论西门子数控车床的刀架控制设计样本.doc

西门子802S数控车床刀架控制设计摘 要数控刀架是数控机床关键组成部分。本课题研究了西门子802S数控车床刀架控制设计。分析了数控机床基础组成、刀架控制系统硬件组成和刀架PLC程序及机床相关参数。本文中所做关键工作以下：测绘西门子802S数控车床电气原理图、接线图。对刀架结构进行了深入了解，清楚刀架上传感器信号输入输出，分析刀架动作过程、次序调试刀架控制PLC程序。绘制了刀架机械结构图和控制电路图。 关键词：西门子802S系统；刀架控制；PLC The Design of Turret Control System for Siemens 802S of CNC Machine Tools AbstractCNC turret CNC machine tools is an important part. The research of the Siemens 802S CNC lathe turret control design. Analysis of the basic components of NC machine tools, turret control system hardware and tool carrier PLC program and the machine parameters. In this paper, the major work done by the following: Survey and Mapping Siemens 802 S CNC lathes electrical schematics, wiring diagram. Holders of the structure of an in-depth understanding and clear turret on the sensor signals in the input-output analysis tool carrier moves the process, control the order of debugging Turret PLC program. Drawing the turret of mechanical and control structure of the circuit.Key words: SIEMENS 802S system; Turret Control; PLC 目录摘 要1第一章 绪论31.1课题研究背景31.2课题起源及意义41.3本课题内容6第二章 西门子802S数控车床基础组成72.1 CNC系统72.2 主轴控制驱动系统92.3 进給控制驱动系统102.4 辅助装置122.5 输入输出PLC转接口132.6 机床本体13第三章 刀架控制系统硬件组成143.1刀架相关概况143.1.1刀架产生143.1.2刀架分类143.1.3刀架多个经典结构143.2 四工位刀架组成163.2.1四工位刀架机械结构173.2.2四工位刀架控制电路组成19第四章 刀架PLC程序及相关参数设置214.1 刀架PLC程序214.2 相关参数设置29第五章结论30参考文件31致谢32 第一章 绪论1.1课题研究背景数字程序控制机床通常简称为数控机床。它是由数控装置或计算机进行控制一个高效能自动化机床，它综合应用了自动控制技术、计算机技术、精密测量技术、液压气动等技术。并在机床结构等方面利用了最新技术。伴随科学技术发展，机械产品形状和结构不停改善，对机械零件加工质量要求也越来越高；单件、小批生产机械产品所占比重越来越大，尤其是在造船、航空、航天、深潜和国防工业各个部门，加工批量少、精度要求高、形状复杂零件很多。像这么产品，假如采取通常自动机床或组合机床和自动线来加工，就显得很不经济、不合理，通常机床又不能加工。数控机床就是在这么条件下产生和发展起来，它能有效地适应产品不停改变、多品种、小批量自动化生产。 数控机床就是把加工所需要多种操作，比如变速、松夹工件、进刀、退刀、开车和停车、冷却液自动供给等等，和刀具相对于工件之间位移。