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1、毕业设计（论文）说明书作 者： 学 号： 系 部： 机械工程系 专 业： 数控设备应用与维护 题 目： 用SINUMERIK802Ce改造 CA6140车床 单向转刀架控制部分 指导者：(校内)(企业)评阅者： 毕业设计（论文）中文摘要 数控刀架是数控机床的重要组成部分。本课题研究了基于SINUMERIK802Ce改造 CA6140车床单向转电动刀架控制部分的设计。分析了数控机床的基本组成、刀架控制系统的硬件组成和刀架PLC程序及机床的有关参数。本文中所做的主要工作如下：对CA6140车床的结构进行了仔细分析，测绘SINUMERIK802Ce数控车床的电气原理图、接线图。对SBWD系列电动刀架
2、的结构进行了深入的了解，清楚刀架上的传感器信号的输入输出，分析刀架的动作过程、顺序调试刀架控制的PLC程序。绘制了刀架的机械结构图、控制电路图PLC程序图。关键词：CA6140；SINUMERIK802Ce；刀架控制；PLC毕业设计（论文）外文摘要CNC turret is an important part of CNC machine tools. This study is based on the SINUMERIK802Ce modified CA6140 lathe turret control of one-way switch electrical part of the de
3、sign. Analysis of the basic components of NC machine tools, turret control system hardware and turret machine PLC program and the relevant parameters. The main works done in this article are as follows: CA6140 lathe on a careful analysis of the structure, mapping SINUMERIK802Ce CNC lathe electrical
4、schematics and wiring diagram. On the Four-Power turret structures were understanding, a clear signal sensor turret on the input and output, analysis of knife action process, in order to debug PLC programs turret control. Draw the knifes mechanical structure diagram, PLC program control circuit diag
5、ram. Keywords ：CA6140；SINUMERIK802Ce；Turret Control；PLC目录1 绪论71.1 课题的研究背景7111数控机床与数控技术7112数控机床优点8113我国数控机床发展81.2 课题的来源及意义9121数控化改造及其形势9122数控化改造实例9123机床数控化改造的优点11124机床数控化改造的必要性121.3 本课题的内容132 CA6140机床142.1 CA6140型普通车床在机械加工行业的作用142.2 CA6140型普通车床的组成142.3 CA6140机床的主要技术性能153 SINUMERIK802Ce系统163.1 CNC系统16
6、3.2 SINUMERIK 802Ce的组成17321硬件组成17322软件构成183.3 主要接口和连接图19331接口位置布局19332电缆连接204 刀架控制系统硬件组成214.1 刀架的分类214.2 刀架的几种典型结构214.3 BWD系列全功能电动刀架23431产品工作原理、动作顺序、技术指标23432外形24433安装与调试、拆装顺序25434电气部分26435刀架使用注意事项、故障排除及运转时序图295 刀架PLC程序325.1 PLC单向转刀架程序335.2 子程序TURRET134结论.34致谢 .35参考文献.361 绪论数控机床是当代机械制造业的主流设备，数控机床的技术
