【正文】 3）本次刀架設(shè)計(jì)未能考慮到以后維修問題。畢業(yè)設(shè)計(jì)的不足：1)本次設(shè)計(jì)的動(dòng)力刀架工作使每把動(dòng)力刀具都一起旋轉(zhuǎn)，這樣造成了安全問題，里面缺少一種裝置來實(shí)現(xiàn)各把刀具的自瑣功能。4）使用單片機(jī)來控制刀架運(yùn)動(dòng)，方便快捷。2) 刀架轉(zhuǎn)位通過蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)，傳動(dòng)可靠，平穩(wěn)，適應(yīng)高轉(zhuǎn)速要求。 總結(jié)本次設(shè)計(jì)的內(nèi)容：1)刀架抬起和夾緊采用了步進(jìn)電機(jī)來實(shí)現(xiàn)。降速比i按下式計(jì)算： 式中 —步進(jìn)電機(jī)的步距角，（176。所以本次設(shè)計(jì)中采用方案3的齒輪傳動(dòng)，其主要特點(diǎn)是效率高，結(jié)構(gòu)緊湊，工作可靠，壽命長，傳動(dòng)比穩(wěn)定，傳動(dòng)過程中采用消隙齒輪，消除正反轉(zhuǎn)齒輪間隙提高傳動(dòng)精度，性價(jià)比高。故在本次設(shè)計(jì)中采用步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)X向工作臺(tái)移動(dòng)。 步進(jìn)電機(jī)具有如下優(yōu)點(diǎn) :(1)電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)角與輸入的脈沖個(gè)數(shù)嚴(yán)格成正比，故控制輸入步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的脈沖個(gè)數(shù)就能控制位移量；(2)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與輸入的脈沖頻率成正比，與要控制脈沖頻率就能調(diào)節(jié)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速；(3)停止送入脈沖時(shí)，只要維持繞組內(nèi)電流不變，電動(dòng)機(jī)軸可以保持在某個(gè)固定位置上，不需要機(jī)械制動(dòng)裝置； (4)變通電相序即可以改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向； (5)進(jìn)電動(dòng)機(jī)存在齒間相鄰誤差，但是不會(huì)產(chǎn)生累積誤差；(6)進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，啟動(dòng)、停止迅速。故在本次設(shè)計(jì)中，采用開環(huán)控制步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)。閉環(huán)控制可以達(dá)到很好的機(jī)床精度，能補(bǔ)償機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)中各種誤差，消除間隙、干擾等對(duì)加工精度的影響，一般應(yīng)用于要求高的數(shù)控設(shè)備中，由于數(shù)控車床加工精度不十分高，采用閉環(huán)系統(tǒng)的必要性不大。數(shù)控機(jī)床的伺服進(jìn)給系統(tǒng)與一般機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)有本質(zhì)的差別，他能根據(jù)指令信號(hào)精確地控制執(zhí)行部件的運(yùn)動(dòng)速度與位置，以及幾個(gè)執(zhí)行部件按一定運(yùn)動(dòng)規(guī)律所合成的運(yùn)動(dòng)軌跡。序號(hào)地址地址相應(yīng)地作用1~刀架轉(zhuǎn)動(dòng)刀位對(duì)應(yīng)的輸入信號(hào)2急停輸入信號(hào)3循環(huán)啟動(dòng)輸入信號(hào)4輔助功能M的選通信號(hào)5主軸轉(zhuǎn)速S的選通信號(hào)6刀具功能T的選通信號(hào)7R指令內(nèi)部繼電器8刀架正轉(zhuǎn)9刀架反轉(zhuǎn)10輔助功能M結(jié)束信號(hào)11S功能完成應(yīng)答結(jié)束信號(hào)12T功能完成應(yīng)答結(jié)束信號(hào)13急停輸出信號(hào)14無論S、T、M完成應(yīng)答，都會(huì)結(jié)束信號(hào)15循環(huán)啟動(dòng)輸出信號(hào)16TMRB定時(shí)器17 伺服進(jìn)給系統(tǒng)概述數(shù)控機(jī)床的伺服進(jìn)給系統(tǒng)由伺服驅(qū)動(dòng)電路、伺服驅(qū)動(dòng)裝置、機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和執(zhí)行部件組成。