采取数值数据形式经过计算机运算，并将输入指令变为机床多种操作，实现零件自动加工。伴随网络技术日益普遍利用，互联网进入车间只是时间问题，这将是数字化制造关键标志。从另一角度来看，企业资源计划假如仅仅局限于业务管理部门(人、财、物、产、供、销)或设计开发等企业上层信息化是远远不够，车间最底层加工设备数控机床不能够连成网络或信息化，就肯定成为制造业信息化制约瓶颈。所以，对于现代制造工厂来说，除了要提升机床数控化率外，更要使所拥有数控机床含有双向、高速联网通讯功效，以确保信息流在车间底层之间及底层和上层之间通信通畅无阻。西门子企业开发新一代西门子（SINUMERIK）802S系统是一个专门为中国市场开发经济型数控系统，含有低级价格和中高级性能性价比较高数控系统。西门子802S数控系统采取32位微处理器，集成式PLC，分离式小尺寸操作面板和机床控制面板，含有RS232通讯接口，利用计算机可进行软件升级和加工程序传输；经过增加扩展模块，可含有输入，输出（I/O）64点能力，能接收多路信号和控制多路负载；可控制23个步进电机进给轴和一个伺服主轴（或变频器）；含有开启次数少，安装调试简捷，图形及中英文菜单显示，操作编程简单方便，低速运行平稳等特点，含有稳定可靠性和优越性能价格比。此系统相比较同类产品是同类产品中佼佼者，它也会对我以后在工作中碰到同类产品同类问题有很大帮助。西门子802S数控系统为工程技术人员提供了丰富二次开发功效。机床制造厂家经过标准S7语言进行PLC编程，来完成机床逻辑控制。并经过参数设置，就能够使机床运行达成最好效果，和适应多种不一样配置需要。西门子802S数控系统还有很丰富人机对话汉字界面，用户所需要操作能够在汉字菜单上找到，并按对应按键以实现操作者要求。802S丰富汉字界面能够使用户在几天之内就能掌握机床操作，这么就能够节省了用户大量学习和消化时间。在操作编程工作中，最为突出是802S全部报警文本均能够用汉字来编写。在802S编程指令系统中，除了含有新奇参数编程和轮廓编程外，还含有实用循环子程序，有了这些强有力编辑功效，使西门子802S编程十分方便和灵活。1.2课题起源及意义数控刀架是数控机床关键组成部分，在中国被命名为机床附件，在国外被定义为机床功效件。伴随数控机床飞速发展，机床设计已由传统统筹设计发展到模块化设计，即根据机床功效化分模块，所以这些功效部件性能已成为整机性能决定原因。数控刀架作为数控车床动作实施部件，其基础结构包含：驱动装置、分度装置、预定位装置、松开、锁紧装置、精定位装置、发信装置、装刀装置。数控刀架换刀动作以下：系统发出指令齿盘松开刀架旋转分度抵达目标工位并发信号给系统齿盘锁紧精定位系统确定后进行切削。数控刀架分类。现在，行业上应用数控刀架根据和主机配套场所关键有分为以下高、中、低三个档次。低级数控刀架关键有沈阳精诚数控生产系列电动数控立式刀架，系列卧式刀架。该种刀架结构简单，轻易设计、制造。采取三相力矩电机驱动，三联齿定位，矩形螺纹锁紧，配套在中国简易型数控车床，受中国数控机床发展影响，是中国特色产品，已经形成规模化生产。中等数控刀架关键有沈阳精诚数控生产系列电动刀架、系列电动刀架、系列液压刀架。该档次刀架，可双向选刀，刚性好，但结构复杂，对制造加工设备要求高。这类刀架在中国初具规模，但国外产品对中国市场冲击较大。高级数控刀架包含伺服刀架和动力刀架。这类刀架，中国起步较晚，还处于研究阶段，但还没有形成商品化。数控刀架发展。数控刀架作为功效性部件配套于机床主机，但它集机械、电气于一体，是经典机电一体化产品，数控刀架研究开发是机械、电气、电子、材料等多学科知识综合。当今，数控伺服刀架、动力刀架等功效部件己成为衡量数控机床水平关键标志。它们价格也是组成数控机床整机价格关键成份，粗略计算数控机床数控刀架等功效部件价格已占整机成本组成左右。现在，中国功效部件生产发展缓慢，品种少，产业化程度低，不能满足市场要求，不得不依靠进口。因为功效部件进口价格昂贵，造成数控机床整机价格不停上升，中国生产数控机床几乎失去了竞争优势。市场显示，相同水平数控机床，韩国价格几乎和中国价格持平，出现这一现象和我们主机厂大量从国外采购数控机床所需功效部件有很大关系。