7、水平决定着整个国民经济的发展水平。数控化加工是机械加工行业朝高质量、高精度、高成品率、高效率发展的趋势。结合我国实际国情，经济型数控车床是我国从普通车床向数控车床发展的极其重要的台阶。采用经济型数控系统对普通机床进行改造，尤其适合我国机床拥有量大，生产规模小的具体国情。1.1 课题的研究背景111数控机床与数控技术数字程序控制机床一般简称为数控机床。它是由数控装置或计算机进行控制的一种高效能自动化机床，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运用了最新技术。随着科学技术的发展，机械产品的形状和结构不断改进，对机械零件的加工质量要求也越来越高；单件、
8、小批生产的机械产品所占比重越来越大，特别是在造船、航空、航天、深潜以及国防工业的各个部门，加工批量少、精度要求高、形状复杂的零件很多。像这样的产品，如果采用一般的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，一般机床又不能加工。数控机床就是在这样的条件下产生和发展起来的，它能有效地适应产品不断变化、多品种、小批量的自动化生产。 数控机床就是把加工所需要的各种操作，例如变速、松夹工件、进刀、退刀、开车与停车、冷却液的自动供给等等，以及刀具相对于工件之间的位移。采用数值数据的形式通过计算机的运算，并将输入的指令变为机床的各种操作，实现零件的自动加工。随着网络技术日益普遍运用，互联网进入
9、车间只是时间问题，这将是数字化制造的主要标志。从另一角度来看，企业资源计划如果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的信息化是远远不够的，车间最底层的加工设备数控机床不能够连成网络或信息化，就必然成为制造业信息化的制约瓶颈。所以，对于现代制造工厂来说，除了要提高机床的数控化率外，更要使所拥有的数控机床具有双向、高速的联网通讯功能，以保证信息流在车间的底层之间及底层与上层之间通信畅通无阻。112数控机床优点数控机床与普通机床相比，其主要有以下的优点：(1)适应性强，适合加工单件或小批量的复杂工件；在数控机床上改变加工工件时，只需重新编制新工件的加工程序，就能实现新工
10、件加工。(2)加工精度高；(3)生产效率高；(4)减轻劳动强度，改善劳动条件；(5)良好的经济效益；(6)有利于生产管理的现代化。数控机床已成为我国市场需求的主流产品，需求量逐年激增。113我国数控机床发展我国从1958年开始研制数控机床，几十年来，经历了发展、停滞、引进技术、自行开发等几个阶段。1965年，国内开始研制晶体管数控系统，20世纪60年代中期至70年代初，先后研制成功了CJK-18型晶体管数控系统、X53-1G立式数控铣床及YK53数控非圆齿轮插齿机。从70年代开始，数控技术在车床、铣床、钻床、磨床、齿轮加工机床、电加工机床等领域全面展开，数控加工中心在上海、北京研制成功.但由于
11、电子元器件的质量和制造工艺水平差，致使数控系统的可靠性、稳定性未得到解决，因此未能广泛推广。80年代，我国从日本FANUC公司引进了5、7、3等系列的数控系统和直流伺服电机，直流主轴电机技术，以及从美国、德国等国引进了一些新技术。推动了我国数控机床稳定的发展，使我国的数控机床在性能和质量上产生了一个质的飞跃。改革开放以来，我国数控系统的开发与生产发展迅速，取得了更为喜人的成果。通过“七五”引进、消化、吸收，“八五”攻关和“九五”产业化，数控技术取得了长足进步.在与数控主机匹配方面可以说己基本上改变了“拖后腿”的局面，性能和质量显著提高，功能价格比有优势。我国具有自主版权的数控系统产业开始形成，