由位置、速度和電流構(gòu)成的三環(huán)反饋全部數(shù)字化、軟件處理數(shù)字PID，使用靈活，柔性好。隨著微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和伺服控制技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)已開始采用高速、高精度的全數(shù)字伺服系統(tǒng)。電機(jī)應(yīng)具有耐受4000rad/s2以上的角加速度的能力。一般直流伺服電機(jī)要求在數(shù)分鐘內(nèi)過載46倍而不損壞。伺服系統(tǒng)對(duì)伺服電機(jī)的要求： 從最低速到最高速電機(jī)都能平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)矩波動(dòng)要小， /min或更低速時(shí)，仍有平穩(wěn)的速度而無爬行現(xiàn)象。提高伺服系統(tǒng)的技術(shù)性能和可靠性，對(duì)于數(shù)控機(jī)床具有重大意義，研究與開發(fā)高性能的伺服系統(tǒng)一直是現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床的關(guān)鍵技術(shù)之一。它包含機(jī)械、電子、電機(jī)(早期產(chǎn)品還包含液壓)等各種部件，并涉及到強(qiáng)電與弱電控制，是一個(gè)比較復(fù)雜的控制系統(tǒng)。這些軸有的帶動(dòng)工作臺(tái)，有的帶動(dòng)刀架，通過幾個(gè)坐標(biāo)軸的綜合聯(lián)動(dòng)，使刀具相對(duì)于工件產(chǎn)生各種復(fù)雜的機(jī)械運(yùn)動(dòng)，加工出所要求的復(fù)雜形狀工件。在數(shù)控機(jī)床中，伺服系統(tǒng)主要指各坐標(biāo)軸進(jìn)給驅(qū)動(dòng)的位置控制系統(tǒng)。而數(shù)控機(jī)床技術(shù)水平的提高首先依賴于進(jìn)給和主軸驅(qū)動(dòng)特性的改善以及功能的擴(kuò)大，為此數(shù)控機(jī)床對(duì)進(jìn)給伺服系統(tǒng)的位置控制、速度控制、伺服電機(jī)、機(jī)械傳動(dòng)等方面都有很高的要求。它是用于完成各種切削加工的機(jī)械部分，是在普通機(jī)床的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，但也做了很多改進(jìn)和提高，它的主要特點(diǎn)是：由于大多數(shù)數(shù)控機(jī)床采用了高性能的主軸及伺服傳動(dòng)系統(tǒng)，因此數(shù)控機(jī)床的機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)得到了簡化，傳動(dòng)鏈較短；為了適應(yīng)數(shù)控機(jī)床連續(xù)地自動(dòng)化加工，數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)具有較高的動(dòng)態(tài)剛度、阻尼精度及耐磨性，熱變形較小；更多地采用高效傳動(dòng)部件，如滾珠絲杠副、直線滾動(dòng)導(dǎo)軌等；不少數(shù)控機(jī)床還采用了刀庫和自動(dòng)換刀裝置以提高機(jī)床工作效率[1]。伺服系統(tǒng)它是數(shù)控系統(tǒng)的執(zhí)行部分，包括驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和機(jī)床移動(dòng)部件,它接受數(shù)控裝置發(fā)來的各種動(dòng)作命令，驅(qū)動(dòng)受控設(shè)備運(yùn)動(dòng)。數(shù)控機(jī)床是采用了數(shù)控技術(shù)的機(jī)床，或者說是裝備了數(shù)控系統(tǒng)的機(jī)床。帶刀庫的自動(dòng)換刀裝置由刀庫和刀具交換機(jī)構(gòu)組成。 　　 3. 