中国机床工具行业教授、学者、企业家全部已看到了功效部件产业巨大发展前景。很多企业也已瞄准了这个市场，经过引进技术、合作生产或自主开发，初步形成了一批功效部件专业生产厂家。目前中国高水平、高质量数控机床和加工中心还不能完全满足中国市场需求，这和和之配套高水平功效部件发展滞后相关，有些功效部件性能上和国际著名厂家产品还有部分差距。中国己加入世贸组织，境外功效部件产品对中国市场冲击将愈加厉害。能够说，没有高水平功效部件生产能力大幅提升，将严重影响中国机床行业快速发展。伺服刀架控制器是伺服刀架和动力刀架技术关键。高级刀架采取伺服电机作驱动源，实现位置、速度双闭环控制，含有结构简单，轻易加工制造、维护、精度高，转位快等特点。中国各大机床主机厂均依靠进口这类产品和主机配套。很显著，伺服刀架机械结构简单，而中国现在还没有针对数控刀架专业伺服驱动系统产品，这大大制约了中国高级刀架发展，是中国伺服刀架研制处于停滞状态，所以，伺服刀架控制器即伺服刀架伺服电机控制是高级数控刀架关键技术。刀库包含刀套旋转机构及换刀机械手，刀库外形为圆盘形，内部装有一个分度盘。刀库回转运动由带抱闸三相异步电机作动力源。三相电源经过交流接触器提供给电动机，此时抱闸打开，刀库运转，切断三相电源则抱闸闭锁，刀库立即停止运转。经过分度盘运动及相关检测元件组逻辑组合，可使每个刀套正确停在换刀位置。刀套停在换刀位置后，由气缸控制刀套处于水平或垂直状态，以方便机械手换刀。刀套分度台能够顺时针或逆时针方向旋转，从而能够在最短时间内搜索到所要更换刀具。刀库换刀机械手运动一样是由带抱闸三相异步电机作动力源，经过齿轮传动机构，把电机产生匀速旋转运动转化为机械手规律性前进、停止和旋转运动。齿轮传动装置配有微动开关组。这个开关组包含3组微动凸轮和3个靠近开关，每组微动凸轮上装有3个微动凸轮。该微动开关组用于控制机械手夹住刀具、机械手把刀具从主轴和刀套内取出、机械手处于原始位置等。该刀库旋转刀套及机械手减速传动机构内全部内置了一个扭矩限制器，以预防内部机械结构损坏。经过这次毕业设计，我将对西门子802S数控车床有个更深认识，还有使自己各方面能力全部有所提升（自学能力、动手能力、语言表示能力、文字表示能力、处理实际问题能力）。对西门子802S数控车床认识，能够为我以后学习各类数控机床有个好基础。一样刀架PLC程序能应用和设计，再要应用和设计刀库PLC程序就轻易了。为以后从事本专业工作利用打下基础，使自己能很快融入社会。1.3本课题内容（1）测绘西门子802S数控车床电气原理图、接线图；在试验室里进行实物测绘，同时查阅其相关资料进行西门子802S数控车床电气原理图、接线图绘制。西门子802S数控系统有主轴、进给、ECU单元、冷却、润滑、刀架等辅助装置组成。（2）设计刀架控制系统；在原有西门子802S数控车床刀架控制系统基础上，对其系统进行深入研究。（3）相关机床参数、四工位刀架结构； 在试验室里查阅相关机床参数，和四工位刀架结构原理图。（4）相关PLC程序设计； 在原有西门子802S数控车床PLC程序基础上，加以改善和完善。（5）撰写相关毕业设计说明书； 经过老师指导，撰写和整理10000左右文稿。本设计中关键和难点就是对西门子802S数控车床刀架控制设计和PLC程序调试,需要对刀架结构很了解，清楚刀架上传感器信号输入输出。其研究路径可依据西门子802S数控车床中原有PLC程序，了解刀架PLC程序整个换刀过程，然后依据实际刀架结构进行刀架PLC程序调试。另外需绘制西门子802S数控车床电气原理图、接线图、设计刀架控制电路；相关机床参数、四工位刀架结构等内容，全部能够在试验室里进行实物测绘，参考设计。第二章 西门子802S数控车床基础组成西门子802S数控系统电气关键组成部分有，CNC系统（包含ECU）、主轴驱动控制系统、进给驱动控制系统（包含伺服驱动控制系统、步进驱动控制系统）、辅助装置（包含刀架控制系统、润滑、冷却控制系统）及PLC输入输出转接口,机械结构部分关键有，机床床身、导轨、工作台、刀架等。