12、在市场上具有一定竞争力，逐步提高了市场占有率。目前我国可供市场的数控机床有2000多种，覆盖了超重型机床、高精度机床、特种加工机床、锻压机床、前沿高技术机床等领域，可与日本、德国、意大利、美国井驾齐驱。数控系统经过多年的市场激烈竞争，己经形成由日本的发那科公司占市场50%,德国西门子公司占市场25%的垄断局面。我国从20世纪90年代末开始掌握于通用32位工业控制机开放式体系结构的数控系统，特别是能够控制五轴联动并具各网络化远程监测、诊断、操作功能的数控系统.并开发出弧齿锥齿轮数控加工、三维激光视觉检测、螺旋浆七轴五联动加工和世界独创的空间曲面插补软件。目前批量投入市场的国产数控系统，具有性能价
13、格比的优势，正在改变国外强手在中国市场上的垄断局面。1.2 课题的来源及意义121数控化改造及其形势所谓机床的数控化改造是指应用现代的数控成熟技术和经验，以适应生产的具体要求为目的，改变现有机床的结构，给旧机床换上新部件、新装置和新附件，提高现有机床的技术性指标，使之全部或局部达到新数控机床的水平。机床数控化改造大体上分两类：一类是在现有的普通机床上加数控装置或可编程控制器；另一类是采用更先进的数控系统替代现有数控机床的控制装置。国产数控机床与先进国家的同类产品相比，还存在差距，还不能满足国家建设的需要。我国是一个机床大国，有四百多万台普通机床。但机床的素质差，性能落后，单台机床的平均产值只有
14、先进工业国家的1/10左右，差距太大，急待改造。旧机床的数控化改造，顾名思义就是在普通机床上增加微机控制装置，使其具有一定的自动化能力，以实现预定的加工工艺目标。随着数控机床越来越多的普及应用，数控机床的技术经济效益为大家所理解。在国内工厂的技术改造中，机床的微机数控化改造已成为重要方面。许多工厂一面购置数控机床一面利用数控、数显、PC技术改造普通机床，并取得了良好的经济效益。我国经济资源有限，国家大，机床需要量大，因此不可能拿出相当大的资金去购买新型的数控机床，而我国的旧机床很多，用经济型数控系统改造普通机床，在投资少的情况下，使其既能满足加工的需要，又能提高机床的自动化程度，比较符合我国的
15、国情。1984年，我国开始生产经济型数控系统，并用于改造旧机床。到目前为止，已有很多厂家生产经济型数控系统。122数控化改造实例数控机床的逐渐普及，数控系统的价格不断降低，使得旧机床进行数控化改造的优点更明显，促使越来越多的机械加工厂选择旧机床数控化改造作为设备更新的途径。世界各国，包括许多工业发达的国家相继成立了机床修复公司、翻新公司或改造公司，承担旧机床数控改造的任务，并成功地改造了一些大型和重型机床。德国的Schiess公司在1981年把一台加工直径为19m的超重型立式车床改装成数控机床。该机床是1929年生产的，当时曾是世界上最大的机床，其改造内容有：工作台导轨改装为静压导轨，承载能力
16、增加了50；主传动采用半导体可控硅控制，取代老式机组的传动；刀架的滑动导轨改为滚动导轨；增加测量显示装置，配置数控系统等。该机床的全部改造费用仅为当时同类规格新机床价格1200万马克的28.9，其中大修费用占7.9，数控改造费用占20.8。该公司还改造了一台最大加工直径为14m的超重型立式车床，全部改造费用为当时同类规格新机床价格800万马克的19.1。我国常柴股份公司曾改造一台仿形铣床，改造费用40万，节约投资近250万元，用其加工N485柴油机铸造用模具，每套外协加工费用270万元，不到三个月时间，此台仿形铣床完成了两套N485模具和20套空调模具的加工。根据常柴股份公司对已完成数控化改造
17、的11台加工中心和1台仿形铣床投入运行后统计，新增产值达到3000多万元，取得了良好的经济效益。当然，也有许多失败的例子。如：航天部国营507厂，在八十年代曾经对70年代产品牡丹江厂的一台C620-l型旧车床进行数控化改造，但由于对机床数控化改造工艺论证不充分，所选用的数控系统性能不稳定等原因导致失败。我国从八十年代初期开始进行机床数控化改造技术研究和推广，到现在已有二十多年的历史。这中间取得了不少经验，但失败的教训也不少。究其原因对改造工艺深入研究还不够，其原因大概有以下几个方面：(1）在改造以前没有可行性分析或只定性分析；(2)所设计的数控系统或选择的系统性能不稳定；(3)机床的关键部件选
