【正文】 后反饋至數(shù)控系統(tǒng)中，控制方式同閉環(huán)控制系統(tǒng)。開環(huán)控制系統(tǒng)開環(huán)控制系統(tǒng)是不帶位置反饋的控制系統(tǒng)，這種系統(tǒng)通常使用步進(jìn)電動機(jī)作為執(zhí)行元件。1．硬線控制（又稱普通數(shù)控，即NC）這類數(shù)控系統(tǒng)的輸入、插補(bǔ)運(yùn)算、控制等功能均由集成電路或分立元件等實(shí)現(xiàn)。這類系統(tǒng)在70年代以前應(yīng)用得比較廣泛。因而靈活性和適應(yīng)性強(qiáng)，也便于批量生產(chǎn)，模塊化的軟、硬件，提高了系統(tǒng)的質(zhì)量和可靠性。電動刀架是數(shù)控車床重要的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)，由于該類刀架采用全電控制，無需另加液壓或氣動等其它動力源，故對簡化機(jī)床控制的復(fù)雜程度帶來好處。另外，加工工藝適應(yīng)性和連續(xù)工作的工作能力也明顯提高。數(shù)控刀架作為數(shù)控車床的動作執(zhí)行部件，其基本結(jié)構(gòu)：（1） 驅(qū)動裝置 主要有電機(jī)、液壓電動機(jī)、齒輪、齒條。結(jié)構(gòu)主要分為間歇分度結(jié)構(gòu)和連續(xù)分度機(jī)構(gòu)。（3） 預(yù)定位裝置 到達(dá)所需的工位后，停止分度運(yùn)動，以便于齒盤正確嚙合。（4） 松開、剎緊裝置 齒盤副的松開剎緊。（5） 精定位裝置 刀具在切削時(shí)需要很高的剛性和定位精度，因此刀架都選用齒盤副做的精度定位元件。（7） 裝刀裝置 包括刀盤、刀夾及夾刀裝置。德國標(biāo)準(zhǔn)VDI刀盤DIN69880和DIN69881標(biāo)準(zhǔn)。為滿足不同工件的加工要求，數(shù)控刀架分為12工位，形式為立式和臥式。按裝刀數(shù)來分常見的有四工位電動刀架和六工位電動刀架等。三齒盤定位電動刀架(又稱為“免抬刀架”)可實(shí)現(xiàn)上刀體不抬起而順利地轉(zhuǎn)位換刀的要求，排除了冷卻液、加工屑對刀架轉(zhuǎn)位時(shí)的影響，較為可靠地解決了刀架的密封問題。（1）排刀式刀架排刀式刀架一般用于小規(guī)格數(shù)控車床，以加工棒類為主的機(jī)床較為常見，它的結(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X坐標(biāo)軸方向排列在橫向滑板或一種稱為快換臺板上。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。換刀時(shí)方刀架的動作順序是：刀架抬起、刀架轉(zhuǎn)位、刀架定位和刀架夾緊。（3）轉(zhuǎn)塔回轉(zhuǎn)刀架轉(zhuǎn)塔回轉(zhuǎn)刀架適用與盤類零件加工。由于兩者底部安裝尺寸相同，更換刀架十分方便。如果定位、壓緊動作正常，刀架會發(fā)出信號表示已完成換刀過程，可進(jìn)行切削加工。A、B型回轉(zhuǎn)刀盤的外切刀可使用25mm*150mm標(biāo)準(zhǔn)刀具和刀桿截面為25mm*25mm的可調(diào)工具，C型可用尺寸為20mm*20mm*125mm的標(biāo)準(zhǔn)刀具。該種刀架更換和對刀十分方便。整個(gè)刀架控制是一個(gè)純電氣系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡單。該刀架采用端齒盤作為分度定位元件，刀架轉(zhuǎn)位由三相異步電機(jī)驅(qū)動，電動機(jī)內(nèi)部帶有制動機(jī)構(gòu)，刀位由二進(jìn)制絕對編碼起器識別，并可雙向轉(zhuǎn)位和任意刀位就近選刀。1．主機(jī)技術(shù)向高速、復(fù)合方向發(fā)展，從而使數(shù)控刀架技術(shù)也向高速化、復(fù)合方向發(fā)展。伺服電機(jī)替代了預(yù)定位裝置，簡化了刀架結(jié)構(gòu)，松開、剎緊采用液壓。復(fù)合化 車削中心的出現(xiàn)，使刀架技術(shù)向復(fù)合化更高層次發(fā)展。近兩年出現(xiàn)與B軸、Y軸聯(lián)動帶銑削頭刀架，從而使機(jī)床達(dá)到五軸聯(lián)動。2．