伺服转塔刀架在数控车床改造中的应用
CA6140车床数控化改造解析

摘要数控机床作为机电一体化的典型产品,在机械制造业中发挥着巨大的作用,很好的解决了现代机械制造中的结构复杂.精密.批量小.多变零件的加工问题。
且能稳定加工质量,大幅度提高生产效率。
但数控机床价格昂贵,一次性投入对企业来说负担很大。
另一方面,在国内还有大量的普通机床,只需对其进行一些相关的技术性改造就可以形成一定生产能力的经济型数控机床。
不仅能节省很大一部分资金,还能提升其市场竞争力。
具有极大的经济潜力。
对于职业院校的数控实训教学而言,通过闲置的普通车床进行数控化改造,可盘活资产,实现资产优化配置,同时对教师和学生而言也是一次很好的学习、锻炼和提高的机会。
对推动教学改革、专业转型和课程开发都有积极的意义。
我院现有闲置的普通车床为云南机床厂生产的CAY6140-1000,通过对该机床的结构特点进行分析,对机械和电气进行数控化改造,改造后的数控车床主要用于中小型轴类零件、盘类零件及螺纹的加工。
第一章数控机床的结构和工作原理1.1数控车床工作原理及加工特点以数字形式进行信息控制的机床称为数字控制机床,简称为数控机床。
数字控制系统是相对于模拟系统而言:数字控制系统中的信息是数字量,而模拟控制系统中的信息是模拟量。
随着计算机技术的发展,硬件数控系统已被逐渐淘汰,取而代之的是计算机数控(CNC)系统。
图1-1 数控车床1.数控车床的工作原理数控车床加工零件时,首先应编制零件的数控程序,这是数控机床的工作指令。
将数控程序输入数控装置,再由数控装置控制机床主运动的变速、启停,进给运动的方向、速度和位移大小,以及其他诸如择刀、工件夹紧松开和冷却润滑的启、停等动作,使刀具与工件及其辅助装置严格地按照程序规定的顺序、路程和参数进行工作,从而加工出形状、尺寸与精度符合要求的零件。
2.数控车床的加工特点(1)高难度零件加工:“口小肚大”的内成型面零件,有仅在普通车床上难以加工,还难以测量。
(2)高精度零件加工:高精度零件均可在高精度的特种数控车床上加工完成。
数控转塔刀架综合性能测试平台的设计研究

1 引言
随着装备制造业 的蓬勃发展 ,作为装备业母机的数 控机 床 也在快速的发展并被大规模的应用 。 数控车床无疑是金属切削机
床中非常重要 的一类 , 而数控转塔刀架则是数控车床 中的关键功
标包 括定 心轴 颈的径 向跳动 、 轴肩支承面的端 面跳动 、 轴肩对 刀 架底 面垂直度 、 重复定位精度 、 定位精度 、 容许换刀频率 、 一步转 位时间 、 连续转位 时间 、 刀盘松 开/ 锁紧时 间 、 轴 向刚度 、 径 向刚 度、 切 向刚度 、 最大切 向力矩 、 最大轴向推压力矩 、 最大轴 向拖拉
NC t u r r e t p e o r ma ce n i n c l u d e cc a u r cy a ,s p e e d,r i g i d i t y,b e ri a n g c a p ci a t y a n d S O 0 T h e d e v i c e C n a e v a l u te a NC t u re t
机 械 设 计 与 制 造
l 8 0 Ma c h i n e r y De s i g n & Ma nu f a c t u r e
第1 期 2 0 1 4年 1月
数 控 转 塔 刀 架综合 性 能测 试 平 台的设 计研 究
魏祥 武
( 辽宁省交通高等专科学校 , 辽宁 沈阳 1 1 0 1 2 2 )
Байду номын сангаас
