【正文】 上，使用CNC本身的I/O接口完成輸入輸出功能。B 內(nèi)裝型PLC的性能指標(biāo)是根據(jù)CNC系統(tǒng)的性能、規(guī)格等確定的，具有針對性強(qiáng)，技術(shù)指標(biāo)較合理、實(shí)用等特點(diǎn)，實(shí)用于單臺(tái)數(shù)控機(jī)床及加工中心等場合。PLC與機(jī)床則通過I/O接口電路實(shí)現(xiàn)信號(hào)傳送，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框如圖。（1）內(nèi)裝型PLC內(nèi)裝型PLC是CNC系統(tǒng)的生產(chǎn)廠家為實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床順序控制，而將CNC與PLC綜合設(shè)計(jì)在一起的PLC，它是CNC系統(tǒng)的一個(gè)組成部分，只可專門用于某種CNC系統(tǒng)。在數(shù)控機(jī)床上使用PLC取代傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)，使得數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)更加緊湊，功能更豐富，響應(yīng)速度更快，工作更可能。PLC接受CNC控制代碼M（輔助功能）、S(主軸轉(zhuǎn)速)、T（選刀、換刀）等順序動(dòng)作信息，對其進(jìn)行譯碼后轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的控制信號(hào)，驅(qū)動(dòng)輔助裝置完成一系列開關(guān)動(dòng)作，如裝夾工件、更換刀具和開關(guān)切削液等。當(dāng)磁場（一般是永久磁鋼）靠近霍爾元件時(shí)，2輸出高電平；而沒有磁場靠近時(shí)，2輸出低電平。1熱阻Rth 霍爾元件工作時(shí)功耗每增加1W，霍爾元件升高的溫度值稱為它的熱阻，它反映了元件散熱的難易程度，單位為： 攝氏度/w 圖32數(shù)控車床刀架上1~4霍爾元件來檢測刀位。 1霍爾電勢溫度系數(shù) 在外加磁場和霍爾激勵(lì)電流為I的情況下，環(huán)境溫度每變化1℃時(shí)，不等位電勢的相對變化率。 霍爾電壓輸出比率霍爾不等位電勢與霍爾輸出電勢的比率 1霍爾寄生直流電勢在外加磁場為零、霍爾元件用交流激勵(lì)時(shí)，霍爾電極輸出除了交流不等位電勢外，還有一直流電勢，稱寄生直流電勢。 霍爾不等位電勢（又稱霍爾偏移零點(diǎn)） 在沒有外加磁場和霍爾激勵(lì)電流為I的情況下，在輸出端空載測得的霍爾電勢差稱為不等位電勢。 霍爾輸出電阻霍爾輸出電極間的電阻值稱為輸出電阻?；魻栕畲笤试S激勵(lì)電流 以霍爾元件允許最大溫升為限制所對應(yīng)的激勵(lì)電流稱為最大允許激勵(lì)電流?；魻栰`敏度KH（又稱霍爾乘積靈敏度）霍爾靈敏度與霍爾系數(shù)成正比而與霍爾片的厚度δ成反比，即KH=RH/δ，它通?？梢员碚骰魻柍?shù)?；魻栂禂?shù)（又稱霍爾常數(shù)）RH在磁場不太強(qiáng)時(shí)，霍爾電勢差UH與激勵(lì)電流I和磁感應(yīng)強(qiáng)度B的乘積成正比，與霍爾片的厚度δ成反比，即UH =RH*I*B/δ，式中的RH稱為霍爾系數(shù)，它表示霍爾效應(yīng)的強(qiáng)弱。若測出單位時(shí)間內(nèi)發(fā)出的脈沖數(shù)，則可以確定其運(yùn)動(dòng)速度。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)，可以從測量電路上測得脈沖信號(hào)。若把霍爾元件置于電場強(qiáng)度為E、磁場強(qiáng)度為H的電磁場中，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強(qiáng)度E成正比，如果再測出該電磁場的磁場強(qiáng)度，則電磁場的功率密度瞬時(shí)值P可由P=EH確定。利用這一原理可以設(shè)計(jì)制成霍爾電流傳感器。對于半導(dǎo)體和鐵磁金屬，霍爾系數(shù)表達(dá)式與式（2）不同，此處從略。FT39FJ12FFT17FT19FT37圖31 霍爾元件家族利用霍爾效應(yīng)可以設(shè)計(jì)制成多種傳感器。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，則金屬箔片兩側(cè)面會(huì)出現(xiàn)橫向電位差。第三章 霍爾元件所謂霍爾效應(yīng)，是指磁場作用于載流金屬導(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。圖中的a是刀架控制的強(qiáng)電部分，主要是控制刀架電機(jī)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(gè)交流接觸器的導(dǎo)通和關(guān)閉來實(shí)現(xiàn)a中的強(qiáng)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(gè)過程的控制最終是由這個(gè)模塊來完成的。