【文章內(nèi)容簡介】 開關(guān)對齊后 ,霍爾開關(guān)反饋信號使電機反轉(zhuǎn) ,插銷 7 在彈簧力作用下進(jìn)入反靠盤 6 地槽中進(jìn)行粗定位，上刀架體停止轉(zhuǎn)動，電機繼續(xù)反轉(zhuǎn)，使其在該位置落下，通過螺母絲桿機構(gòu) 8 使上刀架移到齒盤 5 重新嚙合 , 第 18 頁 共 53 頁 實現(xiàn)精確定位。 ④ 刀架壓緊 刀架精確定位后，電機及許反轉(zhuǎn)，夾緊刀架，當(dāng)兩齒盤增加到一定夾緊力時， 電機由數(shù)控裝置停止反轉(zhuǎn)，防止電機不停反轉(zhuǎn)而過載毀壞，從而完成一次換刀過程。 經(jīng)傳動裝置 2 驅(qū)動蝸桿蝸輪機構(gòu) 1 螺母機構(gòu) 8 齒盤 5 換刀過程 a. 刀架抬起 當(dāng)數(shù)控裝置發(fā)出換刀指令后，電動機 23 正轉(zhuǎn)，并經(jīng)聯(lián)軸套 16 軸 17， 由滑鍵 (或花鍵 )帶動蝸桿 1蝸輪 軸 軸套 10 轉(zhuǎn)動。軸套 10 的 外圓上有兩處凸起，可在套筒 9 內(nèi)孔中的螺旋槽內(nèi)滑動，從而舉起 與 9 相連的刀架 8 及上端齒盤 6，使齒盤 6 與下端齒盤 5 分開，完成刀 架抬起動作。 b. 刀架轉(zhuǎn)位 刀架轉(zhuǎn)位 刀架抬起后，軸套 10 仍在繼續(xù)轉(zhuǎn)動，同時帶動刀架 8 轉(zhuǎn)過 90176。 (如不到位，刀架還可繼續(xù)轉(zhuǎn)位 180176。、 270176。、 360176。 )，并由微動開關(guān)發(fā)出信號給數(shù)控裝置。 c. 刀架壓緊 刀架轉(zhuǎn)位后，由微動開關(guān)發(fā)出的信號使電動機 23 反轉(zhuǎn)，銷 13 使 刀架 8 定住而不隨軸套 10 回轉(zhuǎn)，于是刀架 8 向下位移，上下端齒 盤合攏壓緊。蝸桿 19 繼續(xù)轉(zhuǎn)動則產(chǎn)生軸向位移，壓縮彈簧 22， 套筒 2l 的外圓曲面壓縮開關(guān) 20 使電動機 23 停止旋轉(zhuǎn)，從而完成一 次轉(zhuǎn)位 第 19 頁 共 53 頁 換刀動作順序 系統(tǒng)發(fā)出 換刀信號 → 電機正轉(zhuǎn) → 上刀體轉(zhuǎn)位 → 到位信號 → 電機反轉(zhuǎn) → 粗定位 → 精定位夾緊 → 電機反轉(zhuǎn) → 回答信號 → 加工順序進(jìn)行 刀架邏輯控制圖 如下圖所示，當(dāng)微機發(fā)出要刀信號時，首先要判斷刀位所處的位置是否是所要換刀位的位置。如果當(dāng)前刀位正是數(shù)控系統(tǒng)所要的刀位，那么就繼續(xù)執(zhí)行下一道指令。如果當(dāng)前刀位不是數(shù)控系統(tǒng)所要的刀位，那么通過刀架電機正轉(zhuǎn)將刀架進(jìn)行轉(zhuǎn)位，轉(zhuǎn)位信號是通過霍爾元件電路來檢測刀位轉(zhuǎn)位是否到位，刀位轉(zhuǎn)位信號到位刀 架電機立即進(jìn)行發(fā)轉(zhuǎn)將刀架鎖緊，然后再執(zhí)行下一道指令。 第 20 頁 共 53 頁 刀架 電氣控制 數(shù)控的電氣控制線路與普通機床電路有所不同，除了常用的電器控制線路外，它還有數(shù)控裝置。數(shù)控機床的組成結(jié)構(gòu)圖如圖 8． 1所示。普通機床與數(shù)控機床的主要區(qū)別是數(shù)控機床的主軸調(diào)速和刀架的進(jìn)給全部自動完成，即根據(jù)編程指令按要求執(zhí)行。數(shù)控裝置是整個數(shù)控機床的核心，機床的操作均由此發(fā)出。驅(qū)動裝置位于數(shù)控裝置和機床之間，包括進(jìn)給驅(qū)動和主軸驅(qū)動裝置。驅(qū)動裝置根據(jù)控制電機不同，其控制電路形式也不同 。步進(jìn)電機有步進(jìn)驅(qū)動裝置，直流伺服電機有直流伺服驅(qū)動裝置，交流伺服電機有交流伺服驅(qū)動裝置。機床電器控制裝置位于數(shù)控裝置與機床本體之間，它主要接收數(shù)控裝置發(fā)出的開關(guān)命令控制機床主軸的啟停、正反轉(zhuǎn)、換刀、冷卻、潤滑、液壓、氣壓等相關(guān)信號?，F(xiàn)以經(jīng)濟型數(shù)控車為例介紹數(shù)控機床的電氣 控制線路。 圖 8． 