p e r 厂 o m 帆c e r o u n d l y . he T d t a a w h i c h i s i m p o r t nt a i n C N C l th a e如s a n d t u r r e t d e s i g n nd a C n a b e cq a u i r e d b y r e a s o n a b l e
数控车床转塔刀架原理分析与故障诊断

0 引 言
转塔刀架是 数控 车床 的核 心部 件 , 也是 机 床 的重 要组成部分 , 换刀 过程的好坏关 系到机 床的可靠 运行 , 直接影响到数 控机 床 的使用 效率 。就 目前而 言 , 塔 转 刀架种类 繁 多 , 更新 换代快 , 从早 期 的液压 、 尔元 件 霍
控制 , 发展 至今 的编码器 电动控制 、 服控制 。控 制方 伺
发出后 , 位会有微 动 , 刀 常伴 有 “ 嗡嗡 ” , 时刀架 电 声 此 机处于堵转 状态 , 有保 护开 关跳 闸等 情况 发生 。遇 到 上述情 况 , 要 拆 下 定 位 销 后 面 的 电 磁 铁 ( 3所 需 图 示 ) 摘除定位销上 面的弹簧 , , 检查 或更换 定位销 , 同时 对刀盘重新进行 调整 。许多应用 厂家 由于对刀架 的机 械结构和工作原理 缺乏 了解 , 对该 故障不知如何处理 。
统; 置( 配 4~8 工 位 德 国 S U E ) A T R或 意 大 利 D P - U L
MA I TC转塔 刀架 ; 主轴 交 流伺服 , 挡无 级调 速 ; Z 分 X, 二轴交 流伺服驱动 , 配有 光栅 尺实 现位 置调谐 闭环控
制 ;I M N L 7— 0 SE E SP C S 3 0逻 辑 控制 ; rf u 接 口等 Po b s i
为: 数控 系统 发 出选 刀指令 一 P C逻 辑分 析处 理一 刀 L 架松开一 刀位抬起转位一选 刀指令与 目标刀位 比较一
障部位 , 检查各 接 口连接是 否 良好 、 点是 否有 松 动 , 触 信号线有 没有 断 线 。② 编码 器 信 号输 出状 态 是 否 正 常、 连接有没有松动 、 窜位。此情况需要更 换或 重新 调 整编码器 。③霍 尔元 件控 制 的转塔 刀架 , 需要 检 查霍
机床六工位转塔动力刀架的设计

( )行程限位机构 行程限位机构给动力刀架提供 4 下一个动作信号 ,使其按照既定 的动作流程做出反应 。
( )液压系统 5 两个液压缸和相应的阀组 成了动力
下刀架问齿 盘啮合 ,从而实现精确定位要求 。 ( )传感器定位 由于机械式行程开关 的灵敏度较 1 差 ,且 大部分是接触式的行程 开关 ,长时间使用 ,会 因 为摩擦损耗而使 其失灵 。采用 传感器 可避 免上述 问题 , 本例使用两个传感器来 限制上刀架 的抬起位 置和上刀架 的转位角度 ,保证 动作 的准 确性 。由于是初定 位 阶段 ,
铰等加工 ,在提高被加工零件加工精度 的同时 ,还可提
高生产效率和工人操作的安全性 ,继而为企业节 约了生 产成本和机械维修维护的费用。
/ 1 『 / 4 J \_ L l /
/j
由呻 —
一
1 设计要求 .
转塔动力刀架要求动作平稳 ,转位准确 ,回转分 度
刀架 的液压系统 ,提供抬起 和转位的动力。 ()密封系统 保证液压油的压力 ,并 防止外 界污 6
染物进入。
由这六个部分和电动机及传动件组成 的转塔动力刀
对传感器的定位精度也不需要很高 ,只要保证从 动齿轮
磊 工 ~ 。
—
脱离啮合并滑出导 向齿轮即可 。
已知输 入 的转矩 2 N・ 6 m,主动轮转 速 n=14 0/ i 4 rm n 传动 比 i ,工作寿命假定 9 6 :】 .
误差 ≤ ± ” 3 ,刀架 能根 据需要 自动转 位 ,并 在转位后 提
图 l 转塔动 力刀架布局
1 .主轴 2 .上 刀架 3 .下刀架 4 底架 5 带 传动箱 6 电动 机 .