（其中刀架在第3章有具体介绍）2.1 CNC系统计算机数控系统（Computer Numerical Control）简称CNC系统，是一个用计算机经过实施其存放器内程序来实现数控功效，并配有接口电路和伺服驱动装置专用计算机系统。数控机床在CNC系统控制下，自动地按给定加工程序加工出工件。所以计算机数控系统是一个计算机在内数字控制系统。CNC系统是一个位置控制系统。其控制过程是依据输入信息（加工程序），进行数据处理、插补运算、取得理想运动轨迹信息，然后输出到实施部件，加工出所需要工件。CNC系统关键是CNC装置。因为采取了计算机，使CNC装置性能提升，促进CNC系统快速发展。CNC 装置工作步骤关键分为输入、译码、刀具赔偿、进给速度处理、插补和位置控制。输入任务是把加工程序、控制参数和赔偿数据输入到 CNC 装置中去，输入方法有纸带阅读机输入、键盘输入、磁带和磁盘输入和通信方法输入。CNC 工作方法通常有两种，一个是边输入边加工，即在前一个程序段在加工时，输入后一个程序段内容；另一个是一次性将整个工件加工程序输入到 CNC 装置内部存放器中，加工时再把程序段从存放器中一个一个调出来进行处理。 伴随大规模集成电路技术和表面安装技术发展，CNC 系统硬件块及安装方法不停改善。从 CNC 系统总体安装结构看，有整体式结构和分体式结构两种。从CNC 系统使用CPU及结构来分，CNC 系统硬件结构通常分为单 CPU 和多CPU 结构两大类。早期CNC 系统和现在部分经济型 CNC 系统采取单 CPU 结构，而多 CPU 结构能够满足数控机床高进速度、高加工精度和很多复杂功效要求，也适应于并入FMS 和 CIMS 运行需要，从而得到了快速发展，它反应了当今数控系统新水平。 CNC 装置中还有I/O 处理、显示及诊疗功效。I/O处理关键用来对CNC装置和机床之间强电信号处理。显示关键任务是为操作者提供方便，有工件程序显示、参数显示、刀具位置显示、机床状态显示、报警显示和运动轨迹静态图形显示。诊疗功效是现代 CNC 装置必备，能够自动对系统进行诊疗显示出故障出现范围。CNC数控系统特点有灵活性、模块化、可靠性、易于实现多功效程序控制、使用维修方便、含有通信功效。在多微处理器中，有两个或两个以上CPU组成处理部件。各处理部件之间经过一组公用地址和数据总线进行连接。每个 CPU 全部可享用系统公用存放器或 I/O 接口，并分担一部分数控功效，从而将单微处理器 CNC 装置中次序完成工作，转变为多微处理器并行、同时完成工作，所以大大增强了整个系统性能。多微处理器结构 CNC 装置大全部采取模块化结构，依据设备要求选择功效模块组成 CNC 系统。假如某个模块出了故障，其它模块仍能工作，可靠性高。因为硬件通常是通用，轻易配置，所以只要开发新软件就能够组成不一样 CNC 装置，便于组织规模生产，能够成批量生产并确保质量。图2-1 西门子802S数控车床系统控制图2.2 主轴控制驱动系统西门子802S数控车床主轴变频器采取日立式L100007HFE变频器配三相异步电机，变频器采取正弦波脉宽调制控制，额定容量 1.9KVA ,额定输入电压三相交流 380V ,额定输出电流 2.5A ,输出频率范围 0-650HZ ,适用电机容量 0.75KW 。三相异步电机采取一般三相异步电机，输入电压380V，额定电流2.0A，额定功率 0.75KW ，额定转速 1390r/m 。变频器特点：VVVF通用型变频（0.2KW-7.5KW）， 结构紧凑，体积小， ISPM专利技术，集成了驱动电机功率器件和控制电路元件， 抗电磁干扰能力强 ，速度调整旋钮标准内置 ，电网电压自动稳压，保持输出稳定 ，瞬时失电重起动， CE；UL；c-UL；C-Tick & CSA 认证，V/F特征可选恒转矩，可手动或自动提升转矩， 电流过载能力强：150%，60秒， 电机热电阻输入（PTC-输入）， 内置PID功效 ，可预设16级多步速， 载波频率0.5HZ-16HZ，连续可调加减速过程中可分段改变加减速时间。变频器关键是用于主轴变频调速。变频器经过电流高低来控制主轴电机转速，指令值模拟量作为差分信号输出。