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第5章 车床电动刀架的设计 5.1 刀架的介绍 数控车床的刀架是机床的重要组成部分。刀架用于夹持切削用的刀具，因此其结构直接影响机床的切削性能和切削效率。在一定程度上，刀架的结构和性能体现了机床的设计和制造技术水平。 随着数控车床的不断发展，刀架结构形式也在不断翻新。其中按换刀方式的不同，数控车床的刀架系统主要有回转刀架、排式刀架和带刀库的自动换刀装置等多种形式。其中，带刀库的数控加工中心自动换刀装置自1958年研制成功以来，其机械结构和控制方式不断得到改进和完善，形式多种多样，目前常见的有更换主轴头换刀带刀库的自动换刀系统LD4B-0625数控电动刀架LD4B-0625数控刀架中心高 51mm采用电机驱动，蜗杆蜗轮传动，三联齿盘啮合，螺杆锁紧的原理。具有转为稳定、免抬、密封性强等优特点 系统发出换刀信号，刀架电机正转继电器动作，电机正转，通过减速机构和升降机构将上刀体上升至一定位置，离合盘起作用，带动上刀体旋转到所选择刀位，发讯盘发出刀位信号，刀架电机反转继电器动作，电机反转，完成初定位后上刀体下降，齿牙盘啮合，完成精确定位，并通过升降机构锁紧刀架。 2.四方刀架的主要构成部分 图5—1四方刀架零件图 1-直流伺服电机；2-联轴器；3-蜗杆轴；4-涡轮丝杠；5-刀架底座；6-粗定位盘；7-刀架体；8-球头销；9-转位套；10-电刷座；11-发信体；12-螺母；13﹑14-电刷；15-粗定位销 上图所示为四方刀架零件图，其工作过程为：刀架抬起-刀架转位-刀架定位-夹紧刀架。 ⑴ 刀架抬起 当数控装置发出换刀指令后，电动机1启动正常，通过套筒联轴器2使蜗杆轴3转动，从而带动涡轮丝杠4转动。刀架体7的内孔加工有螺纹，与螺纹丝杠旋合，涡轮与丝杠为整体结构。涡轮丝杠内孔与刀架中心轴式间隙配合，在转位换刀时，中心轴固定不动，涡轮丝杠绕中心轴旋转。当涡轮开始转动时，由于刀架底座5和刀架体7上的端面齿处在啮合状态，且涡轮丝杠轴向固定，因此刀架体7抬起。 ⑵ 刀架转位 当刀架体抬至一定距离后，刀架底座5和刀架体7的端面体脱开，转位套9用销钉与涡轮丝杠4联接，随涡轮丝杠一同转动，当端面齿完全脱开时转位套正好转过160°，球头销8在弹簧力的作用下进入转位套9的槽中，带动刀架体转位。 ⑶ 刀架定位 刀架体7转动时带动着电刷座10转动，当转到程序指定的刀号时，粗定位销15在弹簧力的作用下进入粗定位盘6的槽中进行粗定位，同时电刷13接触导体使电动机1翻转。由于粗定位槽的限制，刀架体7不能转动，使其在该位置垂直落下，刀架体7和刀架底座5上的端面齿啮合实现精确定位。 ⑷ 夹紧刀架 电动机继续反转，此时涡轮停止转动，蜗杆轴3自身转动，当两端面齿增加到一定夹紧力时，电动机1停止转动。 译码装置由发信体13﹑14组成，电刷13负责发信号，电刷14负责位置判断当刀架定位出现过位或不到位时，可松开螺母12，调好发信体11与电刷14的相对位置。 刀架在正向旋转的过程中不停的对刀位输入信号进行检测，如下图所示，每把刀具各有一个霍尔位置检测开关。各刀具按顺序依次经过发磁体位置产生相应的刀位信号。当产生的刀位信号和目的刀位寄存器中的刀位相一致的时候，PLC认为所选刀具已到位。 5.3 刀架的电气控制 ⑴刀架电气控制基本组成 图5—2刀架电气控制基本组成 （2）刀架电气控制原理如图5-3所示 图5-3刀架电气控制原理图 ⑵梯形图 图5-4为PMC控制梯形图 如图5-4为PMC控制梯形图。图中的1、2、3、4号刀为实际刀号检测输入信号地址，通过常数定义指令（NUME）把当前实际位置的刀号写入到地址D302中。通过判别一致指令（COIN）把当前位置的刀号（D302中的数值）与程序的T码选刀刀号（F26的数值）进行判别，如果两个数值相同，则T码辅助功能结束（说明程序要的刀号与当前实际刀号一致）；如果两个数值不相同，则进行分度控制。通过判别指令（COIN）和比较指令（COMP）与数字0和数字5进行比较，如果程序指令的T码为0或大于5时，系统要要T码错误报警信息显示，同时停止分度指令的输出。当程序指令的T码与实际刀号不一致时，系统发出分度指令（继电器R0.3为1），转塔电动机正转（输出继电器Y2.4为1），通过蜗杆蜗轮传动松开锁紧凸轮，凸轮带动刀盘转位，同时发出转位信号（X2.1、X2.2、X2.3），当转到换刀位置，系统判别一致指令（COIN）信号R0.0为1，发出分度刀位信号（继电器R0.4为1），转塔电动机经过定时器01的延时（定时器TMR01为50ms）后，切断电动机正转输出信号Y2.4，同时接通反转开始定时器02，经过延时后，系统发出电动机反转输出信号Y2.5，电动机开始反转，定位销进行粗定位，端齿盘啮合进行精定位，锁紧凸轮进行锁紧并发出锁紧到位信号（X