供动力驱动 主轴转动。根据这些情况设计 的六工位转塔 动力刀架 ,可安装在组合机床及卧式 车床上使用。
机床数控技术及应用-自动换刀装置相关知识

6.4.1自动换刀装置的分类
无机械手的换刀装置一般把刀库放在主轴箱可以运动到的位置 ,即整个刀库或刀库的某一刀位能移动到主轴箱可以到达的位置 。刀库中刀具的存放方向一般与主轴箱的装刀方向一致。换刀时 通过主轴和刀库的相对运动执行换刀动作,利用主轴取走或放回 刀具。
无机械手换刀装置的优点是结构简单,成本低,换刀的可靠 性也较高。其缺点是由于结构所限刀库的容量不大,且换刀时间 较长(一般需要10~20s)。因此,多为中、小型加工中心采用。
6.4.1自动换刀装置的分类
转塔主轴头换刀方式的主要优点是: 省去了自动松夹、卸刀装刀、夹紧 以及刀具搬运等一系列复杂的操作 ,明显地减少了换刀时间,提高了 换刀的可靠性;
转塔主轴头换刀方式的缺点是: 但是由于结构上的原因和空间位置 的限制,主轴的数目不可能很多。 因此,转塔主轴头换刀通常只适用 于工序较少、精度要求不太高的数 控机床,例如数控铣床。
6.4.1自动换刀装置的分类
(4)刀架压紧 刀架精确定位 后,电动机1继续反转,夹紧刀 架,当两端面齿增加到一定夹 紧力时,电动机停止转动,从 而完成一次换刀过程。
6.4.1自动换刀装置的分类
2.转塔式自动换刀装置 在带有旋转刀具的数控机床中,更换主轴 头换刀是一种简单的换刀方式,主轴头通 常有卧式和立式两种,而且常用转塔的转 位来更换主轴头以实现自动换刀,各个主 轴头上预先装有各工序加工所需要的旋转 刀具,当收到换刀指令时,各主轴头依次 转到加工位置,并接通主运动使相应的主 轴带动刀具旋转,而其他处于不加工位置 上的主轴都与主运动脱开。
6.4.1自动换刀装置的分类
在加工中心上,由于刀具被安装于主轴上,换刀必须在主轴 和刀库之间进行,为此,必须设计专门的自动换刀装置和刀 库,其刀具的交换方式通常可以分为无机械手换刀和带机械 手换刀两大类。
经济型数控化改造中刀架部分的控制设计

序 中 ,刀架 输
入 到 P C的 开 L
匝
图 2 电 动刀 架的 换刀流 程
关 量 信 号 定 义
为 x( 即各 接 口 中 的 I信 号 ) , P C输 出 到 刀 L
在车 床数 控 化改 造 时 ,本 文 所 阐述 的控 制方 法 易 于 实 现 , 其是 在 经济 型数 控改 造 中可 以广泛 应用 。 尤 实践证 明 , 造 后车 床 的换 刀过 程平 稳 , 改 可靠 性好 , 换刀 时 间短 , 换 刀效率 高 。 在实 际使用 中 , 以根 据改 造 中所用 刀架 的 可 规 格和 性 能 , 活增 减刀 位 数 , 活设 置换 刀 的寻 刀 时间 灵 灵 和 反转 夹 紧定 位 时间 ,满 足不 同 型号 的刀 架 经济 型数 控
作者简介 : 蒙斌(9 9 ) 男, 1 7 一 , 讲师 , 硕士 , 主要从 事机 电一体化及数控
技 术方面的的教 学科研 工作。
收 稿 日期 : 0 0 t 一 O 2 1 一 l2
定 目标 刀号 , 系统运 行 到换 刀指令 时 , 给 P C发 出换 刀 便 L 允许( 能 ) 号 , 使 信 刀架 电机 顺 时 针转 动 , 尔传 感 器 ( 霍 开
监 控 时ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 和锁
刀架正转寻刀 , 寻刀监控生效
刀架的换刀过程通过 P C的辅助控制来实现。设置 L
一
个霍尔传感器进行刀位检测 ,刀位信号作为 P C的开 L
关 量输 入 信号 。P C对刀 架 的所 有 I L / 号进 行 逻 辑 处 O信
理 及判 断 ,实 现刀 架 的顺 序 控 制 和换 刀过 程 中的 自动 选
鼹 决方 寨
囵雹雹圆 工艺 , 工襄 , 曩曩 , 诌西 , il / 缓奠 I 改遁
CK7815数控车床刀架改造

3 4 .