在分析之前，我們首先了解刀架 控制的電氣部分。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。我們分析車床刀架的控制原理其實(shí)就是指刀架的整個(gè)換刀過程，刀架的換刀過程其實(shí)是通過PLC對控制刀架的所有I/O信號(hào)進(jìn)行邏輯處理及計(jì)算。數(shù)控刀架轉(zhuǎn)到工位時(shí)，由安裝在刀架內(nèi)部的霍爾傳感器檢測刀架到位信號(hào)，刀架信號(hào)輸出端由高電平轉(zhuǎn)到低電平，由信號(hào)采集電路對這一瞬時(shí)信號(hào)進(jìn)行采集和保持，輸出相對應(yīng)的工位信號(hào)（高電平信號(hào)），相應(yīng)的中間繼電器線圈得電工作，使得刀架反轉(zhuǎn)夾緊?？刂葡到y(tǒng)必須提供足夠的接口，以滿足被控機(jī)電設(shè)備的運(yùn)動(dòng)部件，檢測部件與系統(tǒng)的連接要求。機(jī)電設(shè)備的電氣部件主要由被控制對象的傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成，接口包括機(jī)械和電氣的物理連接。電氣控制在機(jī)電一體化技術(shù)中起主導(dǎo)作用，其實(shí)質(zhì)就是一種自動(dòng)控制系統(tǒng)其基本功能有如下特點(diǎn)：機(jī)電設(shè)備的電氣控制系統(tǒng)基本上都具有輸入指令，顯示工作狀態(tài)的人機(jī)界面，復(fù)雜的控制系統(tǒng)還具有程序調(diào)用、編輯、調(diào)試等功能，以便于操作者方便、快捷、靈活的控制機(jī)電設(shè)備，按設(shè)計(jì)意圖讓機(jī)電設(shè)備發(fā)揮更大作用。（4）夾緊刀架 電動(dòng)機(jī)繼續(xù)反轉(zhuǎn)，此時(shí)蝸輪停止轉(zhuǎn)動(dòng)，渦桿軸3自身轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)兩端面齒增加到一定夾緊力時(shí)，電動(dòng)機(jī)1停止轉(zhuǎn)動(dòng)。（3）刀架定位刀架體7轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)帶著電刷座10轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)轉(zhuǎn)到程序指定的刀號(hào)時(shí)，粗定位銷15在彈簧力的作用下進(jìn)入粗定位盤6的槽中進(jìn)行粗定位，同時(shí)電刷13接觸導(dǎo)體使電動(dòng)機(jī)1翻轉(zhuǎn)。（2）刀架轉(zhuǎn)位當(dāng)?shù)都荏w抬至一定距離后，刀架底座5和刀架體7的端面齒脫開，轉(zhuǎn)位套9用銷釘與蝸輪絲杠4聯(lián)接，隨蝸輪絲杠一同轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)端面齒完全脫開時(shí)轉(zhuǎn)位套正好轉(zhuǎn)過160176。蝸輪絲杠內(nèi)孔與刀架中心軸式間隙配合，在轉(zhuǎn)位換刀時(shí)，中心軸固定不動(dòng)，蝸輪絲杠繞中心軸旋轉(zhuǎn)。（1）刀架抬起當(dāng)數(shù)控裝置發(fā)出換刀指令后，電動(dòng)機(jī)1啟動(dòng)正常，通過套筒連軸器2使蝸桿軸3轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)蝸輪絲杠4轉(zhuǎn)動(dòng)。該裝配圖為螺旋升降式四方回轉(zhuǎn)刀架，其工作原理見圖：圖21 數(shù)控車床四工位刀架結(jié)構(gòu)1直流伺服電動(dòng)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)為套；10電刷座；11發(fā)信號(hào)；12螺母； 114電刷；15粗定位圖21所示為經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床常用方刀架結(jié)構(gòu)，該刀架可以安裝四把不同的刀具轉(zhuǎn)位信號(hào)有加工程序指定。換刀時(shí)方刀架的動(dòng)作順序是：刀架抬起、刀架轉(zhuǎn)位、刀架定位和夾緊刀架。刀盤采用VDI刀盤 刀夾采用德國標(biāo)準(zhǔn)DIN69880，動(dòng)力刀夾有徑向、軸向、偏置等形式以滿足不同的加工要求。分為換刀模塊和伺服主軸電機(jī)驅(qū)動(dòng)動(dòng)力兩個(gè)模塊，換刀模塊用AK3180X8A，動(dòng)力模塊伺服電機(jī)側(cè)置，采用大齒圓傳動(dòng)，動(dòng)力刀具在工作位置由電磁鐵控制嚙合，動(dòng)力刀具最高轉(zhuǎn)速3000r/min，輸入扭矩6n m，中心高80mm，重復(fù)定位精度正負(fù)2分，可實(shí)現(xiàn)雙向旋轉(zhuǎn)就近換刀。(2)AK3380X8L動(dòng)力刀架向復(fù)合化方向發(fā)展。刀盤 可采用VDI刀盤和槽式刀盤。