ECU一侧插主轴驱动接口，插座名称：X3 SPINDLE， 插座类型：9芯D型插座（针）。如表2-1表2-1座引脚分配X3引脚信号类型引脚信号类型12345SWRF.2VOK6789BSRF.1 VOK模拟驱动中：SW （指令值）；BS（ 指令值参考地（模拟量接地）；RF1,RF2 （使能触点），信号类型：V0， 电压输出：K 开关触点，信号：每个通道提供一个电压信号和一个使能信号。SW（指令值）：模拟量电压信号，10V范围，用于输出一个转速指令值；BS（参考地）：指令值信号参考地（模拟量接地），内部和逻辑“地”相连。RF（使能）。对继电器触点，功率部件（比如SIMODRIVE驱动装置）经过这对触点取得使能。在循环运行方法时由ECU控制使能信号。主轴电机正反转由KA2，KA3常开触点动作决定。RL1B，RL1C为变频器故障输出，接入对应输入输出点99，108。变频器关键功效为改变电路频率来实现电机转速和正反转，其控制输入由CNCX3输入。图2-2 变频器电气原理图主轴电机转速是由主速指令所给定电压来确定，设定额定电压为10V。就是假设当额定转速为1500r/min时，主速电压10V时主轴电机转速为1500转每分钟；而假如额定转速变为1500r/min时，主速电压为 5V 时，主轴电机转速就是 750 r/min。2.3 进給控制驱动系统西门子802S数控车床进给驱动控制系统关键包含伺服驱动系统和步进驱动系统伺服系统是 CNC 装置和机床联络步骤。 CNC 装置发出控制信息，经过伺服驱动系统，转换成坐标轴运动，完成程序所要求操作。伺服驱动系统是数控机床关键组成部分，它是以机械为运动驱动设备,电动机为控制对象,以控制器为关键,以电力电子功率变换装置为实施机构,在自动控制理论指导下组成电气传动自动控制系统。它属于特殊电动机，也叫实施电机，在自动控制系统中,用作实施元件,把所收到电信号转换成电动机轴上角位移或角速度输出。伺服驱动系统性能对数控机床性能在很大程度上有决定性作用，所以对伺服驱动系统要求也比较高，关键有：（1）进给调速范围要宽。在多种数控机床中，用于加工用刀量、被加工材料及零件加工要求不一样，为确保在任何情况下全部能得到最好切削条件，要求进给驱动必需含有足够宽调速范围；（2）位置精度高。数控机床在加工时免去了操作者人为误差，它是按预定程序自动进行加工，不可能应付事先没有预料到情况；（3）速度响应要快。即要求跟踪指令信号响应要快，过分时间要快；（4）低速大转距。依据数控机床加工特点，大全部是在低速进行重切削，即在低速时进给驱动要有大转距输出。西门子802S数控车床采取步进驱动器和步进电机,是细分型高性能步进驱动器，适合驱动中小型任何两相或四机混合式步进电机。电流控制采取优异双极性等角度恒力矩技术，每秒两万次斩波频率。在驱动器侧边装有一排拨码开关组，能够用来选择细分精度，和设置动态工作电流和表态工作电流。TYPE 110 BYG 550A-2 是混合式步进电机，步进电机步进角为0.36度/0.72度，静转矩6N*m ，额定相电流 1.3A 。步进电机为 X、Z 轴电机，用来控制 X、Z 轴正向进给和反向进给，KA10用来实施控制电机正反转，接电机绕组 A- 和 C-，B- 和 D-短接后，再 A 接驱动 A ，C 接驱动 A-，B 接驱动 B ，D 接驱动 B- 。步进电机控制号由 CNC XS30 端输入，电源信号由 +V1 和 GND 端输入。 步进驱动器其实是一个步进电机配合使用，来控制机床工作台 X 轴移动一个系统。步进电动机是一个将电信号转换成机械角位移电磁机械装置。因为所用电源是脉冲电源，也称脉冲马达。步进电动机是一个特殊电动机，其跟随步进驱动系统给定输入脉冲按节拍一步一步转动。对步进电动机施加一个电脉冲信号时，步进电动机就旋转一个固定角度，称为一步，没一步转过角度叫步距角。步进电动机角位移量和输入脉冲个数严格地成正百分比，在时间上和输入脉冲同时。所以，只需控制输入脉冲数量、频率及电动机绕组通电相序，便可取得所需转角、转速及旋转方向。在无脉冲输入时，在绕组电源激励下，气隙磁场能使转子保持原有位置而处于定位状态。