车 间 布 局 漫 游
常 用 设 备 建 立 了 数 字 模 型 , 可 进 行 统 一 管 理 , 所 有 并 让 的 车 间 布 局 设 计 工 作 在 虚 拟 环 境 下 进 行 , 大 大 缩 短 可 车 间 设 计 时 间 , 约 设 计 和 车 间 管 理 费 用 。 外 , 想 节 另 要
1 确定方案
根 据 目前 刀 架 的 发 展 水 平 以 及 本 厂 新 购 机 床 刀 架
收 稿 日期 :0 7 2 20年 月
出 一 个 “ ” 号 , P C程 序 对 该 信 号 计 数 , 实 际 刀 1信 由 L 使
号 值 累 加 , 要 求 的 目标 刀 号 与 实 际 刀 号 一 致 时 , 架 当 刀
4 系统特点
① 软 件 很 庞 大 。 要 是 资 源 库 占有 很 大 空 间 ; 主 ② 资源 库 具有 开放 性 。 可根 据需 要配 置 资源库 , 即 资源 库本 身也 可动 态增 减 ; ③可产 生 生产 线 和车 间3 模 型和 信息 模型 ; D ④ 性价 比高 。 于是 国产 软件 , 然 便 宜 ; 性 能 由 当 其
江洪, .o d ok 二次开发实例解析 【 . 等 Sf w r i s M】北京 : 机械工业
出版 社 ,0 4 20 . 6 赛奎春. i a B s 工程应用 与项 目实践 【 . Vs l ai u c M】北京 : 机械工 业 出 版社 , 0 5 20 .
d l a c r / alr / d /, 0 7~1 emi . o g ley p f 2 0 n .
.
3 张浩. 数字化 工厂技术 与应用 【 . M】北京 : 械工业 出版社 , 机
基于西门子802D sl数控系统的伺服刀架控制

基于西门子802D sl数控系统的伺服刀架控制作者:尚陆华王恩为来源:《硅谷》2013年第06期摘要本文针对SIEMENS 802D sl数控系统的数据接口及伺服刀架机构的特点,分析总结出在数控机床中用NC-PLC实现伺服刀架控制的原理及方法,提出伺服刀架的控制流程,并编程实现伺服刀架的有效控制。
关键词 SIEMENS 802D sl;NC-PLC;伺服刀架中图分类号:TP315 文献标识码:A 文章编号:1671—7597(2013)032-025-02刀架,作为数控车床类产品上最重要,最核心的机械部件之一,主要用于夹持切削用的刀具,许多刀架还直接参与切削工作,因此刀架可靠性的好坏,性能的优劣,都直接影响到机床的切削性能和切削效率等。
随着刀架结构,技术的成熟,性能的提高及伺服驱动系统价格的降低,在数控车床上已越来越多地选择配置液压伺服刀架本文主要基于西门子802D sl数控系统,针对卧式12工位伺服刀架展开对回转刀架的结构,数控系统的接口,伺服控制器的接口等进行介绍,并编程分析了伺服刀架的控制原理及过程。
1 伺服刀架控制系统的工作原理1.1 回转刀架介绍数控车刀架一般分为3类,排刀式刀架一般用于小规格的数控车床,以加工棒料或盘类零件为主;当由于某种原因需要数量较多的刀具时,通常采用带刀库的自动换刀装置;本项目中采用的即为数控车床中最常用的一种典型换刀刀架-回转刀架,其是一种最简单的自动换刀装置。
回转刀架上回转头各刀座主要用于安装各种不同用处的刀具,数控机床的自动换刀就是通过回转头的旋转,分度和定位来实现的。
回转刀架主要分为立式刀架和卧式刀架两种,立式回转轴垂直于机床主轴,多用于经济型数控车床,卧式回转刀架的回转轴平行于机床主轴,可径向与轴向安装刀具。