18、择不合理；(4)接口电路设计不合理。随着电子技术的高速发展，许多专门为工业环境下应用的电子元器件大量涌现，它们的性能价格比越来越高。在改造中自己设计制造单片机、单板机扩展系统存在许多弊端，如：不易实行规范化设计，安装、调试和维护的工作量大，系统不稳定等。因此，逐渐被性能价格比高的批量生产的数控系统和可编程控制器等电子元件设备所取代。这样，对这些元件如何选型越来越引起人们的关注。123机床数控化改造的优点采用国内外先进工艺、先进技术对旧机床进行改造有以下优点：(1)机床改造针对性强，容易适宜生产的要求。因为机床的改造方案是根据原机床中存在的问题提出的，需要改哪些地方，改到什么程度都有的放矢，能与
19、生产紧密结合，可以直接将科学技术转化为生产力，使企业有积极性。(2)机床改造可以充分利用原机床的绝大部分，大大节约原材料和资金，同时见效快，改造周期短，可满足生产急需。因为旧机床数控化改造大部分床身、立柱等主要基础件和许多传动部分不须更换，与新机床制造相比只需其11015的时间，工期大大缩短，从而节约了成本，解决了生产急需。(3)改造后的机床性能稳定可靠，机床应用范围得到扩大，适应多品种、小批量的零件生产。这是因为机床的大型结构件一般是铸铁制成的，而铸铁件年代越久则时效越充分，精度比新铸件更加稳定。改造不需要改变支撑类大型构件，只需修复或更换若干中小型部件就可获得与新机床类似效果。改造后的机床
20、功能有较好的提高。除了保留原有功能外，还可以满足各种复杂型面类零件加工，极大地扩大了机床的应用范围。(4)经过数控化改造，可以有效提高工件加工精度和生产效率。因为改造时可根据生产技术的发展要求，及时提高生产设备的自动化水平和效率，提高设备质量和档次。如某单位西3.4m的立式车床改造后，加工球体轴承座零件，其2m直径偏差仅为0.035 mm，满足了设计要求，并且机床改造后的工作效率提高了56倍。(5)可以充分发挥企业现有技术力量的作用，调动技术人员的积极性；同时降低对工人技术水平的要求。(6)通过数控化改造，可以掌握设备的构造和性能，为企业培养了数控技术人才。在改造期间，通过拆解旧机床，装配新部
21、件等改造过程，间接培养了数控人才，对机床的特性有了较详细的了解，在操作使用和维护方面培训时间短见效快。124机床数控化改造的必要性数控机床在现代机械加工中起着举足轻重的作用，机床数控化率已成为衡量一个国家工业水平的重要标志。提高机床数控化率有两个途径：一是购买新的数控机床，即更新设备；二是改造旧机床，配置数控系统，把旧机床改造成数控机床。（1）微观来看改造的必要性微观上看，数控机床比传统机床有以下突出的优越性，而且这些优越性均来自数控系统所包含的计算机的威力。可以加工出传统机床加工不出来的曲线、曲面等复杂的零件.由于计算机有高超的运算能力，可以瞬时准确地计算出每个坐标轴瞬时应该运动的运动量，因
22、此可以复合成复杂的曲线或曲面口可以实现加工的自动化，而且是柔性自动化，从而效率可比传统机床提高3倍。由于计算机有记忆和存储能力，可以将输入的程序记住和存储下来，然后按程序规定的顺序自动去执行，从而实现自动化。数控机床只要更换一个程序，就可实现另一工件加工的自动化，从而使单件和小批生产得以自动化，故被称为实现了“柔性自动化”。加工零件的精度高，尺寸分散度小，使装配容易，不再需要“修配”。可实现多工序的集中，减少零件在机床问的频繁搬运。拥有自动报警、自动监控、自动补偿等多种自律功能，因而可实现一段时间无人看管加工。由以上五条派生的好处。如:降低了工人的劳动强度，节省了劳动力(一个人可以看管多台机床
23、)，减少了工装，缩短了新产品试制周期和生产周期，可对市场需求作出快速反应等等。以上这些优越性是前人想象不到的，是一个极为重大的突破。此外，机床数控化还是推行FMC(柔性制造单元)、FMS(柔性制造系统)以及CIMS(计算机集成制造系统)等企业信息化改造的基础。数控技术己经成为制造业自动化的核心技术和基础技术。（2）宏观看改造的必要性宏观上看，工业发达国家的军、民机械工业，在70年代末、80年代初已开始大规模应用数控机床。其本质是，采用信息技术对传统产业(包括军、民机械业)进行技术改造。除在制造过程中采用数控机床、FMC, FMS外，还包括在产品开发中推行CAD,CAE, CAM,虚拟制造以及在
