数控车床四工位刀架电气设计
简易数控车床电动刀架的电路设计
工程科技与产业发展科技经济导刊 2016.34期简易数控车床电动刀架的电路设计李 哲 赵 丽 李小明（豫西工业集团河南北方红阳机电有限公司 河南 南阳 473000）一般的刀架控制器采用继电器逻辑控制线路来实现电动刀架自动换刀的控制。
在这种逻辑控制线路中使用的元器件数量多，特别是使用了近10只带有机械触点的继电器，可靠性很差，是数控车床故障率较高的一个部分，此种电动刀架使用接触器的数量较少，控制可靠性大幅度提高，此外这种电动刀架具有转位快，定位精度高，切向扭矩大的优点。
此种电动刀架为四工位，分别标识为T1位、T2位、T3位、T4位，每个刀位对应一个刀位到位信号。
发信盘转位采用霍尔元件，霍尔元件是应用霍尔效应的半导体。
霍尔效应磁敏传感器就是建立在霍尔效应基础上的磁电转换的传感器， 由霍尔元件和转换电路组成。
此种电动刀架选择的电动机型号是YDJ-90 三相380V 0.4A，当换刀时，微机在J1脚发出OV正转信号，刀架电动机正转线圈吸合，相应的KA1闭合，电动机正转，同时CNC系统开始检测相应刀位信号，到刀架刀位后，相应刀位线（霍尔元件第3脚）输出OV信号，微机检测到信号后，J1叫撤消正转信号，同时J2脚输出反转信号，刀架电动机反转线圈吸合，相应的KA2闭合，电动机反转，完成初定位后上刀体下降。
反转信号延时一定时间后，反转信号撤消，换刀程序完成。
延时时间由系统设定。
电动刀架主电路中，RC1、RC2、RC3为阻容吸收，当刀架电机停止转动时，阻容吸收电机中的能量，避免产生过电压而损坏器件。
为保证电动刀架安全运行，根据电动刀架选择的电动机型号YDJ-90 三相380V 0.4A，要求在电动刀架～380V进线处加装快速熔断器和热继电器，热继电器型号选用RJ16B-20/30-0.72安，快速熔断器选用RL1型，额定电流为15A，熔体额定电流为2A。
该电动刀架运用四只霍尔元件分别均布在固定不动的心轴上，磁钢安装在上刀体上随上刀体一起转动。
数控车床四工位电动刀架设计(全套图纸)
数控车床四工位电动刀架设计摘要：数控车床今后将向中高当发展，中档采用普及型数控刀架配套，高档采用动力型刀架，兼有液压刀架、伺服刀架、立式刀架等品种，预计近年来对数控刀架需求量将大大增加。
数控刀架的发展趋势是：随着数控车床的发展，数控刀架开始向快速换刀、电液组合驱动和伺服驱动方向发展。
根据加工对象不同，有四方刀架、六角刀架和八（或更多）工位的圆盘式轴向装刀刀架等多种形式。
回转刀架上分别安装四把、六把或更多刀具，并按数控装置的指令换刀。
本部分主要对四工位立式电动刀架的机械设计和应用继电-接触控制系统控制部分的设计。
并对以上部分运用CAD做图，对电动刀架有更直观的了解。
最后的提出了对电动刀架提出了意见和措施。
关键词：数控刀架，电动刀架，四工位Abstract:numerical control lathe, will in future development, the middle-grade high when to by supporting, high-grade nc cutter revised by both cutting, dynamic type hydraulic cutter, servo cutter, vertical cutter etc varieties, expected in recent years on the nc cutter demand will increase greatly. Nc cutter is the development trend of the development of numerical control lathe, along with, nc cutter began to change cutters quickly and electrohydraulic servo driver combined driving and direction. According to different targets, have four processing cutting, hexagonal cutter and eight (or more) can dise-type axial outfit knife knife, and other forms. Turn the tool carrier separately installs four, six or more tools, and press CNC equipment instructions change knife. This part of 4 Labour vertical electric mainly the mechanical design and application of cutting the relay - contact control system of control part of the design. And the above part of CAD do diagram, a more intuitive electric knife understanding. The final proposed to the electric cutter puts forward opinions and measures.Keywords: nc cutter, electric cutter, four locations引言数控机床是集机械、电气、液压、气动、微电子和信息等多项技术为一体的机电一体化产品。
数控车床四工位刀架设计
即校验下式是否成立：
式中 ........涡轮齿根弯曲应力，单位为Mpa;
..........涡轮齿形系数；
.........螺旋角影响系数
.........涡轮的许用弯曲应力，单位为MPa
由蜗杆头数Z1=1，传动比i=48,可以算出涡轮齿数
则涡轮的当量齿数：
根据涡轮变位系数x2=1和当量齿数ZV2=48.46,得齿形系数 =1.95
2.
GB/T10085----1988推荐采用渐开线蜗杆（Z1蜗杆）和锥面包络蜗杆（ZK蜗杆）。本设计采用结构简单，制造方便的渐开线型圆柱蜗杆(Z1型)。
2.