1.2 数控系统的接口西门子的820D sl系统的核心是PPU,它主要包括NCK,PLC,HMI,闭环控制和一些通信任务。
在控制系统中,NCK与PLC通过数据块进行数据信息传递。
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设备数控化 改造 , 以节省资金 , 可 提高装备水平 , 合我 符 2 伺服 转 塔在 C 8 0型 数控 车 床 中的 改造 应 用 K7 2 国 国 情 , 国 利 民 。 了节 约 资 金 , 利 为 旧设 备 翻新 和 改 造 市 场非常活越 , 转塔刀架是数控车床 的核心组件 , 旧设备数 20 年 1 05 2月 , 我公司对 宁夏机床厂生产 的数控车床 控 化 改 造 , 换 转 塔 刀架 是 非 常 必 要 的 。 更 C 72 进 行 了数 控 改 造 ,本 机 床 转 塔 原 采用 液压 转 塔 , K 80 2 0世纪 8 年代 ,数控机床转塔主要采用液压转塔 、 0 霍 尔 元 件 控 制 的 电 动转 塔 ,0世 纪 9 代 初 , 编 码 器 2 0年 由 控 制 刀 位 的 电动 转 塔 主 要从 国外 引进 , 由于 价 格 昂 贵 , 应 用 逻 辑 复杂 , 只有 高 价位 数 控 机 床 选 用 , 码 器 控 制 刀 位 编
的 首 选 转塔 刀 架 。
关键词: 服转塔刀架 ; 制逻辑 ; 伺 控 旧设 备 改 造 中图 分 类 号 : G 5 T 69 文 献 标 识码 : A 文 章 编 号 : 0 6 8 3 ( 0 0 1 — 1 5 0 10 — 9 7 2 1 ) 4 0 0 — 2
数 控机 床是 一 种 稳 定 性 高 、 率 高 、 效 精度 高 的 自动 化 服 转塔 接 收 T指 令后 , 过 P C控 制启 动 伺 服 转塔 转 位 , 通 L 加工装备 , 广泛应用于 回转体零件的切削加工领域 。 当伺服转塔转位信号 为… ’转塔锁紧 电磁 阀得 电 , 塔 1, 转 进行现代化建设 , 急需现代化装备 , 我国是机床拥有 锁紧检测信号为 … , 位电机按给定值运转 , 0’ 转 运转 刀位 量大国, 总量高达 4 0 台, 中数控化率仅 占 6 8%, 符 合 , 服 控 制 单 元 接 到 刀 位 符 合 信 号 , 服 电机 停 转 , 2万 其 %~ 伺 伺 远低于发达 国家 的 2 0%, 加快 现代化建设 速度 , 旧需要 转位完成信号为 … ’ 1 ,转塔锁 紧电磁阀失 电, 转塔锁 紧 , 提高装备水平 , 装备水平决定数控化率 的高低 , 进行老 旧 其转塔锁紧检测信号为… ’ 1, 转塔转位完成 。
进, 到近几年 国产化 , 国产化 的伺服转塔刀架其稳定性 动方式信号 、 其 转塔 到位 的锁紧信号 、 奇偶效验 信号 、 及转 可 靠 , 位 速 度 快 , 位 与 液 压 转 塔 刀架 相 差 无 几 , 为 位故障信号 ,由 N 转 价 成 C发出的 T码选通信号 F I为 1F 3 73 ,7 数 控 车床 新 设 备 生产 和 旧设 备改 造 的首 选 转塔 刀 架 。 信号是 N C向 P C发 出的执行 T码指令的信号 ,目标位 L
( 阳天 乙新 数 控 机 械 有 限公 司 , 宁 沈 阳 104 ) 沈 辽 1 11
摘 要: 转塔 刀 架是 数 控 车 床 的 核 心 部 件 , 着数 控 机 技 术 的发 展 , 塔 刀 架更 新 换 代 很 快 , 控 车床 的 附件 产 随 转 数
