù)控機(jī)床正朝著一臺(tái)機(jī)床在一次裝夾中完成多工序加工的發(fā)展方向。在這類 多工序的數(shù)控機(jī)床中必須帶有自動(dòng)換刀裝置，在多工序數(shù)控機(jī)床出現(xiàn)之后，又逐步發(fā)展和完善了各類回轉(zhuǎn)刀具的自動(dòng)更換裝置，擴(kuò)大了換刀數(shù)量，以便有可能實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的換刀操作。 在自動(dòng)換刀數(shù)控機(jī)床上，自動(dòng)換刀裝置應(yīng)滿足換刀時(shí)間短，刀具重復(fù)定位精度高，足夠的刀具儲(chǔ)存量，換刀安全可靠等要求。各類機(jī)床的換刀裝置主要取決于機(jī)床的型式、工藝范圍及刀具的數(shù)量和種類等。 自動(dòng)換刀的形式主要有回轉(zhuǎn)刀架換刀、主軸頭轉(zhuǎn)位換刀和帶刀庫的自動(dòng)換刀系統(tǒng)。傳統(tǒng)的車床例如 CA6140 的刀架上只能裝一把刀，換刀的速度慢，換刀后還須重新對(duì)刀，并且精度不高， 生產(chǎn)效率低，不能適應(yīng)現(xiàn)代化生產(chǎn)的需要，因此有必要對(duì)機(jī)床的換刀裝置進(jìn)行改進(jìn)，數(shù)控車床上使用的自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架是一種最簡(jiǎn)單的換刀裝置，自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架是在一定的空間范圍內(nèi)，能執(zhí)行自動(dòng)松開、轉(zhuǎn)位、精密定位等一系列動(dòng)作的一種機(jī)構(gòu)。 根據(jù)加工對(duì)象不同，有四方刀架、六角刀架和八（或更多）工位的圓盤式軸向裝刀刀架等多種形式。 本課題的研究意義 （ 1）掌握了刀架的控制原理，熟悉了刀架的工作過程。 浙江機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 4 （ 2）了解刀架在工作過程中遇到的一些故障，能 對(duì)一些簡(jiǎn)單的故障進(jìn)行處理。 （ 3）使自己進(jìn)一步了解 FANUC 數(shù)控機(jī)床，初步掌握了解決機(jī) 床問題的一些方法，為以后的工作奠定了基礎(chǔ)。 設(shè)計(jì) 內(nèi)容 （ 1）測(cè)繪 FANUC 數(shù)控車床的電氣原理圖，接線圖。 1）主電路原理圖 . 2）電動(dòng)刀架原理圖 . 3）控制電路原理圖 . 4）機(jī)床輸入信號(hào)原理圖 . （ 2）設(shè)計(jì) FANUC 數(shù)控車床刀架的控制系統(tǒng)（選型、計(jì)算） 1）選擇四工位刀架 . 2）刀架電氣控制。刀架電氣控制組成部分包括電源、變壓器、整流電路、CNC、 PLC 輸入 /輸出板、接觸器和中間繼電器。刀架電氣控制通電過程：電源 斷路器 (QF1)斷路器（ QF2） 變壓器 整流電路 接觸器 (KM KM2)刀架正 反轉(zhuǎn)。 3） PLC 控制。 PLC 對(duì)控制刀架的 I/O 進(jìn)行邏輯處理和運(yùn)算，以實(shí)現(xiàn)刀架的順序控制。 （ 3）有關(guān)機(jī)床參數(shù)。 1）換刀超時(shí)時(shí)間，刀具鎖緊時(shí)間，正轉(zhuǎn)延時(shí)時(shí)間的設(shè)定。 2）刀架控制相關(guān) PMC 指令。 CODB 刀架刀位信號(hào)處理； COMPB 一致性比較指令； MOVE 邏輯乘數(shù)據(jù)傳送指令。 （ 4） PLC 程序設(shè)計(jì) 1）刀架電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)由 PLC數(shù)字輸出控制。