24、生产管理中推行MIS(管理信息系统)、CIMS等等。以及在其生产的产品中增加信息技术，包括人工智能等的含量。由于采用信息技术对国外军、民机械工业进行深入改造(称之为信息化)，最终使得他们的产品在国际军品和民品的市场上竞争力大为增强。而我们在信息技术改造传统产业方面比发达国家约落后20年。如我国机床拥有量中，数控机床的比重(数控化率)到1995年只有1.9%，而日本在1994年己达20.8%，因此每年都有大量机电产品进口。这也就从宏观上说明了机床数控化改造的必要性。 1.3 本课题的内容（1）测绘西门子802Ce数控车床的电气原理图、接线图；在实验室里进行实物测绘，同时查阅其相关资料进行西门子8
25、02S数控车床的电气原理图、接线图的绘制。（2）设计刀架控制系统；在原有西门子802Ce数控车床的刀架控制系统的基础上，对其系统进行深入的研究。（3）有关CA6140机床参数、SBWD系列刀架结构； 在实验室里查阅有关机床的参数，以及SBWD刀架的结构原理图。（4）有关PLC程序设计； 在原有西门子802Ce数控车床PLC程序的基础上，加以改进和完善。（5）撰写有关毕业设计说明书；2 CA6140机床介绍CA6140 普通车床是普通车床中比较有代表性的机床，目前在国内普通车床中占有率很高。它对我国机械加工行业的意义重大，产生的影响深远。2.1 CA6140型普通车床在机械加工行业的作用在国民经
26、济各部门、人民的日常生活中，人们广泛地使用各种机器、仪器和工具等设备与装备。任何庞大和复杂的机器都是由各种零件组成，凡精度和表面要求较高的零件，一般都需要经过切削加工，即大部分零件必须经过金属切削机床制造。金属切削机床就是用切削方法将金属毛坯加工成机器零件的一种机器，是制造机器的机器。随着科学技术的不断发展，精度铸造、精密锻造和电加工等，可以部分地取代切削加工。但由于切削加工具有加工精度高、生产效率高以及加工成木低等优点，故大多数零件还必须通过切削加工实现。尤其是要获得高精度金属零件，主要还是经过切削加工完成。所以目前金属切削机床仍是机械制造工厂的主要设备，它所承担的工作量，在一般生产中约占机
27、器制造总工作量的40%-60%,机床包括车床、铣床、磨床等，在车床中，普通车床是应用最广泛的一种，约占车床类总数的65%,CA6140型普通车床因其主轴以水平方式放置故称为卧式车床。2.2 CA6140型普通车床的组成CA6140型普通车床的主要组成部件有:主轴箱、进给箱、溜板箱、刀架、尾架、光杠、丝杠和床身（图2-1）。主要用于车削加工。在车床上可以加工内外圆柱面、圆锥面和成形回转表面;也可以车削和车环槽，加工各种常用的米制、英制、模数制和劲节制螺纹等。主轴箱:又称床头箱，它的主要任务是将主电机传来的旋转运动经过一系列的变速机构使主轴得到所需的正反两种转向的不同转速，同时主轴箱分出部分动力将
28、运动传给进给箱。主轴箱中等主轴是车床的关键零件。主轴在轴承上运转的平稳性古接影响工件的加工质量，一旦主轴的旋转精度降低，则机床的使用价值就会降低进给箱:又称走刀箱，进给箱中装有进给运动的变速机构，调整其变速机构，可得到所需的进给量或螺距，通过光杠或丝杠将运动传至刀架以进行切削。丝杠与光杠:用以联接进给箱与溜板箱，并把进给箱的运动和动力传给泪板箱，使溜板箱获得纵向直线运动。丝杠是专门用来车削各种螺纹而设置的，在进行工件的其他表面车削时，只用光杠，不用丝杠。溜板箱是车床进给运动的操纵箱，内装有将光杠和丝杠的旋转运动变成刀架直线运动的机构，通过光杠传动实现刀架的纵向进给运动、横向进给运动和快速移动，