图2-3 步进驱动单元框框图图2-4 外观结构图2.4 辅助装置刀架控制关键有手动换刀、程序换刀、刀架卡紧时间控制三方面。表2-2刀架信号表输入信号I0.0，I0.1，I0.2，I0.3，I0.4，I0.5刀位检测信号I0.6锁紧到位检测信号零件程序中T码机床控制面板上手动换刀键输出信号刀架正转（Q0.4）刀架反转（Q0.5）表2-3刀架逻辑控制表 条 件 结 果自动方法下当零件程序中程遍刀码T不等于刀架实际刀位刀架正转有效。有效信号一直保持到刀位信号和编程T码相等，然后刀架反转信号自动生效。反转信号保持时间由机床参数设定在点动方法下按下手动换刀键，一直按到刀架转到所要位置刀架正转信号有效，有效信号一直保持按键松开当手动换刀键一松开刀架反转信号自动生成，并按机床参数中设定时间保持有效在手动方法下短促按下手动换刀键刀架正转信号有效，该信号保持到一个想邻刀位，然后自动按机床参数设定锁紧时间产生并保持刀架反转信号2.5 输入输出PLC转接口输入输出装置是连接PLC 变频器等关键部件。表2.3.1输入/输出接线端子分配表分类元器件输入/输出标号作用输入按钮SB1X000开始按钮SB2X001停止输出A相绕组Y001A 相接正5V 电源Y000A 相接负5V 电源B相绕组Y002B 相接负5V 电源Y003B 相接正5V 电源表2.3.2多种软元件分配表多种软器件标号作用特殊状态寄存器M8002上电运行软时间继电器T0确定步进电动机转速T1状态寄存器D0转速参数存放步进状态寄存器S20第1 拍步进运行S21第2 拍步进运行S22第3 拍步进运行S23第4 拍步进运行S24第5 拍步进运行S25第6 拍步进运行S26第7 拍步进运行S27第8 拍步进运行S0初始化2.6 机床本体机床本体就是数控机床机械结构，包含床身、箱体、立柱、导轨、工作台、主轴、进给机构、刀具交换机构等。另外，为了确保数控机床功效充足发挥，还有部分辅助系统，如冷却、润滑、液压（或气动）、排屑、防护系统等。图2-5 机床床身第三章 刀架控制系统硬件组成3.1刀架相关概况3.1.1刀架产生电动刀架是数控车床关键传统结构，因为该类刀架采取全电控制，无需另加液压或气动等其它动力源，故对简化机床控制复杂程度带宋好处。合理选配电动刀架，能够缩短生产准备时间，消除人为误差，提升加工精度和加工精度一致性。另外，加工工艺适应性和连续工作工作能力也显著提升;尤其是在加工几何形状较复杂零件时，除了控制系统能提供对应控制算法，对实施机构发出对应控制指令外，很关键一点是数控机床须配置易于控制电动刀架，方便一次装夹所需多种刀具，灵活，方便地完成多种几何形状加工。3.1.2刀架分类按刀架回转轴线分类，有绕水平轴旋转分度和绕垂直轴旋转分度两大类。按装刀数来分常见有四工位电动刀架和六工位电动刀架等。按机械定位方法分，常见有端齿盘定位，三齿盘定位，斜板圆销转位电动刀架等。三齿盘定位电动刀架(又称为“免抬刀架”)可实现上刀体不抬起而顺利地转位换刀要求，排除了冷却液、加工屑对刀架转位时影响，较为可靠地处理了刀架密封问题。斜板圆销转位电动刀架结构简单，工作可靠。 3.1.3刀架多个经典结构（1）排刀式刀架排刀式刀架通常见于小规格数控车床，以加工棒类为主机床较为常见，它结构形式为夹持着多种不一样用途刀具刀夹沿着机床X坐标轴方向排列在横向滑板或一个称为快换台板上。这种刀架特点之一是刀具部署和机床调整全部较方便，能够依据具体工件车削工艺要求，任意组合多种不一样用途刀具在一把刀完成车削任务后，横向滑板只要按程序沿X轴向移动预先设定距离后，第二把刀就抵达加工位置，这么就完成了机床换刀动作。这种换刀方法快速、省时、有利于提升机床生产效率。（2）数控车床方刀架经济型数控车床方刀架是在一般车床四方刀架基础上发展一个自动换刀装置，其功效和一般四方刀架一样：有四个刀位，能装夹四把不一样刀具，方刀架回转90时，刀具变换一个刀位，但方刀架回转和刀位号选择是由加工程序指令控制。换刀时方刀架动作次序是：刀架抬起、刀架转位、刀架定位和刀架夹紧。完成上述动作要求，有对应机构来实现。