通過 PLC 的數(shù)字輸出，控制直流繼電器，繼電器再驅(qū)動(dòng)交流接觸器接通三相交流電源，使刀架電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)。 2）當(dāng) PLC 應(yīng)用程序由數(shù)控系統(tǒng)的信號(hào)接口或從機(jī)床控制面板得到換刀指令后，控制刀架電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)，同時(shí)通過 PLC 的數(shù)字輸入監(jiān)控刀架的實(shí)際位置。如果刀架的實(shí)際位置已處于指令位置， PLC 應(yīng)用程序控制刀架電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)鎖緊，并啟動(dòng)延時(shí)控制。延時(shí)時(shí)間到達(dá)后，刀架反轉(zhuǎn)停止，換刀過程結(jié)束。 浙江機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 5 第 2章 數(shù)控 刀架電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 數(shù)控機(jī)床的組成 數(shù)控機(jī)床是裝備了數(shù)控系統(tǒng)的機(jī)床，既包括 NC 機(jī)床，也包括 CNC 機(jī)床。數(shù)字控制機(jī)床（ Numerical Controlled Machine Tool） ，簡(jiǎn)稱 NC機(jī)床。數(shù)控系統(tǒng)是一種控制系統(tǒng)，它能控制機(jī)床的運(yùn)動(dòng)和加工過程。計(jì)算機(jī)數(shù)控機(jī)床（ Computerized Numerical Controlled Machine Tool） ，簡(jiǎn)稱 CNC 機(jī)床，是利用具有專門存儲(chǔ)程序輸入到數(shù)控裝置，再由數(shù)控裝置控制主運(yùn)動(dòng)的變數(shù)、起停、進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的方向、速度和位移大小，以及諸如刀具的選擇、交換、工件夾緊、松開和冷卻的起、停等動(dòng)作，使刀具與工件及其他輔助裝置嚴(yán)格按數(shù)控程序的要求進(jìn)行。 數(shù)控機(jī)床由數(shù)控系統(tǒng)模塊、主軸控制模塊、伺服驅(qū)動(dòng)模塊，傳感器警示燈、電子器件、電源模塊、電動(dòng)刀架模塊、冷卻系統(tǒng)模塊、接線端子等組成。采用開放式和拆裝式設(shè)計(jì)，可以進(jìn)行數(shù)控機(jī)床電氣控制部件的組裝、接線、 PMC 編程、故障診斷和調(diào)試。 數(shù)控車床的組成部件： 圖 21 數(shù)控車床組成 圖 浙江機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 6 霍爾原理及在刀架中運(yùn)用的簡(jiǎn)單概述 霍爾效應(yīng)與工作原理 所 謂霍爾效應(yīng)，是指磁場(chǎng)作用于載流金屬導(dǎo)體、半導(dǎo)體中的載流子時(shí)，產(chǎn)生橫向電位差的物理現(xiàn)象。金屬的霍爾效應(yīng)是 1879 年被美國物理學(xué)家霍爾發(fā)現(xiàn)的。當(dāng)電流通過金屬箔片時(shí)，若在垂直于電流的方向施加磁場(chǎng)，則金屬箔片兩側(cè)面會(huì)出現(xiàn)橫向電位差。半導(dǎo)體中的霍爾效應(yīng)比金屬箔片中更為明顯，而鐵磁金屬在居里溫度以下將呈現(xiàn)極強(qiáng)的霍爾效應(yīng)。 由于通電導(dǎo)線周圍 存在磁場(chǎng)，其大小與導(dǎo)線中的電流成正比，故可以利用霍爾元件測(cè)量出磁場(chǎng)，就可確定導(dǎo)線電流的大小。利用這一原理可以設(shè)計(jì)制成霍爾電流傳感器。