29、通过丝杠带动刀架作纵向直线运动，以便车削螺纹。1、 主轴箱 2、 刀架 3. 尾架 4、 床身 5、床腿6、 光杠 7、 丝杠 8、 溜板箱 10、 进给箱图2-1 CA6140型卧式车床的外形2.3 CA6140机床的主要技术性能床身上最大的工件回转直径 400mm 刀架上最大工件回转直径 210mm 最大的工件长度 750mm 1000mm 1500mm 2000mm 最大车削长度 650mm 900mm 1400mm 1900mm 主轴中心至床身平导轨距离 205mm 主轴内控直径 48mm 刀架最大行程：纵向650mm 900mm1400mm 1900mm 横向320mm 小滑板140
30、mm 主轴内孔锥度 莫氏6号 主轴转速：正转24级 101400r/min 反转12级 141500r/min 进给量：纵向64级 0.0286.33mm/r 3 SINUMERIK802Ce系统SINUMERIK 802Ce是西门子公司专为经济型数控机床研制的系统。SINUMERIK 802Ce用于一般车床控制十分方便，功能丰富，操作、编程、维修简单易学。系统预置了标准的车床和铣床PLC程序库及相关参数，存贮在NC中，用户只须作简单的初始化工作即可使用。硬件线路连接简单方便，NC面板带有液晶显示器及标准机床操作面板，用户无须制作机床操作面板。3.1 CNC系统计算机数控系统（Computer
31、 Numerical Control）简称CNC系统，是一种用计算机通过执行其存储器内的程序来实现数控功能，并配有接口电路和伺服驱动装置的专用计算机系统。数控机床在CNC系统的控制下，自动地按给定的加工程序加工出工件。所以计算机数控系统是一种计算机在内的数字控制系统。CNC系统是一种位置控制系统。其控制过程是根据输入的信息（加工程序），进行数据处理、插补运算、获得理想的运动轨迹信息，然后输出到执行部件，加工出所需要的工件。CNC系统的核心是CNC装置。由于采用了计算机，使CNC装置的性能提高，促使CNC系统迅速发展。CNC 装置的工作流程主要分为输入、译码、刀具补偿、进给速度处理、插补和位置控
32、制。CNC 的工作方式一般有两种，一种是边输入边加工，即在前一个程序段在加工时，输入后一个程序段的内容；另一种是一次性的将整个工件加工程序输入到 CNC 装置的内部存储器中，加工时再把程序段从存储器中一个一个的调出来进行处理。CNC数控系统的特点有灵活性、模块化、可靠性、易于实现多功能程序控制、使用维修方便、具有通信功能。在多微处理器中，各处理部件之间通过一组公用地址和数据总线进行连接。每个 CPU 都可享用系统公用存储器或 I/O 接口，并分担一部分数控功能，从而将单微处理器的 CNC 装置中顺序完成的工作，转变为多微处理器并行、同时完成的工作。多微处理器结构的 CNC采用模块化结构，根据设
33、备要求选用功能模块构成 CNC 系统。某个模块出了故障，其它模块仍能工作，可靠性高。由于硬件一般是通用的，容易配置，因此只要开发新的软件就可以构成不同的 CNC 装置，便于组织规模生产，能够成批量生产并保证质量。3.2 SINUMERIK 802Ce的组成SINUMERIK802Ce是一种微处理数字控制系统，用于控制带伺服驱动的经济型机床。它由硬件和软件两部分组成。321硬件组成SINUMERIK 802Ce是一种集成的数控系统，它划分为以下几个区域(图3-1) 图3-1 SINUMERIK 802Ce硬件组成图322软件构成SINUMERIK 802C base line由以下软件组成，每个
34、软件都可以订购:(1)位于CNC中的永久存储器FLASH中的系统软件:引导软件(Boot软件)：引导软件把系统软件从永久存储器装载到用户存储器(DRAM)中并启动系统。MMC软件(人机通讯)：执行所有操作功能。NCK软件(数控主机)执行所有NC功能，该软件控制一个带最多三个进给轴和一个主轴的NC通道。PLC(可编程逻辑控制器)软件：循环执行内装PLC用户程序。内装PLC用户程序实例：已将SINUMERIK802C base line与机床功能相组合。(2)工具盒软盘用于PC/PG的WINPCIN传送软件，可传送用户数据和程序；文本管理器；用WinPCIN可将循环软件包装人控制系统；用户程序库；