新品刀架最新技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r做為數(shù)控刀架國內(nèi)較高技術(shù)的專業(yè)生產(chǎn)廠，煙臺環(huán)球機(jī)床附件集團(tuán)有限公司及時(shí)跟蹤國外最新技術(shù)發(fā)展動態(tài)，在2003年北京CMT2003發(fā)展會上成功推出AK36100X12高速換刀伺服刀架和采用模塊設(shè)計(jì)帶銑削功能AK3380X8L動力刀架，填補(bǔ)國內(nèi)空白。工作原理 系統(tǒng)發(fā)出指令——夾緊電磁閥失電，松開電磁閥通電——齒盤松開——確認(rèn)旋轉(zhuǎn)方向——刀架旋轉(zhuǎn)分度——到達(dá)目標(biāo)工位并發(fā)信號給系統(tǒng)——夾緊電磁閥通電，松開電磁閥失電——齒盤鎖緊精定位——確定鎖緊信號——系統(tǒng)確認(rèn)——工件切削。制約因素 伺服電機(jī)及驅(qū)動模塊需進(jìn)口，價(jià)位高，較難實(shí)現(xiàn)商品化。采用模塊化設(shè)計(jì)。工作原理 換刀動作結(jié)束——如需動力刀具工作——動力電磁通電——離合器嚙合到位檢測——動力刀具工作至結(jié)束——動力電磁斷電——離合器脫離——工作結(jié)束。第二章 回轉(zhuǎn)刀架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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，能裝夾四把不同功能的刀具，方刀架回轉(zhuǎn)90度時(shí)，刀具交換一個(gè)到位，但方刀架的回轉(zhuǎn)和刀位號的選擇是由加工程序指令控制。為完成上述動作要求，要有相應(yīng)的機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)，下面就以WZD4型刀架為例說明其具體結(jié)構(gòu)，如圖21所示。其工作過程為：刀架抬起—刀架轉(zhuǎn)位—刀架定位—夾緊刀架。刀架體7的內(nèi)孔加工有螺紋，與蝸輪絲杠旋合，蝸輪與絲杠為整體結(jié)構(gòu)。當(dāng)蝸輪開始轉(zhuǎn)動時(shí)，由于刀架底座5和刀架體7上的端面齒處在嚙合狀態(tài)，且蝸輪絲杠軸向固定，因此刀架體7抬起。（如圖所示），球頭銷8在彈簧力的作用下進(jìn)入轉(zhuǎn)位套9的槽中，帶動刀架體轉(zhuǎn)位。由于粗定位槽的限制，刀架體7不能轉(zhuǎn)動，使其在該位置垂直落下，刀架體7和刀架底座5上的端面齒嚙合實(shí)現(xiàn)精確定位。，電刷13負(fù)責(zé)發(fā)信號，電刷14負(fù)責(zé)位置判斷當(dāng)?shù)都芏ㄎ怀霈F(xiàn)過位或不到位時(shí)，可松開螺母12，調(diào)好發(fā)信體11與電刷14的相對位置。因此，好的機(jī)電控制系統(tǒng)都應(yīng)具備方便，簡潔親和的人機(jī)界面。接口按功能可分為主要完成信息連接，傳遞的通信接口和獨(dú)立完成信息處理的智能接口，按信號的性質(zhì)分為數(shù)字量接口和模擬量接口，按通信方式分為串行接口和并行接口。、轉(zhuǎn)換及控制功能。電動刀架為四工位，每個(gè)刀位對應(yīng)一個(gè)刀位到位信號，當(dāng)?shù)都苓\(yùn)動經(jīng)過工位時(shí)，發(fā)出相應(yīng)的控制信號，使得電機(jī)反轉(zhuǎn)，對銷反靠，雙端齒精定位，螺紋升降夾緊，電機(jī)運(yùn)動停止。數(shù)控機(jī)床刀架是由機(jī)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。實(shí)現(xiàn)刀架的順序控制。下面我們分析PLC控制下的換刀過程。刀架電氣控制部分如圖所示。 圖a 強(qiáng)電電路 圖b 接觸器電路圖c PLC的輸入輸出圖中各元器件的名稱序號字母名稱1M電動機(jī)2PE接地線也就是零細(xì)線3QS4空氣開關(guān)4KMKM6交流接觸器5KAKA3支流繼電器6RC阻容吸收裝置7PMC計(jì)算機(jī)可編程控制器8HL2指示燈9SQ1~SQ4微動開關(guān)圖中各器件的作用如下：序號名稱含義1M刀架電動機(jī)2QS4刀架電動機(jī)帶過載保護(hù)的電源空開3KMKM6線圈刀架電動機(jī)正、反轉(zhuǎn)控制交流接觸器4KA4由急?？