刀架中的蜗杆副传递的功率不大，但蜗杆转速较高，因此蜗杆的材料选择45钢，其螺旋齿面要求淬火，硬度为45~55HRC，以提高表面耐磨性；涡轮的转速较低，其材料主要考虑耐磨性，选用铸锡磷青铜ZcuSn10P1,采用金属模铸造。
“现代设计与制造综合实践”报告
题目：数控车床设计
学院：机械与电子控制工程
专业：机械工程及其自动化
学生姓名：
学号：
平时成绩：
报告与答辩成绩：
最终成绩：
指导教师：
年月日
摘要
数控车床集计算机技术，电子技术，自动控制技术，传感测量，机械制造，是典型的机电一体化产品。它的发展和应用开创了制造业的新时代，改变了制造业的生产方式，产业结构，管理方式，使世界制造业的格局发生了巨大的变化。本文较为详细的介绍了对车床重要组成部分的设计和它们的结构和工作原理，通过查阅各种资料对这些部分进行结构设计，工艺设计，软件模拟仿真等，让我们对数控车床的了解得到很大提高，同时也熟练掌握了很多专业软件。
按齿面接触疲劳强度进行设计
刀架中的蜗杆副采用闭式传动，多因齿面胶合或点蚀而失效。因此，在进行承载能力计算时，先按齿面接触疲劳强度进行设计，再按齿根弯曲疲劳强度进行校核。
数控车床电动刀架设计
数控车床电动刀架设计摘要数控车床今后将向中高当发展，中档采用普及型数控刀架配套，高档采用动力型刀架，兼有液压刀架、伺服刀架、立式刀架等品种，预计近年来对数控刀架需求量将大大增加。
数控刀架的发展趋势是：随着数控车床的发展，数控刀架开始向快速换刀、电液组合驱动和伺服驱动方向发展。
本部分主要对四工位立式电动刀架的机械设计和应用继电-接触控制系统控制部分的设计。
并对以上部分运用AUTOCAD做图，对电动刀架有更直观的了解。
最后的提出了对电动刀架提出了意见和措施。
关键词：数控刀架；电动刀架；四工位AbstractNumerical control there is in the future lathe to in will develop,the middle-grade to adopt popular numerical control knife rest form a complete set, adopt the motive force type knife rest top-gradly, have such varieties as knife rest of hydraulic pressure , servo knife rest , vertical knife rest ,etc. concurrently, it is estimated that will increase to numerical control knife rest demand greatly in recent years. The development trend of the numerical control knife rest is: With the development of numerical control lathe, numerical control knife rest begin to change one hundred sheets , electric liquid is it urge and urge direction develop while being servo to make up fast. Some originally design and is it continue electricity to use to four worker location vertical electronic machinery of knife rest mainly- exposed to control system control some designs. And use AUTOCAD to pursue to the above part , have an more ocular knowledge of electronic knife rest. The last proposition has put forward the suggestion and measure to the electronic knife rest.Keyword：Numerical control knife rest ；Electronic knife rest ；Four engineering location目录绪论 (1)第1章数控自动刀架总体介绍 (2)1.1 数控自动刀架的设计背景 (2)1.2 设计准则 (2)1.3 主要技术参数 (2)1.4 本章小结 (3)第2章自动刀架电气说明书 (4)2.1 电动刀架系统 (4)2.1.1 电动刀架及其工作原理 (4)2. 1. 2 电动刀架动作过程 (4)2.1.3 技术说明 (5)2.1.4 接口注意事项 (6)2.1.5 在装调中，可能出选的异常现象及原因 (6)2.1.6 PLC控制说明 (10)2.2 本章小结 (13)第3章电动刀架机械说明书 (14)3.1 工作原理 (14)3.2 刀架动作顺序 (15)3.3 步进电机的选用 (15)3.4 蜗轮及蜗杆的选用与校核 (16)3.4.1 选择蜗杆传动类型 (16)3. 4. 2 选择材料 (16)3.4.3 按齿面接触疲劳强度设计 (16)3.5 蜗杆与蜗轮的主要参数与几何尺寸 (17)3. 5. 1 蜗杆 (17)3. 5. 2 蜗轮 (18)3. 5. 3 校核齿根弯曲疲劳强度 (18)3.6 轴的校核与计算 (19)3.6.1 画出受力简图 (19)3. 6. 2 画出扭矩图 (19)3. 6. 3 弯矩图 (19)3.7 弯矩组合图 (20)3.8 根据最大危险截面处的扭矩确定最小轴径 (20)3.9 连轴器的选择 (20)3.9.1 类型选择 (20)3.9.2 载荷计算 (21)3.9.3 型号选择 (21)3.10 键联接的类型和尺寸 (21)3.11 蜗杆上键的选取与校核 (21)3.12 轴承的选用 (22)3. 12. 1 轴承的类型 (22)3. 12. 2 轴承的游隙及轴上零件的调配 (22)3. 12. 3 滚动轴承的配合 (22)3.12.4 滚动轴承的润滑 (23)3. 12. 5 滚动轴承的密封装置 (23)3.13 本章小结 (23)第4章总结 (24)致谢 (26)参考文献 (27)绪论数控刀架的发展趋势是：随着数控车床的发展，数控刀架开始向快速换刀、电液组合驱动和伺服驱动方向发展。
数控车床四工位刀架电气设计_毕业设计说明书
毕业设计说明书课题名称：数控车床四工位刀架电气设计毕业论文（设计）原创性声明本人所呈交的毕业论文（设计）是我在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。