(1)AK3600X12伺服刀架向高速化邁進(jìn)其特點(diǎn)是以伺服電機(jī)進(jìn)行分度，液壓控制松開、剎緊三聯(lián)齒盤定位、可雙向，回轉(zhuǎn)和任意刀位就進(jìn)選刀，適應(yīng)與各種數(shù)控系統(tǒng)連接，轉(zhuǎn)位時(shí)間可調(diào)，中心高100mm，重復(fù)定位精度正負(fù)2分，伺服電機(jī)功率500w。Y軸行程可達(dá)到正負(fù)45mm，B軸上刀架可轉(zhuǎn)135度——負(fù)45度。帶銑削功能的動(dòng)力刀架，一般采用普通刀架外加伺服主軸電機(jī)驅(qū)動(dòng)動(dòng)力刀具，刀盤采用VDI刀盤，鉆銑主軸最高轉(zhuǎn)速可達(dá)1200r/min，功率22kw。伺服刀架提高了換刀速度。主要表現(xiàn)在：高速化 開放式伺服電機(jī)及驅(qū)動(dòng)技術(shù)的發(fā)展，使伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)刀架技術(shù)發(fā)展成為現(xiàn)實(shí)。動(dòng)力刀具由交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，通過同步齒形帶、傳動(dòng)軸、傳動(dòng)齒輪、端面齒離合器將動(dòng)力傳遞到動(dòng)力刀夾，再通過刀夾內(nèi)部的齒輪傳動(dòng)，刀具回轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)主動(dòng)切削。（5）車削中心的動(dòng)力刀架車削中心的動(dòng)力刀架的刀盤上可以安裝各種非動(dòng)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(dòng)力刀夾進(jìn)行主動(dòng)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(dòng)化、高效化。刀位選擇由刷形選擇器進(jìn)行，松開、夾緊位置檢測由微動(dòng)開關(guān)控制。鏜刀桿直徑最大為32mm。（4）盤形自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架盤形自動(dòng)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?；剞D(zhuǎn)刀架動(dòng)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(dòng)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。在加工軸類零件時(shí)，可以換用四方回轉(zhuǎn)刀架。完成上述動(dòng)作要求，有相應(yīng)的機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)。（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(dòng)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(hào)的選擇是由加工程序指令控制的。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(dòng)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(dòng)作。斜板圓銷轉(zhuǎn)位電動(dòng)刀架結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠。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(dòng)刀架等。按刀架的回轉(zhuǎn)軸線分類，有繞水平軸旋轉(zhuǎn)分度和繞垂直軸旋轉(zhuǎn)分度兩大類。（8） 數(shù)控刀架換刀動(dòng)作 系統(tǒng)發(fā)出指令——齒盤松開——刀架旋轉(zhuǎn)分度——到達(dá)目標(biāo)工位并發(fā)信號(hào)給系統(tǒng)——預(yù)定位——齒盤鎖緊精定位——系統(tǒng)確認(rèn)后工件切削。目前刀盤有2種模式：歐式VDI、日式槽刀盤。（6） 發(fā)信裝置 包括工位信號(hào)（編碼器）和動(dòng)作控制信號(hào)。為了完成快速殺緊和得到的殺緊力，松開和剎緊一般選用液壓和機(jī)械等來實(shí)現(xiàn)松開和剎緊。伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)刀架，利用伺服電機(jī)編碼器作為預(yù)定位。快速換刀一般選用雙向旋轉(zhuǎn)的連續(xù)分度機(jī)構(gòu)。（2） 分度裝置 通過機(jī)械液壓傳動(dòng)結(jié)構(gòu)到所需工位間的轉(zhuǎn)動(dòng)。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(dòng)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