刂频闹虚g繼電器5KAKA3刀架電動機(jī)正、反轉(zhuǎn)控制中間繼電器6SQ1~SQ4刀位檢測霍爾元件開關(guān)7PMC控制刀架系統(tǒng)8U61單相滅弧器9RC阻容吸收裝置起到過載保護(hù)作用10KMKM6常閉對刀架正反轉(zhuǎn)起到互鎖作用11KAKA3常開對刀架正反轉(zhuǎn)起到起到自保作用12COM接地線自動刀架控制涉及到的I/O信號如下：PLC輸入信號：~：1~4號刀到位信號輸入；PLC輸出信號：：刀架正轉(zhuǎn)繼電器控制輸出；：刀架反轉(zhuǎn)繼電器控制輸出。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。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)。霍爾電位差UH的基本關(guān)系為UH=RHIB/d （1）RH=1/nq（金屬） （2）式中 RH——霍爾系數(shù)：n——載流子濃度或自由電子濃度；q——電子電量；I——通過的電流；B——垂直于I的磁感應(yīng)強(qiáng)度；d——導(dǎo)體的厚度。由于通電導(dǎo)線周圍存在磁場，其大小與導(dǎo)線中的電流成正比，故可以利用霍爾元件測量出磁場，就可確定導(dǎo)線電流的大小。其優(yōu)點(diǎn)是不與被測電路發(fā)生電接觸，不影響被測電路，不消耗被測電源的功率，特別適合于大電流傳感。利用這種方法可以構(gòu)成霍爾功率傳感器。根據(jù)脈沖信號列可以傳感出該運(yùn)動物體的位移?；魻栐?yīng)用霍爾效應(yīng)的半導(dǎo)體。 另RH=μ*ρ即霍爾常數(shù)等于霍爾片材料的電阻率ρ與電子遷移率μ的乘積?；魻栴~定激勵(lì)電流 當(dāng)霍爾元件自身溫升10℃時(shí)所流過的激勵(lì)電流稱為額定激勵(lì)電流?；魻栞斎腚娮?霍爾激勵(lì)電極間的電阻值稱為輸入電阻。 霍爾元件的電阻溫度系數(shù) 在不施加磁場的條件下，環(huán)境溫度每變化1℃時(shí)，電阻的相對變化率，用α表示，單位為%/℃?；魻栞敵鲭妷?在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霍爾輸出電壓。 1霍爾不等位電勢率在沒有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。它同時(shí)也是霍爾系數(shù)的溫度系數(shù)?；魻栐?個(gè)接口，3接電源，2輸出。第四章 數(shù)控車床刀架的PLC控制 可編程邏輯控制器（PLC）的作用數(shù)控機(jī)床的自動控制由CNC和PLC共同完成，其中CNC負(fù)責(zé)完成與數(shù)字運(yùn)算和管理有關(guān)的功能，如編輯加工程序、插補(bǔ)運(yùn)算、譯碼、位置伺服控制等；PLC負(fù)責(zé)完成與邏輯運(yùn)算有關(guān)的各種動作。PLC是一種專門應(yīng)用于工業(yè)環(huán)境，以微處理器為基礎(chǔ)的通用型自動控制裝置，這種裝置的主要作用是解決工業(yè)設(shè)備邏輯關(guān)系與開關(guān)量控制，故稱為可編程邏輯控制器PLC（prammable logic controller）。 可編程邏輯控制器（PLC）的類型應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床的PLC分兩類，一類是內(nèi)裝型（或集成型）PLC，另一類是外裝型(或獨(dú)立型)PLC。PLC與CNC之間的信號傳送在計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)部即可實(shí)現(xiàn)。內(nèi)裝型PLC具有如下特點(diǎn)：圖41 內(nèi)裝型PLCA 內(nèi)裝型PLC是CNC系統(tǒng)帶有的一種基本功能。C 內(nèi)裝型PLC可獨(dú)立使用一個(gè)CPU，也可與CNC共用CPU。D 內(nèi)裝型PLC擴(kuò)大了CNC系統(tǒng)內(nèi)部直接處理數(shù)據(jù)的能力，可以使用梯形圖進(jìn)行編輯和傳送復(fù)雜的控制功能。B 獨(dú)立型PLC一般采用模塊化結(jié)構(gòu)，裝在插板式機(jī)籠內(nèi)，具有安裝方便、功能易于擴(kuò)展和變更等優(yōu)點(diǎn)。 可編程邏輯控制器（PLC）的組成數(shù)控機(jī)床的控制可分為兩大部分：一部分是坐標(biāo)軸運(yùn)動的位置控制；另一部分是數(shù)控機(jī)床加工過程的順序控制。“NC側(cè)”包括CNC系統(tǒng)的硬件和軟件、與CNC系統(tǒng)連接的外部設(shè)備：“MT側(cè)”包括機(jī)床機(jī)械部分及其液壓、氣