据我所知，除文中已经注明引用的内容外，本论文（设计）不包含其他个人已经发表或撰写过的研究成果。
对本论文（设计）的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明并表示谢意。
作者签名：日期：毕业论文（设计）授权使用说明本论文（设计）作者完全了解**学院有关保留、使用毕业论文（设计）的规定，学校有权保留论文（设计）并向相关部门送交论文（设计）的电子版和纸质版。
有权将论文（设计）用于非赢利目的的少量复制并允许论文（设计）进入学校图书馆被查阅。
学校可以公布论文（设计）的全部或部分内容。
保密的论文（设计）在解密后适用本规定。
作者签名：指导教师签名：日期：日期：注意事项1.设计（论文）的内容包括：1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）2）原创性声明3）中文摘要（300字左右）、关键词4）外文摘要、关键词5）目次页（附件不统一编入）6）论文主体部分：引言（或绪论）、正文、结论7）参考文献8）致谢9）附录（对论文支持必要时）2.论文字数要求：理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。
3.附件包括：任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。
4.文字、图表要求：1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。
图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印4）图表应绘制于无格子的页面上5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档5.装订顺序1）设计（论文）2）附件：按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订3）其它数控车床四工位刀架电气设计摘要本文通过对FANUC数控车床刀架的研究，有效的设计了刀架程序、电气原理，使该刀架能够在一次装夹中完成多道工序。
数控车床四工位刀架设计概论
“现代设计与制造综合实践”报告题目：数控车床设计学院：机械与电子控制工程专业：机械工程及其自动化学生姓名：学号：平时成绩：报告与答辩成绩：最终成绩：指导教师：年月日摘要数控车床集计算机技术，电子技术，自动控制技术，传感测量，机械制造，是典型的机电一体化产品。
它的发展和应用开创了制造业的新时代，改变了制造业的生产方式，产业结构，管理方式，使世界制造业的格局发生了巨大的变化。
本文较为详细的介绍了对车床重要组成部分的设计和它们的结构和工作原理，通过查阅各种资料对这些部分进行结构设计，工艺设计，软件模拟仿真等，让我们对数控车床的了解得到很大提高，同时也熟练掌握了很多专业软件。
abstractNumerical control lathe set computer technology, electronic technology, automatic control technology, sensor measurement, machinery manufacturing, is a typical mechatronics product. The development and application of it opened a new era of manufacturing, changed the manufacturing production mode, industrial structure, management style, make the pattern of world manufacturing industry, great changes have taken place. This paper detailed introduces the design of an important part of the lathe and their structure and working principle, through consulting all kinds of information on these parts structure design, process design, the software simulation and so on, let's understanding of the numerical control lathe is greatly improved, but also mastered many professional software.关键词：数控车床、结构设计、工艺设计、编程仿真目录目录一．综合实践任务书 (4)二．结构设计 (4)2.1 、自动换刀装置设计 (4)2.1.1、自动换刀装置的作用 (4)2.1.2、自动换刀装置的形式 (5)2.1.3、回转刀架式自动换刀装置 (5)2.1.4、四方回转刀架的结构及其工作原理 (5)数控车床常用的螺旋升降立体式四方回转刀架结构如图2.1所示： (5)2.1.5、自动回转刀架主要传动部件的设计计算 (6)2.1.6、蜗杆的选型 (7)2.1.7、蜗杆副的材料 (7)2.1.8、蜗杆和涡轮的主要计算参数和几何尺寸 (9)2.1.9、校核涡轮齿根弯曲疲劳强度 (9)2.1.10、蜗杆的设计计算 (10)2.1.11、自锁性能校核 (10)三．工艺设计 (11)3.1 、刀架典型零件的工艺设计 (11)3.1.1、蜗杆轴的工艺设计 (11)3.1.2、霍尔元件代替物的加工工艺过程 (13)四．数控编程及仿真 (14)4.1 、刀架典型零件的数控编程与仿真 (14)4.1.1、车类零件的数控编程与仿真 (14)4.1.2、铣类零件的数控编程与仿真 (15)五．任务与分工 (15)参考文献 (16)附件 (16)一．综合实践任务书1.1、题目：数控车床设计1.2、任务描述：了解机床的基本知识，明确重要组成部分的原理与过程，对机床完成结构设计、工艺设计、数控编程与仿真等1.3、完成工作要求：各部分装配图1张、重要零件的零件图、典型零件的加工工艺过程卡和工序卡、典型零件的数控编程仿真加工程序二．结构设计2.1 、自动换刀装置设计2.1.1、自动换刀装置的作用对于现在的数控机床来说，自动换刀装置成为普遍现象，它能使数控机床在工件的一次装夹中完成多种甚至所有的工序，可以有效的缩短加工的辅助时间，减少加工过程中由于多次安装工件而引起的误差，从而提高机床的加工效率和加工精度。
