【正文】 、雙主軸同步驅(qū)動，雙刀塔同時進(jìn)行加工車削中心、五軸聯(lián)動車銑復(fù)合中心、車磨復(fù)合加工機(jī)床、具有車、銑、鏜、磨 第 12 頁 共 53 頁 和激光熱處理多種功能的高度復(fù)合化的復(fù)合加工中心等等。 對于某些依賴于進(jìn)口的高檔數(shù)控車床，如高精度數(shù)控車床和車削中心 (主軸徑跳軸跳 ≤)、適用耐熱合金和鈦合金零件加工的大功率、高扭矩數(shù)控車床和車削中心等等要加強(qiáng)產(chǎn)品開發(fā)研究攻關(guān)，突破其核心技術(shù)。這就要求設(shè)計的刀架具有具有轉(zhuǎn)位快，定位精度高，切向扭矩大的特點(diǎn)。 二、 數(shù)控車床刀架的作用及分類 1. 概述 數(shù)控機(jī)床為了能在工件一次裝夾中完成多種甚 至所有加工工序，以縮短輔助時間和減少多次安裝工件所引起的誤差，必須帶有自動換刀裝置。 其中數(shù)控車床上的回轉(zhuǎn)刀架就是一種簡單的自動換刀裝置 ，常用于數(shù)控車床。回轉(zhuǎn)刀架上分別安裝著四把、六把或更多的刀具，并按數(shù)控裝置的指令換刀。數(shù)控車床的刀 架必須具有良好的強(qiáng)度和剛度，以承受粗加工的切削力，同時要保證回轉(zhuǎn)刀架在每次轉(zhuǎn)位的重復(fù)定位精度。 目前數(shù)控車床刀架基本為電動刀架，其特點(diǎn)是定位更準(zhǔn)確、迅速。 2. 數(shù)控車床刀架的分類 a 分立式和臥式兩大類 刀架分立式刀架和臥式刀架，其中刀架有四方刀架、轉(zhuǎn)塔刀架、分度臺刀架、電動刀架、回轉(zhuǎn)刀架、排刀架等。立式刀架大多用在經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床上 ， 多為四工位 .而臥式刀架一般用在中高檔數(shù)控機(jī)床上 ， 多為斜軌 。 c 各大類中以可裝刀數(shù)不同而分型號 如可裝四把刀的叫立式四工位的 .以此類推 . 數(shù)控車床四方刀架、數(shù)控車床六角回轉(zhuǎn)刀架、盤形自動回轉(zhuǎn)刀架 、車削中心用動力刀架。它是車床的支撐部件之一，其中起支撐、刀具裝夾作用；同時它也是進(jìn)給系統(tǒng)的 一部分。 三、 回轉(zhuǎn) 刀架 立式回轉(zhuǎn)刀架（四工位）如圖所示 回轉(zhuǎn)刀架的結(jié)構(gòu)要求 回轉(zhuǎn)刀架在結(jié)構(gòu)上必須具有良好的強(qiáng)度和剛度，以承受粗加工時的切削抗力。 第 14 頁 共 53 頁 回轉(zhuǎn)刀架的采用的轉(zhuǎn)位、定位機(jī)構(gòu) 回轉(zhuǎn)刀架除采用液壓缸轉(zhuǎn)位和定 位銷定位以外，還可采用電動機(jī)帶動離合器定位，以及其他轉(zhuǎn)位和定位機(jī)構(gòu) 。 回轉(zhuǎn)刀架必須具有良好的強(qiáng)度和剛度，以承受粗加工的切削力：同時要保證回轉(zhuǎn)刀架在每次轉(zhuǎn)位的重復(fù)定位精度。在加工軸類零件時，可以用四方回轉(zhuǎn)刀架。 圖 817 數(shù)控車床六角回轉(zhuǎn)刀架 1－活塞 2－刀架體 7－齒輪 4－齒圈 5－空套齒輪 6－活塞 8－齒條 9－固定插銷 11－推桿 12－觸頭 回轉(zhuǎn)刀架的全部動作由液壓系統(tǒng)通過電磁換向閥和順序閥進(jìn)行控制，它的動作分為 4 個步驟： 第 15 頁 共 53 頁 (1)刀架抬起 當(dāng)數(shù)控裝置發(fā)出換刀指令后，壓力油由 a孔進(jìn)入壓緊液壓缸的下腔，活塞 1上升，刀架體 2 抬起，使定位用的活動插銷 10 與固定插銷 9 脫開。 (2)刀架轉(zhuǎn)位 當(dāng)?shù)都芴鸷螅瑝毫τ蛷?c孔進(jìn)入轉(zhuǎn)位液壓缸左腔，活塞 6向右移動，通過聯(lián)接板帶動齒條 8移動，使空套齒輪 5作逆時針方向轉(zhuǎn)動。活塞的行程應(yīng)等于齒輪 5分度圓周長的 1/6，并由限位開關(guān)控制。齒輪 3 的底盤上精確地安裝有 6 個帶斜楔的圓柱固定插銷 9，利用活動插銷 10消除定位銷與孔之間的間隙 ，實(shí)現(xiàn)反靠定位。這時，端齒離合器與空套齒輪 5 脫開。 如果定位和夾緊動作正常，推桿 11 與相應(yīng)的觸頭 12接觸，發(fā)出信號表示換刀過程已經(jīng)結(jié)束，可以繼續(xù)進(jìn)行切削加工。 區(qū)別 離合器是應(yīng)用電磁效應(yīng)接通或切斷運(yùn)動的元件， 便于實(shí)現(xiàn)自動操作。 