（3）般转塔回转刀架转塔回转刀架适用和盘类零件加工。在加工轴类零件时，能够换用四方回转刀架。因为二者底部安装尺寸相同，更换刀架十分方便。回转刀架动作依据数控指令进行，由液压系统经过电磁换向阀进行控制，其动作过程分为以下四个步骤：（1）、刀架抬起，（2）、刀架转位、（3）、刀架压紧，（4）、转位液压缸复位。假如定位、压紧动作正常，刀架会发出信号表示已完成换刀过程，可进行切削加工。（4）盘形自动回转刀架盘形自动回转刀架依据刀位又可分为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。A、B型回转刀盘外切刀可使用25mm*150mm标准刀具和刀杆截面为25mm*25mm可调工具，C型可用尺寸为20mm*20mm*125mm标准刀具。镗刀杆直径最大为32mm。该种刀架更换和对刀十分方便。刀位选择由刷形选择器进行，松开、夹紧位置检测由微动开关控制。整个刀架控制是一个纯电气系统，结构简单。（5）车削中心动力刀架车削中心动力刀架刀盘上能够安装多种非动力辅助刀夹（车刀夹、镗刀夹、弹簧刀夹、莫氏刀柄），夹持刀具进行加工，还可安装动力刀夹进行主动切削，配合主机完成车、铣、钻、镗等多种复杂工序，实现加工程序自动化、高效化。该刀架采取端齿盘作为分度定位元件，刀架转位由三相异步电机驱动，电动机内部带有制动机构，刀位由二进制绝对编码起器识别，并可双向转位和任意刀位就近选刀。动力刀具由交流伺服电机驱动，经过同时齿形带、传动轴、传动齿轮、端面齿离合器将动力传输到动力刀夹，再经过刀夹内部齿轮传动，刀具回转，实现主动切削。3.2 四工位刀架组成西门子802S数控车床电动四工位刀架采取电机是三相异步电机，功率90W，转速1300r/min。电动四工位刀架图31所表示：刀架由电动机、蜗轮蜗杆机构，传动轴，蜗杆，下齿盘，上齿盘，定位槽，插销，丝杠螺母机构，反靠槽，霍尔开关，磁性板霍尔元件电路或干簧管、微动开关电路等组成。图31四工位刀架刀架动作：当数控系统发出换刀指令后，经过比较电路比较目标刀具和原刀具位置差，再来判定是否要旋转，若和原来一样话，刀架没有任何动作，若不一样话，在确定好目标刀具号后，刀盘松开并被顶起，然经过接口电路使电机正转，经传动装置、驱动蜗杆蜗轮机构,蜗轮带动丝杠螺母机构，将刀盘松开并抬起，直至两定位多齿盘脱离啮合状态，然后由插销带动刀盘转位，数控装置发出换刀指令使霍尔开关中某一个选通，当磁性板和被选通霍尔开关对齐后，霍尔开关反馈信号使电机反转并夹紧动作，插销向预分度盘上分度槽反靠实现预分度，刀盘停止转动，经过丝杠机构使刀盘移动到齿盘重新啮合，实现正确定位。多齿盘啮合正确定位后，电机应能停止反转。换刀完成。比如，四工位自动回转刀架回转电机反转1.5s后，由数控装置自动停止，预防电机不停反转而过载毁坏。反靠机构使卜带动刀架旋转机构，因为它必需在刀架正转时对卡死，反转时半卡死，所以该反靠槽两个侧面一个设计成垂直面，另一个设计成倾斜面。预定位插销和预定位槽(在下齿盘上)作用在于实现刀架预定位。电机正转时，定位插销被插销上方弹簧拉起，回转电机反转，插销被弹簧入预定位槽内实现刀架预定位，正确定位采取多齿盘结构，利用其表面精度高、硬度高梯形齿结构进行啮合以达成正确定位。整个信号走向是：操作面板或程序发出换刀指令输到CNC，CNC和PLC输出转接板来控制输出板上中继动作从而控制电动刀架正反转，当从CNC插口过来正转信号为低电平信号时，因为CNC输入插口信号线低电平有效，所以相对应中间继电器线圈得电，常开触点闭合，输出架电机正端有信号输出，经过外部电路闭合控制继电器KM1线圈得电，常开触点KA6闭合，些时刀转；当从CNC插口过来反转信号为低电平时，相对应输出转接板中中间继电器线圈得电，常开触点闭合，输出端有信号输出，触点闭合控制继电器KA7线圈得电，常开触点KA7闭合控制刀架电机反转。在正转和反转到位时，由刀架四工位四个霍尔开关控制，经过霍尔开关反馈回输入转接板检测是否转到位。输到PLC输入板再经过CNC处理决定动作。