35、机床数据技术文件；编程工具(3)更新软盘带操作提示系统的更新软件用更新程序可将压缩的802C base line系统软件装入SINDMRRFK802C base line。3.3 主要接口和连接图331接口位置布局 图3-2 CNC系统后视图（1）CNC接口部分X1电源接口(DC24V)：3芯螺钉端子块，用于连接24V负载电源。X2 RS232接口(V24)：9芯D型插座。X3到X5测量系统接口(ENCODER)：三个15芯D型插头，用于连接增量式编码器（RS422)。X6主轴接口(ENCODER)：15芯D型插座，用于连接一个主轴增量式编码器。X7驱动接口(AXIS)：50芯D型插座，用于连
36、接具有包括主轴在内最多4个模拟驱动的功率模块。Xl0手轮接l1 (MPG)：l0芯插头，用于连接手轮。X20数字输人(DI)：10芯插头.用于连接NC-READY继电器。（2）DI/O部分X100到X105：10芯插头，用于连接数字输人。X200和X201：10芯插头，用于连接数字输出。332电缆连接按照图连接系统的各个组件图3-3 西门子802Ce数控车床系统控制图连接 4 刀架控制系统硬件组成电动刀架是数控车床重要的传统结构，由于该类刀架采用全电控制，无需另加液压或气动等其它动力源，故对简化机床控制的复杂程度带宋好处。合理的选配电动刀架，可以缩短生产准备时间，消除人为误差，提高加工精度与加
37、工精度的一致性。另外，加工工艺适应性和连续工作的工作能力也明显提高;尤其是在加工几何形状较复杂的零件时，除了控制系统能提供相应的控制算法，对执行机构发出相应的控制指令外，很重要的一点是数控机床须配备易于控制的电动刀架，以便一次装夹所需各种刀具，灵活，方便地完成各种几何形状的加工。4.1 刀架的分类按刀架的回转轴线分类，有绕水平轴旋转分度和绕垂直轴旋转分度两大类。按装刀数来分常见的有四工位电动刀架和六工位电动刀架等。按机械定位方式分，常见的有端齿盘定位，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的要求，排除了冷却液、加工屑对刀架
38、转位时的影响，较为可靠地解决了刀架的密封问题。斜板圆销转位电动刀架结构简单，工作可靠。4.2 刀架的几种典型结构（1）排刀式刀架排刀式刀架一般用于小规格数控车床，以加工棒类为主的机床较为常见，它的结构形式为夹持着各种不同用途刀具的刀夹沿着机床X坐标轴方向排列在横向滑板或一种称为快换台板上。这种刀架的特点之一是刀具布置和机床调整都较方便，可以根据具体工件的车削工艺要求，任意组合各种不同用途的刀具在一把刀完成车削任务后，横向滑板只要按程序沿X轴向移动预先设定的距离后，第二把刀就到达加工位置，这样就完成了机床的换刀动作。这种换刀方式迅速、省时、有利于提高机床的生产效率。（2）数控车床方刀架经济型数控
39、车床方刀架是在普通车床四方刀架的基础上发展的一种自动换刀装置，其功能和普通四方刀架一样：有四个刀位，能装夹四把不同的刀具，方刀架回转90时，刀具变换一个刀位，但方刀架的回转和刀位号的选择是由加工程序指令控制的。换刀时方刀架的动作顺序是：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，有相应的机构来实现。（3）般转塔回转刀架转塔回转刀架适用与盘类零件加工。在加工轴类零件时，可以换用四方回转刀架。由于两者底部安装尺寸相同，更换刀架十分方便。回转刀架动作根据数控指令进行，由液压系统通过电磁换向阀进行控制，其动作过程分为如下四个步骤：刀架抬起；刀架转位；刀架压紧；转位液压缸复位。如果定位、压
40、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根据刀位又可分为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型回转刀盘的外切刀可使用25mm*150mm标准刀具和刀杆截面为25mm*25mm的可调工具，C型可用尺寸为20mm*20mm*125mm的标准刀具。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）车削中心的动力刀架车削中心的动力刀架的刀盘上可以安装各种非动力辅助刀夹（车刀夹、镗刀夹、弹簧刀