液壓缸是通過改變不同的通油方式可以使三聯(lián)齒輪獲得三個不同的變速位置。它增加了數(shù)控機(jī)床液壓系統(tǒng)的復(fù)雜性，而且必須將數(shù)控裝置送來的信號先轉(zhuǎn)換成電磁閥的 機(jī)械動作，然后再將壓力油分配到相應(yīng)的液壓缸，因而增加了變速的中間環(huán)節(jié)，帶來了更多的不可靠因素。在加工零件時可以根據(jù)加工要求的不同 可以 同時一次性 裝四把刀 ， 所以叫它四方刀架 。 它是采用蝸輪蝸桿傳動，三齒盤嚙合螺桿鎖緊的工作原理。系統(tǒng)收到信號后發(fā)出電機(jī)反轉(zhuǎn)延時信號，電機(jī)反轉(zhuǎn)，上刀體 15 稍有反轉(zhuǎn)，反靠銷 26 進(jìn)入反靠盤 10 的槽子實(shí)行初定位，離合銷 25 脫離離合盤 16 的槽子，夾緊輪 14 往下壓緊內(nèi)外齒圈直至鎖緊，延時結(jié)束。 第 17 頁 共 53 頁 四方刀架工作原理 如下圖（ a）所示為 回轉(zhuǎn)刀架的工作原理為機(jī)械螺母升降轉(zhuǎn)位式 刀架，電動 機(jī)經(jīng)彈簧安全離合器到蝸輪副帶動螺母旋轉(zhuǎn)，螺母舉起刀架使上齒盤與下齒盤分離，隨即帶動刀架旋轉(zhuǎn)到位，然后給系統(tǒng)發(fā)信號螺母反轉(zhuǎn)鎖緊。圖 為螺旋升降式四方刀架，其工作過程如下： ① 刀架抬起 當(dāng)數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出換刀指令后 , 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) 蝸輪帶動絲桿螺母機(jī)構(gòu) 8 逆時針旋轉(zhuǎn) ,此時由于齒盤 5 處于嚙合狀態(tài)，在絲桿螺母機(jī)構(gòu) 8 轉(zhuǎn)動時，使上刀架體產(chǎn)生向上的軸向力將齒盤松開并抬起 ,直至兩定位齒盤 5 脫離嚙合狀 態(tài) ,從而帶動上刀架和齒盤產(chǎn)生 “上臺 ”動作。時，齒盤 5 完全脫開，此時銷釘準(zhǔn)確進(jìn)入圓套 9中的凹槽中，帶動刀架體轉(zhuǎn)位。、 180176。），數(shù)控裝置發(fā)出的換刀指令使霍爾開關(guān) 10 中的某一個選通 ,當(dāng)磁性板 11 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) ,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(jī)繼續(xù)反轉(zhuǎn)，使其在該位置落下，通過螺母絲桿機(jī)構(gòu) 8 使上刀架移到齒盤 5 重新嚙合 , 第 18 頁 共 53 頁 實(shí)現(xiàn)精確定位。 經(jīng)傳動裝置 2 驅(qū)動蝸桿蝸輪機(jī)構(gòu) 1 螺母機(jī)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(jī) 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。 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。、 270176。 )，并由微動開關(guān)發(fā)出信號給數(shù)控裝置。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(jī) 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(jī)正轉(zhuǎn) → 上刀體轉(zhuǎn)位 → 到位信號 → 電機(jī)反轉(zhuǎn) → 粗定位 → 精定位夾緊 → 電機(jī)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(jī)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)前刀位不是數(shù)控系統(tǒng)所要的刀位，那么通過刀架電機(jī)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(jī)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。數(shù)控機(jī)床的組成結(jié)構(gòu)圖如圖 8． 1所示。數(shù)控裝置是整個數(shù)控機(jī)床的核心，機(jī)床的操作均由此發(fā)出。