1數(shù)控機床的組成結(jié)構(gòu)圖 電氣控制電路一般由主回路、控制電路和輔助電路等部分組成。了解電氣控制系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)、電動機和電器元件的分布狀況及控制要求等內(nèi)容之后 ,便可以閱讀分析電氣原理圖。按照先從主回 路入手 ,根據(jù)伺服電動機、輔助機構(gòu)電動機和電磁閥等執(zhí)行電器的控制要求 ,分析它們的啟動控制、方向控制、調(diào)速和制動；再根據(jù)主回路中各伺服電動機、輔助機構(gòu)輸入 輸出 裝置 數(shù) 控 裝 置 驅(qū)動控制裝 置 機床電器 控制裝置 機 床 本 體 第 21 頁 共 53 頁 電動機和電磁閥等執(zhí)行電器的控制要求 ,逐一找出控制電路中的控制環(huán)節(jié)；最后分析電源顯示、工作狀態(tài)顯示、照明和故障報警等輔助電路部分。數(shù)控機床對于安全性和可靠性有很高的要求，因此，控制線路中設(shè)置了一系列電氣保護環(huán)節(jié)。 數(shù)控車床的機械部分比規(guī)格的普通車床更為緊湊和簡潔。主軸傳動為一級傳動，去掉了主軸的變速齒輪箱，采用了變頻器實現(xiàn)主軸無級變速。進(jìn)給移動裝置采用滾珠絲桿，傳 動效率高、精度高、摩擦小。一般經(jīng)濟型數(shù)控車床的進(jìn)給采用步進(jìn)電機，進(jìn)給電機的運動由 NC裝置實現(xiàn)信號控制。 數(shù)控車床的刀架能自動轉(zhuǎn)位。換刀電機有步進(jìn)、直流和異步電機之分，這些電動刀架的旋轉(zhuǎn)、定位由 NC裝置發(fā)出信號，控制其動作。而其他的冷卻、液壓等電氣控制和普通機床的控制基本相同。以 CK6140數(shù)控車床電氣控制電路為例 數(shù)控機床刀架是由機床 PLC 來進(jìn)行控制，對于普通的四工位刀架來說，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，刀架的換刀過程其實是通過 PLC 對控制刀 架的所有 I/O 信號進(jìn)行邏輯處理及計算。實現(xiàn)刀架的順序控制。另外為了保證換刀能夠正確進(jìn)行，系統(tǒng)一般還要設(shè)置一些相應(yīng)的系統(tǒng)參數(shù)來對換刀過程進(jìn)行調(diào)整。下面我們分析 PLC 控制下的換刀過程。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二所示。圖二中的 a 是刀架控制的強電部分，主要是控制刀架電機的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，來控制刀架的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)；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(dǎo)通和關(guān)閉來實現(xiàn) a 中的強電控制；圖 c 部分是刀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。 1． 主回路分析 圖 8． 2是 CK6140 數(shù)控車床電氣控制中的 380V 強電回路。 第 22 頁 共 53 頁 圖 圖 8． 2 中 QFl 為電源總開關(guān)。 QF QF QF QF5分別為主軸強電、伺服強電、冷卻電動機、刀架電動機的空氣開關(guān) ,它們的作用是接通電源及短路、過流時起保護作用；其中 QFQF5 帶輔助觸頭 ,該觸點輸入到 PLC,作為 QF QF5 的狀態(tài)信號 ,并且這兩個空開的保護電流為可調(diào)的 ,可根據(jù)電動機的額定電流來調(diào)節(jié)空開的設(shè)定值 ,起到過流保護作用。 KM KM KM6分別為主軸電動機、伺服電動機、冷卻電動機交流接觸器 ,由它們的主觸點控制相應(yīng)電動機；KM KM5 為刀架正反轉(zhuǎn)交流接觸器 ,用于控制刀架的正反轉(zhuǎn)。 TCl 為三相伺服變壓器 ,將交流380V 變?yōu)榻涣?200V,供給伺服電源模塊。 RC RC RC4 為阻容吸收 ,當(dāng)相應(yīng)的電路斷開后 ,吸收伺服電源模塊、冷卻電動機、刀架電動機中的能量 ,避免產(chǎn)生過電壓而損壞器件。 2．電源電路分析 圖 8． 3為 CK6140數(shù)控車床電氣控制中的電源回路圖 。 