四工位自动旋转刀架设计说明书
机电一体化课程设计题目:数控车床自动回转刀架系统设计摘要传统的普通车床换刀的速度慢、精度不高，生产效率低，不能适应现代化生产的需要。
因此，本文对数控车床回转刀架的机电系统的相关内容进行研究，探索数控车床刀架的组成和工作原理，对普通机床的换刀装置进行改进，使一台四工位的立式自动回转刀架数控化，使该装置具有自动松开、转位、精密定位等功能。
本文主要完成数控车床回转刀架的机械部分和电气部分的设计。
机械部分为其组成的各个机械部件进行计算与选用，电气部分为编制刀架自动转位控制软件。
设计的数控換刀装置功能更强，换刀装置通过刀具快速自动定位，可以提高数控车床的效率，缩短加工时间；同时其可靠性更稳定，结抅简单。
关键词自动回转刀架；换刀装置；机电系统；电气控制目录摘要.................................................................................................................................. 设计任务书.. (1)一绪论 (2)1.1题目的背景和意义 (2)1.2 国内外研究现状 (2)1.3 存在的问题和发展趋势 (2)二自动回转刀架的工作原理 (2)三总体结构设计 (5)3.1 减速机构的设计 (5)3.2 上刀体锁紧与精定位机构的设计 (5)3.3 刀架抬起机构的设计 (5)四主要传动部件的设计计算 (7)4.1 蜗杆副的设计计算 (7)4.1.1 蜗杆的选型 (7)4.1.2 蜗杆的材料 (7)4.1.3 按涡轮齿面接触疲劳强度进行设计 (7)4.1.4 蜗杆和蜗轮的主要参数与几何尺寸 (8)4.2蜗杆轴的设计 (8)4.2.1 蜗杆轴的材料选择，确定许用应力 (8)4.2.2按扭转强度初步估算轴的最小直径 (8)4.2.3 确定各轴段的直径和长度 (9)4.3螺杆的设计及上盖圆盘旋转角度的计算 (10)4.3.1螺杆螺纹类型的选择 (10)4.3.2选取螺杆材料 (10)4.3.3螺杆的计算 (10)4.3.4螺杆自锁验算 (10)4.3.5 上盖圆盘旋转角度的计算 (11)五其他部件的说明 (11)六电气控制部分设计 (13)6.1 收信电路 (14)6.2发信号电路 (14)6.3控制软件的设计 (14)结论 (15)参考文献 (16)设计任务书一．设计任务题目：数控车床自动回转刀架机电系统设计。
四工位立式回转刀架机电系统设计
四工位立式回转刀架机电系统设计本设计是基于数控机床的自动回转刀架仿真。
主要的工作可以分成两部分，一部分是机构仿真，另一部分是电气控制。
机构仿真是先对四工位立式回转刀架的工作原理的分析和对零件进行结构设计。
电气控制就是把程序导入到PLC中来控制刀架电动机中的两个继电器，从而实现对刀架的正反转控制，而且电机的停转可以通过限位开关的开关信号来控制，实现自动换刀。
标签：自动回转刀架；刀架控制原理；刀架电气控制系统仿真1 数控机床刀架的介绍自动换刀系统是数控机床的重要组成部分。
机床的加工性能受刀具夹持原件的结构特性及它与機床主轴的连接方式的直接影响。
而机床的换刀效率受到刀库结构形式及刀具交换装置工作方式的影响，而整机的成本造价又受自动换刀系统本身及相关结构的复杂程度的直接影响。
2 数控刀架的工作原理及电气设计电气是机械的控制中心，也就是说电气原理的设计可以实现机械动作的复杂操作控制。
下面我们通过数控刀架的电气知识霍尔效应、刀架的接线原理图和具体的经济型刀架换刀过程等，对电气原理的运用做进一步的了解。
2.1 数控车床四工位刀架换刀工作原理电机会在接到换刀键或者换刀的指令后正转，蜗杆、涡轮、轴、轴套由于花键的定位作用，同联轴器一同转动。
轴套外圆上有两处凸起，能够限位轴套，使轴套在套筒内孔中的螺旋槽内作滑动，因刀架与上端齿盘同套筒相连，此时会因套筒的滑动被举起，使上下齿盘分开，刀架抬起，当套筒继续转动时，刀架会被带动旋转90°（如不到刀位，刀架还可以继续转180°、270°、360°），而且此时控制装置能够收到由微动开关发出的检测信号，直到刀架转到指定位置，控制装置会根据微动开关提供的刀架已经到达指定位置的信号，使电动机反转，此时定位销会使刀架定位不再回转，刀架则向下移动，上下端齿盘重新压合。
当蜗杆继续转动，产生轴向位移，压缩弹簧，曲面压缩开关使电机停止旋转，从而完成一次转位。
数控车床自动回转刀架机电系统设计(全套图纸)
毕业设计（论文）任务书指导教师签字：院长（系主任）签字：毕业论文（设计）开题报告毕业论文（设计）开题报告摘要自动回转刀架是数控机床的重要组成部分，它有效地提高了劳动生产率，缩短了生产准备时间，消除人工误差提高加工精度和加工精度的一致性等。
但是传统的普通车床换刀的速度慢、精度不高，生产效率低，不能适应现代化生产的需要。
所以为了提高生产率、改善产品质量以及改善劳动条件必须对自动回转刀架进行改进。
本文对数控车床自动回转刀架的机电系统的相关内容进行分析，研究数控车床刀架的组成和工作原理，对普通机床的换刀装置进行改进，使该装置具有自动松开、转位、精密定位等功能。
此次主要完成自动回转刀架的机械部分和电气部分的设计。
机械部分为对其组成的各个机械部件进行计算与选用，电气部分为编制刀架自动转位控制软件。
设计的数控換刀装置功能更强，换刀装置通过刀具快速自动定位，可以提高数控车床的效率，缩短加工时间；同时其可靠性更稳定，结抅简单。
关键词: 自动回转刀架，换刀装置，机电系统，电气控制Design of automatic turret mechanical and electrical system ofCNC lathesAbstractThe automatic turret is an important part of CNC lathe. It improved labor productivity and shorten the production time, eliminate human error, the improvement of the machining accuracy and consistency of precision. Though conventional ordinary lathe tool change slowly, low accuracy, low productivity. It cannot adapt to the needs of modern production. Therefore, we must be improved the automatic turret in order to increase