41、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、镗等各种复杂工序，实现加工程序自动化、高效化。该刀架采用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，通过同步齿形带、传动轴、传动齿轮、端面齿离合器将动力传递到动力刀夹，再通过刀夹内部的齿轮传动，刀具回转，实现主动切削。4.3 BWD系列全功能电动刀架BWD6.8-C6140系列电动刀架是继XWD系列和LDB系列之后开发的又一新产品。该刀架结构简单可靠。其特点采用了由销盘、内外端齿组成的三
42、端齿精定位机构，该机构实现了刀架转位时刀盘无需轴向移动，使刀架转位时更平稳，并彻底解决了刀架的密封问题。锁紧采用凸轮机构，使刀架换刀速度更快更可靠。431产品工作原理、动作顺序、技术指标BWD电动刀架的工作原理：刀架处于锁紧状态，微机发出换刀信号，正转继电器吸合，电动机正转，电动机通过链轮链条带动蜗杆蜗轮转动，使锁紧凸轮松开，销盘被弹簧弹起，端齿脱开，凸轮带动刀盘转位，编码器（或发信盘）发出刀位信号，若刀架旋转到所要刀位时，则正转继电器松开、反转继电器吸合，电机带动蜗杆反转，蜗轮带动凸轮带动刀盘反转，反靠销粗定位。凸轮使销盘压缩弹簧前移，端齿啮合，完成精定位，刀架锁紧电机断电，发信杆发出夹紧信
43、号，加工顺序开始刀架动作顺序换刀信号-电机正转-凸轮松开-刀盘转位-到位信号-电机反转-粗定位-销盘前移-端齿啮合-精定位夹紧-电机断电-夹紧信号-加工顺序进行技术指标型号单工位换刀时间（S）最大允许力矩（NM）最大偏载力矩 (NM)重复定位精度（mm）分度精度电机功率（W）电机转速（r/min）净重（Kg）BWD6BWD8轴向力矩切向力矩BWD6.8-C61401.81.68002500400.005101201400100432外形图4-1 BWD电动刀架外形图433安装与调试、拆装顺序安装调试首先测量出刀架安装面至机床主轴的实际尺寸，并将垫板配磨至合适的厚度。置刀架于机床中拖板上合适位置
44、，校准刀盘侧面（搪孔刀座安装面），打好安装螺钉及锥销孔，根据要求接线，通电运转，此时应注意三相电源的相序是否正确，若刀架通电后不转，应立即切断电源，改变相序后重试。刀架运营时应能灵活、轻松，无异常声音及错位现象。如刀架连转或刀架不动，应立即关闭电源。拆装顺序1、 拆卸顺序A、 接通电源，手动使刀盘1转至半个工位（反靠销3不在销盘2的槽中）。B、 关闭电源，松开顶套螺钉4，取出弹簧及销套5、反靠销3。（注意反靠销45度斜面方向）C、 拆下侧盖板，松开电动机8上4-M6内六角螺钉，卸下电机8、电机链轮、链条。D、 拆下结合子、蜗杆链轮、轴承盖、端盖6，在端盖6处轻击出蜗杆7。（拆蜗杆时，刀架必须处
45、于松开状态）E、 松开后盖11上的4-M5内六角螺钉，拆下后盖11。F、 拆下接近开关9及编码器或发讯盘10（注意接线）。G、 拆下刀盘1与内端齿17联接的M8螺钉及8锥销，卸下刀盘1。H、 拆下外端齿14上6-M8螺钉及3-8锥销，敲出刀架核心部分零件。（主轴15、内端齿17、外端齿18、销盘2、发讯杆15、右凸轮19、蜗轮20、止退圈21、大螺母22等）（松开大螺母22时应先拆下端面上的2-M4止退螺钉）I、 2、装配顺序J、 装配前所有零件应清洗上油，传动部位应上润滑脂。K、 装刀架核心部分（按图），调整大螺母22，保证销盘2上的三凸台在右凸轮19的凸轮3度斜面上大约中间部位。（大螺母22上要装上止退螺钉）L、 把刀架核心部分装入箱体18内。（注意相对位置）M、 装蜗杆7、端盖6、轴承盖、蜗杆链轮、结合子。N、 装电机8、电机链轮、链条、侧盖板。O、 装接近开关及编码器，调整发信机构，使刀架处于要刀位置。（在锁紧状态）P、 装反靠销3、销套5、弹簧及顶套螺钉4（注意反靠销方向）。Q、 装上刀盘1后，通电试运转。434电气部分该刀架刀位发讯装置有霍尔编码器和8