帶刀庫的自動(dòng)換刀裝置 　　上述排刀式刀架和回轉(zhuǎn)刀架所安裝的刀具都不可能太多，即使是裝備兩個(gè)刀架，對(duì)刀具的數(shù)目也有一定限制。它的動(dòng)作是由數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出指令完成的。 　　 2. 回轉(zhuǎn)刀架 　　回轉(zhuǎn)刀架是數(shù)控車床最常用的一種典型換刀刀架，一般通過液壓系統(tǒng)或電氣來實(shí)現(xiàn)機(jī)床的自動(dòng)換刀動(dòng)作，根據(jù)加工要求可設(shè)計(jì)成四方、六方刀架或圓盤式刀架，并相應(yīng)地安裝4把、6把或更多的刀具。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。其結(jié)構(gòu)形式為： 　　夾持著各種不同用途刀具的刀夾沿著機(jī)床的X坐標(biāo)軸方向排列在橫向滑板上。編輯本段數(shù)控刀架的類型按換刀方式的不同，數(shù)控車床的刀架系統(tǒng)主要有回轉(zhuǎn)刀架、排式刀架和帶刀庫的自動(dòng)換刀裝置等多種形式，下面對(duì)這三種形式的刀架作簡單的介紹。 　　6）刀庫占地面積小，并能與主機(jī)配合，使機(jī)床外觀協(xié)調(diào)美觀。 　　4）識(shí)刀、選刀可靠，換刀動(dòng)作簡單可靠。 　　2）減少換刀動(dòng)作對(duì)加工范圍的干擾。因此，刀架的性能和結(jié)構(gòu)往往直接影響到機(jī)床的切削性能、切削效率和體現(xiàn)了機(jī)床的設(shè)計(jì)和制造技術(shù)水平。隨著自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，機(jī)床的刀架也有了許多變化，特別是數(shù)控車床上采用電(液)換位的自動(dòng)刀架，有的還使用兩個(gè)回轉(zhuǎn)刀盤。編輯本段數(shù)控刀架的功能　　數(shù)控機(jī)床上的刀架是安放刀具的重要部件，許多刀架還直接參與切削工作，如臥式車床上的四方刀架，轉(zhuǎn)塔車床的轉(zhuǎn)塔刀架，回輪式轉(zhuǎn)塔車床的回輪刀架，自動(dòng)車床的轉(zhuǎn)塔刀架和天平刀架等。 　　典型數(shù)控轉(zhuǎn)塔刀架一般由動(dòng)力源（電機(jī)或油缸、液壓馬達(dá)）、機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、預(yù)分度機(jī)構(gòu)、定位機(jī)構(gòu)、鎖緊機(jī)構(gòu)、檢測(cè)裝置、接口電路、刀具安裝臺(tái)（刀盤）、動(dòng)力刀座等組成。因此技術(shù)含量高，已趨向?qū)I(yè)化開發(fā)生產(chǎn)。發(fā)展方向一是高速、可靠，追求的目標(biāo)是換刀時(shí)間盡量的短，以換取加工中心和車削中心的高效性； 　　二是簡單實(shí)用、造價(jià)低、使用可靠，但換刀速度不快。另外臥式刀架還有液動(dòng)刀架和伺服驅(qū)動(dòng)刀架。 10工位刀塔目前國內(nèi)數(shù)控刀架以電動(dòng)為主，分為立式和臥式兩種。在這種情況下，當(dāng)龍門刨實(shí)現(xiàn)精刨時(shí)，操作工一般采取手動(dòng)進(jìn)刀的方式，而且每進(jìn)一刀都要進(jìn)行一次測(cè)量，這樣一來大大降低了工作效率。第一種精度不高且成本昂貴。在許多大型機(jī)床設(shè)備（如：龍門刨床，立式車床）上，刀架進(jìn)給功能十分重要，直接決定著設(shè)備的加工精度。 4）電動(dòng)機(jī)應(yīng)能承受頻繁的起動(dòng)、制動(dòng)和反轉(zhuǎn)。 2）電動(dòng)機(jī)應(yīng)有一定的過載能力，以滿足低速、大轉(zhuǎn)矩的要求。 （4）低速大轉(zhuǎn)矩 根據(jù)機(jī)床加工特點(diǎn)，大都是在低速時(shí)進(jìn)行重切削，既要求在低速時(shí)進(jìn)給伺服系統(tǒng)有大的轉(zhuǎn)矩輸出。 （3）寬調(diào)速范圍 它是指在額定負(fù)載時(shí)電動(dòng)機(jī)能提供的最高轉(zhuǎn)速與最低轉(zhuǎn)速之比。因此，在位置控制中要求有高的定位精度，如5μm、1μm等；而在速度控制中，要求有高的調(diào)速精度、強(qiáng)的抗負(fù)載擾動(dòng)的能力，也即要求靜態(tài)和動(dòng)態(tài)速降盡可能小。由于各種數(shù)控機(jī)床所完成的加工任務(wù)不同，所以對(duì)進(jìn)給伺服系統(tǒng)的要求也不盡相同，但大致可概括為以下四個(gè)方面。