productivity, improve product quality and improve working.This rotary tool holder for CNC lathe electrical and mechanical systems related content study, study the composition and working principle of CNC lathes turret and improve the tool changerthe of general machine tools, so that the device has an automatic release, transfer, precision positioning and other functions. This time we should completion of the design of automatic turret’sthe mechanical parts and electrical parts. Mechanical part is composed of various mechanical calculation and selection of parts, electrical parts is preparation of the turret automatically transfer of the control software, automatic indexing turret. Design of more powerful CNC tool changer, tool changer quickly through the automatic positioning tool can improve the efficiency of CNC lathes and shorten the processing time; while its reliability is more stable, the structure is simpler.Keywords: Automatic turret Tool changer Electro-Mechanical Systems Electrical control目录1绪论 (1)1.1自动回转刀架的设计背景 (1)1.2自动回转刀架的市场分析 (2)1.3设计自动回转刀架的意义 (2)2自动回转刀架总体设计 (3)2.1总体方案的确定 (3)2.2减速机传动机构的确定 (6)2.3刀体锁紧与精定位机构的确定 (7)2.4抬起机构的确定 (7)3自动回转刀架机械部分设计 (8)3.1自动回转刀架的工作原理 (8)3.2蜗轮及蜗杆的设计及校核 (11)3.2.1蜗杆的选型 (11)3.2.2蜗杆副的材料 (13)3.2.3按齿面接触疲劳强度进行设计 (14)3.3蜗轮及蜗杆的主要参数与几何尺寸 (16)3.4螺杆的主要参数与几何尺寸 (18)3.4.1螺杆的设计计算 (18)3.5蜗杆轴的设计 (18)3.5.1蜗杆轴的材料选择，确定许用应力 (18)3.5.2按扭转强度初步估算轴的最小直径 (19)3.5.3确定各轴段的直径和长度 (20)3.5.4蜗杆轴的校核 (21)3.6蜗杆轴的轴承选用 (25)4自动回转刀架电气部分设计 (26)4.1硬件电路设计 (26)4.2控制软件设计 (30)4.2.180C31单片机及其引脚说明 (32)4.2.2 静态存储器6264的特性 (34)4.2.3 2764只读存储器的特性 (36)4.2.4 可编程并行I/O接口芯片8255的特性 (37)5结论 (42)6致谢 (43)7参考文献 (45)附录：转配图A0图纸一张、零件图A1、A2各五张（上刀体图、下刀体图上圆盘图、下圆盘图、刀架电气图、蜗轮、蜗杆图、螺杆图、空心轴图、发信盘图）1绪论1.1自动回转刀架的设计背景经济型数控是我国80年代科技发展的产物。
四工位立式回转刀架机电系统设计及仿真毕业设计论文
毕业设计四工位立式回转刀架机电系统设计及仿真学生姓名：学号：系部：机械工程系专业：机械电子工程指导教师：二〇一四年六月四工位立式回转刀架机电系统设计及仿真摘要：本设计是基于Pro/E数控机床的自动回转刀架的仿真。
主要的工作可以分成两部分，一部分是机构仿真，另一部分是电气控制。
机构仿真是先对四工位立式回转刀架的工作原理的分析和对零件进行结构设计，其中主要的传动部件如蜗轮蜗杆、螺杆还做了强度校核，再对设计出的结构在Pro/E中建模、组装，组装的过程中需要对零件做不同的预定义约束集设置，如螺杆与螺母之间的组装需要经过圆柱、槽、平面等约束集,组装之后做机构的仿真运动；电气控制是把程序导入到8255单片机中来控制刀架电动机中的两个继电器，从而实现对刀架的正反转控制,并通过限位开关的开关信号来控制电机的停转，达到自动换刀。
关键词：自动回转刀架，蜗轮蜗杆，螺杆，仿真Design and Simulation of vertical rotary cutterelectromechanical system with four stationsAbstract：This design is the simulation of automatic rotary turret of NC machine tool based on Pro/E. Its main work can be divided into two parts, one part is the mechanism simulation, and the other part is the electrical control. Firstly Mechanism simulation analyzes the working principle of the four station vertical rotary turret, then it design components in accordance with its structure. Its main transmission components, such as worm gear, screw are checked in strength. Secondly, predefined constraint are set differently in the process of molding and assembling of parts in Pro/E. For example, assembling between the screw and the nut requires constraint