品 也 需要 随 之 更 新 换 代 , 由原 来 的液 压 转 塔 刀 架 、 尔元 件 控 制 的 电 动 转 塔 刀 架 、 码 器控 制 的 电 动 转 塔 刀 架 霍 编 发展至今天 , 已被 伺 服 转 塔 刀 架 代 替 。 伺服 转塔 刀 架 的特 点是 , 位 速 度 快 、 位 精 度 高 、 定 性 好 、 转 转 稳 维修 方便 、 应 用逻 辑 简单 明 了 、 于生 产 厂 家设 计 人 员 、 修 人 员 掌 握 , 当今 新 数 控 车床 设 计 和 旧数 控 机 床 翻 新 改 造 的 易 维 是
的 电动转 塔 控 制 逻辑 时序 严 格 , 出现 故 障 时 , 位 调 整 电动转塔 。 2 世 纪 9 代 中期 , 服 转 塔 刀 架 问世 , 是 从 国外 引 0 O年 伺 先
液压系统发生变化时 , 经常导致液压转塔转位异常 , 给生 产带来影响 , 因此 对 该 设 备 转塔 部 分进 行 改 造 , 新 型 的 用 伺 服 转 塔 取 代 液压 转 塔 ,大 大 提 高 了机 床 的稳 定 性 和生 产 效 率 深受 用 户 好 评 。 为 了解 P C逻 辑 控 制 图 , 析 有 关 P C逻 辑 编 制 的 L 分 L 相关信号是一个前提。 首先确定所需工位的接 口信号 : 转 塔 的位置输 出信号 、 转塔转位 的启动信号 、 转塔转位 的启
如下 : 工作 原 理 和 性 能指 标 。 11 技 术 参数 . 10一 刀 架 回零 刀 架 转 到 零 位 ( 准 位 )10 一 自 o1 基 ;0 1 型 号 :F 2 转 动惯 量 : . k ・ 转 位 时 间 :8 。 06 动 就 近 选 刀 刀 架 最 短 路 径 转 位 ; l2 自动 正 转 刀 架 顺 S W1 ; 08 g m ; 1 0 . 00 一 s松 开 或 锁 紧 时 间 :.s ; 位 频 率 :5 / i; 复 定 时 针转 位 ;13 自动 反 转 刀 架 逆 时 针 转 位 ;04 点 动 ; 02 ;转 1 次 rn 重 a 10一 0 l一 手 转 11一 位精 度 : ;定 位 分 度 精 度 : 4 ;工 作 液 体 压 力 : 换 刀 刀 架 点 动 ( 动 ) 下 一 工 位 ;0 5 内嵌 花 样 循 环 ±2 ± ” 2 M a环 境 温 度 : ~4 q 冷 却 液 压 力 :. a 主 输 入 刀架 按 控 制 器 内嵌 程 序 转位 演 示 。 P; 5 0C; 0 5MP ; 2
1 伺服转塔的性能指标和工作原理
已存 在 F 6地 址 中。 2
21 伺 服 转 塔控 制信 号 说 明 .
下 面 以沈 阳 机床 股 份 有 限公 司 数 控 刀架 分公 司生 产 ①伺服刀架设置 6种运行模式 。 由输入信号 M D l O E, 的八工位伺 服转塔 SW1 F 2型为例介绍一 下伺服 转塔 的 M D 2 M D 3 O E , O E 设定输入信号模式 。代码模式 功能说 明
第2 9卷第 1 4期
Vo. No 1 1 29 .4
企 业 技 术 开 发
TECHNOLOGI CAL DEVELOPMENT OF ENTERPRI E S
2 1 年 7月 00
J l .0 0 u y2 1
伺服 转塔 刀架在数 控 车床 改造 中的应 用
许艳 霞 , 高 杰