故障處理：針對(duì)檢查的具體原因予以解決。故障檢查與分析：反靠裝置不起作用。故障處理：更換一新的集成電路塊后，故障排除。根據(jù)上述分析，將CRT上PLC輸入?yún)?shù)調(diào)出觀察，證實(shí)了角度編碼器發(fā)生故障。在刀架的轉(zhuǎn)換過程中，該4位根據(jù)刀架的變化而進(jìn)行不同的組合，從而輸入刀架的奇偶信號(hào)。 圖16 回轉(zhuǎn)刀架二進(jìn)制碼故障檢查與分析：從機(jī)床電氣線路圖上看：從機(jī)床側(cè)輸入PLC信號(hào)中，角度編碼器有5根信號(hào)絲（如圖51）。 OT系統(tǒng)刀架奇偶報(bào)警的排除。采用第二種方法時(shí)，刀架是靠定位銷插入定位槽來定位，每個(gè)指定刀位對(duì)應(yīng)一個(gè)定位槽，一次即可完成定位。采用上述第一種方法時(shí)，由于編碼器在約15度范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，輸出碼不變化，均與指定刀碼一致。旋轉(zhuǎn)編碼器使其編碼與刀架固定的刀號(hào)A一致，再將編碼器與刀架連接即可；（2）固定編碼器輸出某個(gè)刀具編碼A，脫開編碼器與刀架驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)之間的齒輪連接，拔出刀架定位銷?；ㄙM(fèi)大，維修周期長，此法不考慮。而編碼器并沒有旋轉(zhuǎn)，還停在原來的刀碼位置，這是造成亂刀的原因。重新安裝刀架時(shí)轉(zhuǎn)90176。即選擇一號(hào)刀時(shí)實(shí)際到位刀是四號(hào)刀，這使操作工極易產(chǎn)生誤操作。故障現(xiàn)象：該機(jī)床發(fā)生碰撞事故后，刀架在原方向上旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)90度后，用另一組定位刀架后偏位故障排除，但刀塔旋轉(zhuǎn)90度。換上新的元器件，并將其位置調(diào)整適中，第二故障排除。（5）觀察刀架的夾緊動(dòng)作，發(fā)現(xiàn)刀架在反轉(zhuǎn)夾緊過程中，將某處壓的過緊，經(jīng)測(cè)量發(fā)現(xiàn)開關(guān)彈簧已壓壞，其常開觸點(diǎn)變?yōu)槌ｉ]觸點(diǎn)。（4）打開刀架體后蓋，反復(fù)觀察刀架運(yùn)動(dòng)，某處由于冷卻水透過，有生銹現(xiàn)象。（3）用萬用表測(cè)量刀架電動(dòng)機(jī)在執(zhí)行換刀程序時(shí)，PLC的輸出電壓，發(fā)現(xiàn)此時(shí)電壓值正常，但換刀電壓保持時(shí)間過長，使刀架不停的旋轉(zhuǎn)。（2）PLC程序有誤。由于繼電器邏輯控制方式可靠性差，易出故障。加工時(shí)刀架一邊換刀，一邊按程序編的軌跡運(yùn)動(dòng)。 。故障現(xiàn)象七：刀架有時(shí)轉(zhuǎn)不動(dòng)（加工只是偶爾出現(xiàn)）故障原因及處理方法：①刀架的控制信號(hào)受干擾；系統(tǒng)接地，特別注意變頻器的接地，在交流接觸器的線圈上接入抗干擾電容。故障原因及處理方法： ①霍爾元件偏離磁塊，置于磁塊前面，手動(dòng)鍵換刀時(shí)，刀架剛一轉(zhuǎn)動(dòng)就檢測(cè)到刀架到位信號(hào)，然后馬上反轉(zhuǎn)刀架；檢查刀架發(fā)信盤上的霍爾元件是否偏離位置，調(diào)整發(fā)信盤位置使霍爾元件對(duì)正磁塊。若仍不能排除故障，則可能是發(fā)訊盤夾緊螺母松動(dòng)，造成位置移動(dòng)。出現(xiàn)刀架運(yùn)轉(zhuǎn)不到位(有時(shí)中途位置突然停留)，主要是由于發(fā)訊盤觸點(diǎn)與彈性片觸點(diǎn)錯(cuò)位，即刀位信號(hào)膠木盤位置固定偏移所至。其次，檢查后靠棘輪與蝸桿連接是否斷開，若斷開，需更換連接銷。首先檢查后靠定位銷是否靈活，彈簧是否疲勞。故障現(xiàn)象五：刀架越位過沖或轉(zhuǎn)不到位 刀架越位過沖故障的機(jī)械原因可能性較大。 ②系統(tǒng)反鎖時(shí)間不夠長:調(diào)整系統(tǒng)反鎖時(shí)間參數(shù)即可（新刀架反鎖時(shí)間t＝）。當(dāng)僅出現(xiàn)某號(hào)刀不能定位時(shí)，則是由于該號(hào)刀位線斷路所至?？蓹z查：發(fā)訊盤彈性觸頭是否磨壞、發(fā)訊盤地線是否斷路或接觸不良或漏接。 ③系統(tǒng)的刀位信號(hào)接收電路有問題:當(dāng)確定該刀位霍爾元件沒問題，以及該刀位信號(hào)與系