驅(qū)動裝置根據(jù)控制電機(jī)不同，其控制電路形式也不同 。機(jī)床電器控制裝置位于數(shù)控裝置與機(jī)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(jī)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。 圖 8． 1數(shù)控機(jī)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。按照先從主回 路入手 ,根據(jù)伺服電動機(jī)、輔助機(jī)構(gòu)電動機(jī)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(jī)、輔助機(jī)構(gòu)輸入 輸出 裝置 數(shù) 控 裝 置 驅(qū)動控制裝 置 機(jī)床電器 控制裝置 機(jī) 床 本 體 第 21 頁 共 53 頁 電動機(jī)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)控車床的機(jī)械部分比規(guī)格的普通車床更為緊湊和簡潔。進(jìn)給移動裝置采用滾珠絲桿，傳 動效率高、精度高、摩擦小。 數(shù)控車床的刀架能自動轉(zhuǎn)位。而其他的冷卻、液壓等電氣控制和普通機(jī)床的控制基本相同。我們分析車床刀架的控制原理其實(shí)就是指刀架的整個換刀過程，刀架的換刀過程其實(shí)是通過 PLC 對控制刀 架的所有 I/O 信號進(jìn)行邏輯處理及計算。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。在分析之前，我們首先了解刀架控制的電氣部分。圖二中的 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，整個過程的控制最終是由這 個模塊來完成的。 第 22 頁 共 53 頁 圖 圖 8． 2 中 QFl 為電源總開關(guān)。 KM KM KM6分別為主軸電動機(jī)、伺服電動機(jī)、冷卻電動機(jī)交流接觸器 ,由它們的主觸點(diǎn)控制相應(yīng)電動機(jī)；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)。 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(jī)、刀架電動機(jī)中的能量 ,避免產(chǎn)生過電壓而損壞器件。 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(qiáng)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(hù)。 （ 1） 主軸電動機(jī)的控制 圖 8． 圖 分別為交流控制回路圖。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。 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(diǎn)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(diǎn)吸合 ,刀架電動機(jī)正轉(zhuǎn)；當(dāng) PLC 輸入點(diǎn)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(jī)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(diǎn)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(diǎn)吸合 ,刀架電動機(jī)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(diǎn)斷開 ,刀架電動機(jī)反轉(zhuǎn)停止 ,換刀過程完成。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(jī)正轉(zhuǎn)。 （ 3） 冷卻泵電動機(jī)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(diǎn)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(diǎn)吸合 ,冷卻電動機(jī)旋轉(zhuǎn) ,帶動冷卻泵工作。 第 27 頁 共 53 頁