set beyond the cylinder, tank, and plane. After assembling, it does structural simulation motion. Electric control is to import program into 8255 MCU to control the two relays tool motor, so as to achieve positive-negative control. Whereby, through the signal of limit switch, it controls the motor stalling which helps to achieve the automatic tool change.Keywords: automatic rotary tool, worm gear and worm ,screw, simulation目录1 前言 (1)1.1 概述 (1)1.2 数控车床自动回转刀架发展趋势 (2)1.3 数控刀架的基本要求 (3)1.4 本设计的目的及意义 (4)2 机械设计 (5)2.1 总体结构设计 (5)2.1.1 减速传动机构设计 (5)2.1.2 上刀体锁紧与精定位机构设计 (5)2.1.3 刀架抬起机构的设计 (5)2.2 自动回转刀架的工作原理 (7)2.3 主要传动部件的设计 (9)2.3.1 蜗杆副的设计计算 (9)2.3.2 螺杆的设计计算 (15)2.4 刀架体的设计 (16)3 电气控制部分设计 (18)3.1 收信电路 (18)3.2 发信电路 (19)4 基于Pro/E的零件建模及仿真 (21)4.1 Pro/E的简介 (21)4.1.1 参数化设计 (22)4.1.2 基于特征建模 (22)4.1.3 单一数据库 (22)4.1.4 直观装配管理 (22)4.2 零件的建模 (23)4.2.1 Pro/E中常用的的命令 (23)4.2.2 一些主要零件的建模 (24)4.3 组装 (33)4.3.1 组装过程中的预定义约束集 (33)4.3.2 组装图 (35)总结 (36)参考文献 (37)致谢 (38)1 前言1.1概述自动换刀系统是数控机床的重要组成部分。
数控车床四工位刀架电气控制原理【范本模板】
数控车床四工位刀架电气控制原理雷风波|创建时间:20１5年０5月1４日15:37|浏览:288｜评论：０标签:数控车床一个高端人群的数控黄金交流平台,为您提供最便捷的数控资讯，打造最前沿的数控科技信息平台。
这里给大家介绍下ＣNC加工车床四工位电动刀架电气控制原理及控制过程。
C加工车床刀架动作顺序：换刀信号(系统输出TL 刀架正转信号)-—刀架电机转动—-通过减速机构（蜗轮蜗杆)——刀架放松－—刀架转位——信号核对符合(发信盘霍尔元件及磁钢控制）-－系统收到刀位信号转出TL—刀架反转信号-—刀架电机反转－—粗定位——刀架精确定位——刀架锁紧——电机停转—－换刀完成信号反馈到系统－—换刀完成。
2。
CＮC加工车床刀架控制原理图：刀架共有4条主电源线(U2、V2、Ｗ2、ＰＥ）、2条控制电源线( 24V、0V,此电源由系统供给)、６条信号线(T１、T２、T3、T4、TL 、TＬ－)，QF３为主电路空气开关;ＲC3为主电路灭弧器；ＫM６、7为交流接触器线圈及触点;KA6、7为中间继电器线圈及触点;霍尔元件发信盘内部感应元件一共有４个（工作原理：1脚接2４Ｖ电源,在磁场作用下2、３脚导通，从而决定外部0V低电平信号是否进入系统输入端口）;上拉电阻就是4个电阻。
3．CNＣ加工车床刀架控制原理分析:当前停留1号刀,刚1号霍尔元件之2、3脚导通,低电平信号由系统输入端口进入系统，系统确认当前刀号;系统执行Ｔ0３０3指令,要求选择3号刀。
系统发出刀架正转TL 低电平信号,控制电路ＫＡ6继电器导通,然后KＭ6接触器吸合,刀架电机主电路导通,电机正转.在蜗轮蜗杆的传动作用下,刀架放松，刀台开始转位。
转到２号2号刀位时,２号霍尔元件之２、3脚导通，低电平刀位信号由系统输入端口进入系统,但由于信号刀位号(2号)与指令刀位号(3号)不一致,故系统不予理会，刀架继续转动。
转到3号刀位时，3号霍尔元件之2、3脚导通，低电平刀位信号由系统输入端口进入系统,此时信号刀位号(3号)与指令刀位号（3号)核对吻合,系统停止输出TL 低电平信号,KA6断开——KM６断开——刀架电机失电停转，刀台停留在当前刀号位置；与此同时系统输出反转ＴL—低电平信号，KＡ7继电器接通——ＫM7接触器吸合-—刀架电机主电路导通,电机反转;在蜗轮蜗杆的传动作用下,刀台下移,分别经过刀架内部键槽粗定位，最后锁紧刀台。
FANUC数控车床四工位刀架控制系统设计毕业设计论文说明书
毕业设计说明书课题名称： FANUC数控车床刀架控制系统设计学生姓名学号二级院（系）专业班级指导教师起讫时间：2012 年 2 月13 日～ 2012 年 4 月 6 日FANUC数控车床的刀架控制系统设计摘要数控车床今后将向中高档发展，中档采用普及型数控刀架配套，高档采用动力型刀架，兼有液压刀架、伺服刀架、立式刀架等品种。
预计近年来对数控刀架需求量将大大增加。
数控刀架的发展趋势是：随着数控车床的发展，数控刀架开始向快速换刀、电液组合驱动和伺服驱动方向发展。
本部分主要对四工位立式电动刀架的控制系统进行设计。
关键词：数控刀架；四工位；电动回转刀架目录摘要 (1)第1章绪论 (3)1.1 课题的研究背景 (3)1.2 课题的研究意义 (3)1.3 设计内容 (4)第2章数控刀架电气控制系统设计 (5)2.1数控机床的组成 (5)2.2霍尔原理及在刀架中运用的简单概述 (6)2.2.1霍尔效应与工作原理 (6)2.2.2霍尔效应的广泛运用 (6)2.2.3霍尔元件在刀架中运用的简单概述 (7)2.3刀架电气控制 (7)2.3.1 刀架的锁紧时间控制 (8)2.3.2刀架刀位信号的监控 (8)2.3.3换刀时间的监控 (9)2.3.4刀架上电过程 (9)2.4刀架机械结构 (10)第3章数控刀架PLC控制系统设计 (13)3.1四工位刀架PLC梯形图与原理运用 (13)3.3.1 PLC的概述 (13)3.3.2 PLC梯形图运用 (13)3.3.3刀架的操作 (14)3.3.4 数控车床刀架PLC梯形图 (17)3.3.5 程序的调试 (23)小结 (24)参考文献 (25)致谢 (26)第1章绪论数控技术是现代制造技术的核心，是企业现代化水平的标志。
采用数控系统控制的数控机床在机械制造、模具加工、航天航空和造船等领域发挥着极其重要的作用。
本章介绍了本课题的研究背景，意义，基本内容1.1 课题研究的背景FANUC数控系统是由日本富士通公司研制开发，目前在我国得到了广泛的应用。