其優(yōu)點(diǎn)是不與被測(cè)電路發(fā)生電接觸，不影響被測(cè)電路，不消耗被測(cè)電源的功率，特別適合于大電流傳感。 若把霍爾元件置于電場(chǎng)強(qiáng)度為 E、磁場(chǎng)強(qiáng)度為 H 的電磁場(chǎng)中，則在該元件中將產(chǎn)生電流 I，元件上同時(shí)產(chǎn)生的霍爾電位差與電場(chǎng)強(qiáng)度 E 成正比，如果再測(cè)出該電磁場(chǎng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度，則電磁場(chǎng)的功率密度瞬時(shí)值 P可由 P=EH確定。 利用這種方法可以構(gòu)成霍爾功率傳感器。 如果把霍爾元件集成的開關(guān)按預(yù)定位置有規(guī)律地布置 在物體上，當(dāng)裝在運(yùn)動(dòng)物體上的永磁體經(jīng)過它時(shí)，可以從測(cè)量電路上測(cè)得脈沖信號(hào)。根據(jù)脈沖信號(hào)列可以傳感出該運(yùn)動(dòng)物體的位移。若測(cè)出單位時(shí)間內(nèi)發(fā)出的脈沖數(shù)，則可以確定其運(yùn)動(dòng)速度。 霍爾元件應(yīng)用霍爾效應(yīng)的半導(dǎo)體 霍爾效應(yīng)的廣泛運(yùn)用 霍爾效應(yīng)在應(yīng)用技術(shù)中特別重要。如果對(duì)位于磁場(chǎng) (B)中的導(dǎo)體 (d)施加一個(gè)電壓 (Iv)，該磁場(chǎng)的方向垂直于所施加電壓的方向，那么則在既與磁場(chǎng)垂直又和所施加電流方向垂直的方向上會(huì)產(chǎn)生另一個(gè)電壓 (UH)，人們將這個(gè)電壓叫做霍爾電壓，產(chǎn)生這種現(xiàn)象被稱為霍爾效應(yīng)。根據(jù)霍爾效應(yīng)做成的霍爾器件，就 是以磁場(chǎng)為工作媒體，將物體的運(yùn)動(dòng)參量轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字電壓的形式輸出，使之具備傳感和開關(guān)的功能。 訖今為止，已在現(xiàn)代汽車上廣泛應(yīng)用的霍爾器件有：在分電器上作信號(hào)傳感器、 ABS 系統(tǒng)中的速度傳感器、汽車速度表和里程表、液體物理量檢測(cè)器、各種用電負(fù)載的電流檢測(cè)及工作狀態(tài)診斷、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速及曲軸浙江機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 7 角度傳感器、各種開關(guān)，等等。 霍爾效應(yīng)是指磁場(chǎng)作用于載流金屬導(dǎo)體、半導(dǎo)體中的載流子時(shí)，產(chǎn)生橫向電位差的物理現(xiàn)象。金屬的霍爾效應(yīng)是 1879 年被美國物理學(xué)家霍爾發(fā)現(xiàn)的。當(dāng)電流通過金屬箔片時(shí)，若在垂直于電流的方向施加磁場(chǎng)，則金屬箔片兩側(cè) 面會(huì)出現(xiàn)橫向電位差。半導(dǎo)體中的霍爾效應(yīng)比金屬箔片中更為明顯，而鐵磁金屬在居里溫度以下將呈現(xiàn)極強(qiáng)的霍爾效應(yīng)。 精度是一臺(tái)數(shù)控機(jī)床的生命，假如機(jī)床喪失了精度也就喪失了加工生產(chǎn)的意義了，數(shù)控機(jī)床精度的保障很大一部分源于霍爾元件的檢測(cè)精準(zhǔn)性。 在數(shù)控機(jī)床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(guān)，叫做霍爾開關(guān)。當(dāng)磁性物件移近霍爾開關(guān)時(shí)，開關(guān)檢測(cè)面上的霍爾元件因產(chǎn)生霍爾效應(yīng)而使開關(guān)內(nèi)部電路狀態(tài)發(fā)生變化，由此識(shí)別附近