图32 刀架信号走向示意图3.2.1四工位刀架机械结构图33 数控车床刀架结构1电动机 2联轴器 3蜗杆轴 4蜗轮丝杠 5刀架底座 6粗定位盘7刀架体 8球头销 9转位套 10电涮座 11发迅体 12螺母 13，14电涮 15粗定位销该刀架能够安装四把不一样刀具，转位信号由加工程序指定。其结构图可见附图所表示。下面介绍以下该刀架结构及动作过程：当换刀指令发出后，小型电动机1起动正转，经过平键套筒联轴器2使蜗杆轴3转动，从而带动蜗轮4转动。蜗轮上部外圆柱加工有外螺纹，所以该零件称蜗轮丝杠。刀架体7内孔和刀架中心轴外圆是滑配合，在转位换刀时，中心轴固定不动，蜗轮丝杠围绕中心轴旋转。当蜗轮开始转动时，因为在刀架底座5和刀架体7上端面齿处于啮合状态，且蜗轮丝杠轴向固定，这时刀架体7抬起。当刀架体抬到一定距离后，端面齿脱开。转位套9用销钉和蜗轮丝杠4连接，随蜗轮丝杠一同转动，当端面齿完全脱开，转位套恰好转过160（图AA剖示所表示），球头销8在弹簧力作用下进入转位套9槽中，带动刀架体转位。刀架体7转动时带动电刷座10转动，当转到程序指定刀号时，定位销15在弹簧作用下进入粗定位盘6槽中进行粗定位，同时电刷13、14接触导通，使电机1反转，因为粗定位槽限制，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上是端面齿啮合，实现正确定位。电动机继续反转，此时蜗轮停止转动，蜗杆轴3继续转动，随夹紧力增加，转距不停增大时，达成一定值时，在传感器控制下，电机1停止转动。译码装置由发信体11、电刷13、14组成，电刷13负责发信，电刷14负责位置判定。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和电刷14相对位置。这种刀架在经济型数控车床及一般车床数控化改造中得到广泛应用。3.2.2四工位刀架控制电路组成西门子802S数控车床采取电动刀架电气控制分强电和弱电两部分，强电部分由三相电源驱动三相交流异步电动机正、反向旋转，从而实现电动刀架松开、转位、锁紧等动作；弱电部分关键由位置传感器发讯盘采取霍儿传感器发讯。该电动刀架电动机采取三相异步电机。图34强电控制回路图35 刀架控制回路第四章 刀架PLC程序及相关参数设置4.1 刀架PLC程序I/O配置以下：信号说明输入信号接口：XI0.0刀架位置码：T1I0.1刀架位置码：T2I0.2刀架位置码：T3I0.3刀架位置码：T4I0.4刀架位置码：T5I0.5刀架位置码：T6I0.6刀架位锁紧到位信号机床面板用户定义键用户键K 4手动换刀输出信号接口：XQ0.4刀架正转Q0.5刀架反转输入信号说明： LAP可控制每个刀位全部有反馈信号刀架。I0.0到I0.5作为刀架反馈信号。假如是四工位刀架，应该利用PLC参数将I0.4，I0.5屏蔽掉。 假如刀架有锁紧到位信号，应该将信号连接到I0.6，假如没有到位信号则应该将I0.6屏蔽掉。（1）西门子802S数控车床PLC程序以下： 输出初始化程序。在子程序开始时，目前全部数值全部要初始化。 经过复位键退出紧急状态。读入目前被激活刀号。在以下情况下不许可换刀。读入目前刀位号。在JOG模式下换刀控制。在自动或手动输入模式下换刀。换刀时间控制。（2）西门子802S数控车床刀架控制方向程序以下： 计算出要运行刀位号值。换刀后重新计算刀位号值。4.2 相关参数设置机床数据指数字节0转塔刀架刀位数1刀架反转锁紧时间（单位：100ms）MD14510第0字：刀架刀位数： 只许可输入4工位或6工位，其它数值均被认为刀架无效。MD14510第1字：刀架卡紧时间： 以100ms为单位输入刀架反转卡紧时间。假如刀架许可，必需给定该值。输入信号：I0.0,I0.1,I0.2,I0.3,I0.4,I0.5刀位检测信号I0.6锁紧到位检测信号 零件程序中T码 机床控制面板上手动换刀键 输出信号：刀架正转 （Q0.4） 刀架反转 （Q0.5） LAP控制逻辑： 条 件 结 果自动方法下当零件程序中程遍刀码T不等于刀架实际刀位刀架正转有效。有效信号一直保持到刀位信号和编程T码相等，然后刀架反转信号自动生效。反转信号保持时间由机床参数设定在点动方法下按下手动换刀键