四方刀架PLC接线原理图
四方刀架PLC 接线原理图数控机床刀架是由机床PLC 来进行控制，对于普通的四工位刀架来说，控制比较简单，一般用于普通的车床。
我们分析车床刀架的控制原理其实就是指刀架的整个换刀过程，刀架的换刀过程其实是通过PLC 对控制刀架的所有I/O 信号进行逻辑处理及计算。
实现刀架的顺序控制。
另外为了保证换刀能够正确进行，系统一般还要设置一些相应的系统参数来对换刀过程进行调整。
在分析之前，我们首先了解刀架控制的电气部分。
刀架电气控制部分如图2-2所示。
图中的a 是刀架控制的强电部分，主要是控制刀架电机的正转和反转，来控制刀架的正转和反转；图b 是刀架控制的交流控制回路，主要是控制两个交流接触器的导通和关闭来实现a 中的强电控制；图c 部分是刀架控制的继电器控制回路及PLC 的输入及输出回路，整个过程的控制最终是由这个模块来完成的。
616756659100.60.77667(a)强电电路 （b ）接触器电路 （c ）PLC 输入/输出电路图2-2 刀架控制接线回路图中各器件的作用如下： 序号 名称 含义刀架反转1号刀位信号2号刀位信号 3号刀位信号 4号刀位信号 手动刀选择手动刀启动刀架正转 刀架反转刀架强电刀架正传1 M2 刀架电动机2 QF3 刀架电动机带过载保护的电源空开3 KM5、KM6 刀架电动机正、反转控制交流接触器4 KA1 由急停控制的中间继电器5 KA6、KA7 刀架电动机正、反转控制中间继电器6 S1~S4 刀位检测霍尔开关7 SB11 手动刀位选择按钮8 SB12 手动换刀启动按钮9 RC3 三相灭弧器10 RC9、RC10 单相灭弧器自动刀架控制涉及到的I/O信号如下：PLC输入信号： X3.0~X3.3：1~4号刀到位信号输入； X30.6：手动刀位选择按钮信号输入； X30.7：手动换刀启动按钮信号输入；PLC输出信号： Y0.6：刀架正转继电器控制输出； Y0.7：刀架反转继电器控制输出。
四工位自动刀架实验
四工位自动刀架实验本实验台采用通用数控机床的四工位自动刀架，它需要三相380V电源。
实验分高压强电部分、低压控制部分、直流控制部分、信号控制部分。
强电部份由三相电源驱动三相交流异步电动机正、反向旋转，从而实现电动刀架的松开、转位、锁紧等动作；弱电部分主要由位置传感器－发讯盘构成，发讯盘采用霍尔传感器发讯。
一、刀架结构及拆装顺序拆装顺序：A、按顺序卸去04、06、07、05、12。
B、旋转电动机，使上刀体连续上升至脱离螺杆。
C、卸去上刀体01、离合器09及轴承。
D、拆蜗杆时，卸掉电机及连接座、端盖，用铜棒向端盖方向敲出蜗杆轴。
E、卸掉定轴15、反靠盘16、取出蜗轮14。
F、装配时所有零件必须清洗上油，传动部件应上润滑脂。
G、按拆卸反顺序装配。
H、调整磁钢与霍尔元件，使刀架处于要刀位置。
二、刀架控制原理:微机程序发出换刀信号,控制继电器动作,电机正转，通过蜗轮蜗杆及螺杆将上齿盘上升至一定高度时，由离合器带动定位销，定位销带动上刀体旋转到所需刀位，霍尔元件电路发出刀位信号，使电机反转，反靠销初定位，上齿盘下降，齿牙盘啮合，完成精定位动作并使刀架锁紧。
刀架动作顺序：换刀信号－电机正转－刀架到位－信号复合－电机反转－刀架定位夹紧－电机停转－换刀答信－完成。
注：在作任何模块的实验进行接线、插线、换线时，都要关闭电源进行，否则易造成人员触电伤害或元器件损坏。
三、实验预习：了解CNC4620车床系统使用及接口情况，了解电动刀架控制原理。
四、实验目的掌握数控系统电动刀架的原理和控制三相电机正反转应用以及电气原理布线调试。
五、实验器材⑴CNC4620数控系统⑵架控制模块板⑶CNC4620数控系统逻辑控制器输入/输出控制板⑷四工位自动刀架⑸强电枪形连接线（50ｍｍ）2条；连接线（200ｍｍ）2条⑹信号连接线（50ｍｍ）8条说明：◆CNC4620系统刀架控制接口为XS5，实验台把它扩展到逻辑控制器输入/输出控制板上。
◆四工位刀架的接口扩展到逻辑控制器输入/输出控制板的XS5接口下方区。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
摘要本文通过对FANUC数控车床刀架的研究，有效的设计了刀架程序、电气原理，使该刀架能够在一次装夹中完成多道工序。
我们针对数控车床的四工位刀架进行了研究设计。
分析了刀架的机械组成、对刀架的典型结构以及电气控制部分进行研究分析。
该刀架采用三相异步电动机驱动，刀位检测采用霍尔元件。
这种刀架只能单方向换刀，电动机正转换刀，反转锁紧。
最后，本文给出了对FANUC数控车床四工位刀架的PLC设计，以及电气原理图。
关键词：FANUC数控车床；PLC设计；电气设计；数控车床；目录数控车床四工位刀架电气设计 ................................................... 错误!未定义书签。
摘要 . (I)第1章绪论 (3)1.1 引言 (3)1.2 国内外刀架研究现状及发展趋势 (3)第2章刀架结构介绍 (5)2.1现有刀架的典型结构 (5)2.2四工位刀架换刀工作原理 (7)2.2.1刀架机械结构图 (7)2.2.2工作方式 (8)第3章数控车床电气系统组成 (10)3.1刀架系统组成 (10)3.1.1霍尔效应霍尔元件 (10)3.1.2霍尔元件在刀架中的应用 (10)3.1.3刀架系统 (11)3.2其它电气系统的组成 (11)3.2.1主轴系统 (11)3.2.2伺服驱动系统 (13)3.2.3冷却系统 (14)3.2.4润滑系统 (15)第4章 FANUC数控刀架PLC程序设计 (16)4.1 FANUC 0i D系统简介 (16)4.2 PLC在数控机床中的应用 (17)4.3 刀架I/O地址分配 (18)4.4 刀架程序编写 (19)4.4.1刀架有关的PMC功能指令介绍 (19)4.4.2 刀架的工作过程和转动要求 (23)4.4.3 刀架程序 (24)4.5 程序的调试 (28)第5章总结 (29)参考文献 (30)致谢 (31)附录： (32)附录一：功能原理图 (32)附录二：电气原理图 (37)第1章绪论1.1 引言数控车床为了能在工作的一次装夹中完成多工序加工，缩短辅助时间，减少多次安装所引起的加工误差，必须带有自动回转刀架。
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。
传统的车床例如CA6140的刀架上只能装一把刀，换刀的速度慢，换刀后还须重新对刀，并且精度不高，生产效率效率低，不能适应现代化生产的需要，因此有必要对机床的换刀装置进行改进。
自1958年首次研制成功数控加工中心自动换刀装置以来，自动换刀装置的机械结构和控制方式不断得到改进和完善。