第 23 頁 共 53 頁 圖 圖 8． 3中 TC2為控制變壓器 ,初級為 AC380V,次級為 ACllOV、 AC220V、 AC24V,其中 ACIlOV給交流接觸器線圈和強電柜風(fēng)扇提供電源； AC24V給電柜門指示燈、工作燈提供電源；AC220V通過低通濾波器濾波給伺服模塊、電源模塊、 DC24V電源提供電源； VCl為 24V電源 ,將 AC220V轉(zhuǎn)換為 DC24V電源 ,給世紀(jì)星數(shù)控系統(tǒng)、 PLC輸入 /輸出、 24V繼電器線圈、伺服模 第 24 頁 共 53 頁 塊、電源模塊、吊掛風(fēng)扇提供電源； QF QF QF QF QFlO空氣開關(guān)為電路的短路保護。 。 （ 1） 主軸電動機的控制 圖 8． 圖 分別為交流控制回路圖。 在圖 8． 2中 ,先將 QF QF3空氣開關(guān)合上 ,在圖 8． 5中 ,當(dāng)機床未壓限位開關(guān)、伺服未報警、急停未壓下、主軸未報警時 ,KA KA3繼電器線圈通電 ,繼電器觸點吸合 ,并且 PLC 輸出點 YOO發(fā)出伺服允許信號 ,KAl繼電器線圈通電 ,繼電器觸點吸合 ,在圖 8． 4中 ,KMl交流接觸器線圈通電 ,交流接觸器觸點吸合 ,KM3主軸交流接觸器線圈通電 ,在圖 81中交流接觸器主觸點吸合 ,主軸變頻 器加上 AC380V電壓；若有主軸正轉(zhuǎn)或主軸反轉(zhuǎn)及主軸轉(zhuǎn)速指令時(手動或自動 ),在圖 8． 5中 ,PLC輸出主軸正轉(zhuǎn) YlO或主軸反轉(zhuǎn) Y11有效、主軸轉(zhuǎn)速指令輸出對應(yīng)于主軸轉(zhuǎn)速的直流電壓值 (O～ lOV)至主軸變頻器上 ,主軸按指令值的轉(zhuǎn)速正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)；當(dāng)主軸速度到達(dá)指令值時 ,主軸變頻器輸出主軸速度到達(dá)信號給 PLC,主軸轉(zhuǎn)動指令完成。主軸的啟動時間、制動時間由主軸變頻器內(nèi)部參數(shù)設(shè)定。 （ 2）刀架電動機的控制 。 當(dāng)有手動換刀或自動換刀指令時 ,經(jīng)過系統(tǒng)處理轉(zhuǎn)變?yōu)榈段恍盘?,這時在圖 8． 5中 ,PLC輸出 Y06有效 ,KA6繼電器線圈 通電 ,繼電器觸點閉合 ,在圖 8． 4中 ,KM4交流接觸器線圈通電 ,交流接觸器主觸點吸合 ,刀架電動機正轉(zhuǎn)；當(dāng) PLC 輸入點檢測到指令刀具所對應(yīng)的刀位信號時 ,PLC輸出 Y06有效撤銷 ,刀架電動機正轉(zhuǎn)停止；接著 PLC輸出 Y07有效 ,KA7繼電器線圈通電 ,繼電器觸點閉合 ,在圖 8． 4中 KM5交流接觸器線圈通電 ,交流接觸器主觸點吸合 ,刀架電動機反轉(zhuǎn) ,延時一定時間后（該時間由參數(shù)設(shè)定 ,并根據(jù)現(xiàn)場情況作調(diào)整 ,PLC輸出 Y07有效銷 ,KM5交流接觸器主觸點斷開 ,刀架電動機反轉(zhuǎn)停止 ,換刀過程完成。為了防止電源短路和電氣互鎖 ,在刀架 電動機正轉(zhuǎn)繼電器線圈、接觸器線圈回路中串入了反轉(zhuǎn)繼電器、接觸器常閉觸點 ,反轉(zhuǎn)繼電器、接觸器線圈回路中串入了正轉(zhuǎn)繼電器、接觸器常閉觸點。請注意 ,刀架轉(zhuǎn)位選刀只能一個方向轉(zhuǎn)動 ,取刀架電動機正轉(zhuǎn)。刀架電動機反轉(zhuǎn)時 ,刀架鎖緊定位。 （ 3） 冷卻泵電動機控制 第 25 頁 共 53 頁 當(dāng)有手動或自動冷卻指令時 ,這時在圖 8． 4中 PLC輸出 Y05有效 ,KA8繼電器線圈通電 ,繼電器觸點閉合 ,在圖 8． 4中 KM6 交流接觸器線圈通電 ,交流接觸器主觸點吸合 ,冷卻電動機旋轉(zhuǎn) ,帶動冷卻泵工作。 圖 8． 4 交流控制電路 8． 5 直流控制電路 （ PLC 輸出） 圖中各器件的作用如下： 第 26 頁 共 53 頁 序 號 名 稱 含 義 1 M3 刀架電動機 2 QF5 刀架電動機帶過載保護的電源空開 3 KM KM5 刀架電動機正、反轉(zhuǎn)控制交流接觸器 4 KA1 由急?？刂频闹虚g繼電器 5 KA KA7 刀架電動機正、反轉(zhuǎn)控制中間繼電器 6 S1~S4 刀位檢測霍爾開關(guān) 7 SB11 手動刀位選擇按 鈕 8 SB