自动换刀装置是加工中心的重要执行机构，它的形式多种多样，目前常见的有：回转刀架换刀，更换主轴头换刀以及带刀库的自动换刀系统。
电动刀架是数控车床重要结构，在设计中刀架采用全电控制，无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来好处。
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1.2 国内外刀架研究现状及发展趋势1956年日本富士通研究成功数控转塔式冲床。
美国IBM公司同期也研制成功了APT(刀具程序控制装置)。
1958年美国K&T公司研制出到ATC的加工中心。
1967年出现FMS（柔性制造系统）。
1978年以后，加工中心迅速发展，带有ATC 装置，可实现多种工序加工的机床，步入了机床发展的黄金时代。
1983年国际标准化组织制定了数控刀具锥柄的国际标准，自动换刀系统便形成了统一的结构模式。
刀具夹持元件的结构特性及它与机床主轴的联结方式，将直接影响机床的加工性能。
刀库结构形式及道具交换装置的工作方式，则会影响机床的换刀效率。
自动换刀系统本身及相关结构的复杂程度，又会对整机的车成本造价产生直接影响。
我们应该是数控机床工作性能有所提高，而且使其总体造价大幅度下降。
低造价高性能的数控机床蒋辉被中小厂广泛接收。
数控车床今后将向中高档发展，中档采用普及型数控刀架配套，高档采用动力型刀架，兼有液压刀架、伺服刀架、立式刀架等品种，预计近年来对数控刀架需求量将大大增加。
数控刀架的发展趋势是：随着数控车床的发展，数控刀架开始向快速换刀、电液组合驱动和伺服驱动方向发展。
目前国内数控刀架以电动为主，分为立式和卧式两种。
立式刀架有四、六工位两种形式，主要用于简易数控车床；卧式刀架有八、十、十二等工位，可正、反方向旋转，就近选刀，用于全功能数控车床。
另外卧式刀架还有液动刀架和伺服驱动刀架。
电动刀架是数控车床重要的传统结构，合理地选配电动刀架，并正确实施控制，能够有效的提高劳动生产率，缩短生产准备时间，消除人为误差，提高加工精度与加工精度的一致性等等。
另外，加工工艺适应性和连续稳定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指令外，很重要的一点是数控车床需配备易于控制的电动刀架，以便一次装夹所需的各种刀具，灵活方便地完成各种几何形状的加工。
国产数控车床今后将向中高档发展，中档采用普及型数控刀架配套，高档采用动力型刀架，兼有液压刀架、伺服刀架、立式刀架等品种，近年来需要量可达1000～1500台。
国外数控车床的发展目的在于提高加工精度和缩短制造周期。
开发多种多样复合化加工的机种，如增添铣削功能的复合加工车削中心、双主轴多刀塔(双刀塔或四刀塔)数控车床和车削中心、双主轴同步驱动，双刀塔同时进行加工车削中心、五轴联动车铣复合中心、车磨复合加工机床、具有车、铣、镗、磨和激光热处理多种功能的高度复合化的复合加工中心等等。
我国数控车床经过多年的发展，特别是近几年迅速的发展，与国际先进水平的差距在逐年缩小。
对于某些依赖于进口的高档数控车床，如高精度数控车床和车削中心(主轴径跳轴跳 0.001mm)、适用耐热合金和钛合金零件加工的大功率、高扭矩数控车床和车削中心等等要加强产品开发研究攻关，突破其核心技术。
电动刀架是数控机床必需的功能部件，直接影响机床的性能和可靠性，是机床的故障高发点。
这就要求设计的刀架具有具有转位快，定位精度高，切向扭矩大的特点。
第2章刀架结构介绍2.1现有刀架的典型结构1）数控车床方刀架经济型数控车床方刀架，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，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方刀架回转o加工程序指令控制的（如图2-1）。
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。
2）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。
3）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。
4）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：（1）、刀架抬起，（2）、刀架转位、（3）、刀架压紧，（4）、转位液压缸复位。
如果定位、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。
图2-1 方刀架结构示意图图2-2 回转式刀架2.2四工位刀架换刀工作原理2.2.1刀架机械结构图图2-3 刀架实体图2-4 数控车床方刀架结构图图2-5 数控车床回转式刀架结构图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2.2.2工作方式刀架的工作过程可分为刀架抬起、刀架转位、刀架定位并压紧等几个步骤其工作过程如下：1）刀架抬起：当数控系统发出换刀指令后, 通过接口电路使电机正转, 经传动装置、驱动蜗杆蜗轮机构、蜗轮带动丝杆螺母机构逆时针旋转 ,此时由于齿盘处于啮合状态，在丝杆螺母机构转动时，使上刀架体产生向上的轴向力将齿盘松开并抬起,直至两定位齿盘脱离啮合状态,从而带动上刀架和齿盘产生“上台”动作。
2）刀架转位：当圆套逆时针转过150°时，齿盘完全脱开，此时销钉准确进入圆套中的凹槽中，带动刀架体转位。
3）刀架定位：当上刀架转到需要到位后（旋转90°、180°或270°），数控装置发出的换刀指令使霍尔开关中的某一个选通,当磁性板与被选通的霍尔开关对齐后,霍尔开关反馈信号使电机反转,插销7在弹簧力作用下进入反靠盘地槽中进行粗定位，上刀架体停止转动，电机继续反转，使其在该位置落下，通过螺母丝杆机构使上刀架移到齿盘重新啮合, 实现精确定位。
4）刀架压紧刀架精确定位后，电机及许反转，夹紧刀架，当两齿盘增加到一定夹紧力时，电机由数控装置停止反转，防止电机不停反转而过载毁坏，从而完成一次换刀过程。
对于四工位自动回转刀架来说，它最多装有4把刀具，微机系统控制的任务，就是选中任意一把刀具，让其回转到工作位置。
现以其中任意一把刀具1#刀为例简述刀架换刀的过程。
第3章数控车床电气系统组成3.1刀架系统组成3.1.1霍尔效应霍尔元件霍尔效应是电磁效应的一种，这一现象是美国物理学家霍尔（A.H.Hall，1855—1938）于1879年在研究金属的导电机制时发现的。
当电流垂直于外磁场通过导体时，在导体的垂直于磁场和电流方向的两个端面之间会出现电势差，这一现象就是霍尔效应。