毕业设计(论文)-数控车床四工位刀架电路的PLC控制设计

毕业设计（论文）-数控车床四工位刀架电路的PLC控制设计四川信息职业技术学院毕业设计说明书(论文)第1章机械结构1.1刀架总述数控刀架安装在数控车床的滑板上。

它上面可以装夹多把刀具，在加工中实现自动换刀刀架的作用是装夹车刀，孔加工刀具及螺纹刀具并能准确迅速的选择刀具进行对工件的切削。

刀架滑板由纵向(Z轴)滑板和横向(X轴)滑板组成，纵向滑板安装在床身导轨上，可以沿床身纵向运动，横向滑板安装在纵向滑板上，能沿纵向滑板的导轨进行横向运动，刀架滑板的作用是安装在其上的刀架刀具在加工中实现纵向和横向的进给运动。

1.2换刀的机械原理按下换刀键或输入换刀指令后，电机正转，通过联轴器，蜗杆带动涡轮，螺纹带动螺母刀架体松开并上抬，转位、找刀刀架体的上方有一发信盘，盘中每一到刀位都安装一霍尔开关刀架体旋转到一刀位时。

该刀位的传感器件向数控系统发出信号，数控系统将收到的实际刀位信号与指令刀位信号进行比较，当两信号相同时，说明刀架体已旋转到所选刀位，数控系统控制继电器KA1释放，继电器KA2得电吸合，换刀电动机反转，粗定位销在在弹簧的作用下进入粗定位盘的凹槽中进行粗定位，由于粗定位槽的限制刀架体不能反转只能在该位置垂直落下，刀架体和刀架底座的端面齿啮合，实现精确定位，电动机做适当的延时。

继续反转，当两端面齿增加到一定夹紧力。

刀架体被锁紧时。

电动机停止转动，换刀结束。

第 1 页四川信息职业技术学院毕业设计说明书(论文)第2章电动刀架的电气控制2.1刀架拆卸顺序A、使刀架处于松开状态，拆下上盖1，拆下发讯盘2上的电线，然后拆下小锣母3、发讯盘2、磁钢座4。

B、取出大螺母5内两只M4螺钉，卸下大螺母5及止退圈6、平面轴承、离合盘7。

C、取下上刀体11，拆下外端齿16、螺杆19、螺母18、离合削8、反靠销10(注意外端齿16、螺母18相对于上刀体11的位置。

D、拆下电机、联接座12、端盖22。

E、从端改22端，向联接座12端敲出蜗杆23以轴承。

F、卸下中轴14，取出蜗轮15及平面轴承，卸下反靠盘17。

2、装配顺序A、装配时所有零件清洗上油，传动部位上润滑脂。

B、按拆卸反顺序装配。

C、刀架在啮合状态时，上刀体11与下刀体13应四面平行，反靠销10应在反靠盘17槽中，离合销8应在离合盘7平面上，大约离槽125度左右。

D、用内六角扳手转动蜗杆，使刀架端齿处于松开状态，拧紧大螺母5，然后稍稍松开一点大螺母5，使大螺母5上的螺孔与止退圈6上的螺孔对准，装上2—M5防松螺钉，在转动蜗杆使刀架锁紧。

E、使刀架锁紧，调整磁钢21与霍尔元件(发讯盘3中)的相对位置，使刀架处于要刀位置。

第 2 页四川信息职业技术学院毕业设计说明书(论文)图6-1拆装顺序及结构图2.2工作原理微机发出换刀信号，控制继电器动作，电机正转，通过蜗轮、蜗杆、螺杆将销盘上升至一定高度时，离合销进入离合盘槽，离合盘带动离合销，离合销带动销盘，销盘带动上刀体转位，当上刀体转到所需刀位时，霍尔元件电路发出到位信号，电机反转，反靠销进入反靠盘槽，离合销从离合盘槽中爬出，刀架完成粗定位。

同时销盘下降端齿啮合，完成精定位，刀架锁紧。

(15T)反转时间到，继电器动作，电机停止。

(5/3T)延时绩电器动作，切断电源，电机停转，并向微机发出回答信号，加工程序开始。

第 3 页四川信息职业技术学院毕业设计说明书(论文)2.3电动刀架的电气控制电动刀架的电气控制分强电和弱电两部分，强电部分有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。

根据数控系统的不同，发讯盘及相应控制也不相同，现分别说明:2.3.1 5/3T型换刀时，数控系统将相应刀位线(T1~T4)接地，然后等待回答信号，刀架的松开、转位、锁紧动作均由控制箱完成。

图2-2电气控制图引1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15脚功T1 T2 T3 T4 T5 T6 到电能位源线黄橙蓝白粉紫绿红色红表6-1刀架信号接口(15芯孔式插头)引脚 1 2 3 4功能 PE U V W线色黄绿黑黑黑表2-2刀架电机线接口(4芯针式航空插头)第 4 页四川信息职业技术学院毕业设计说明书(论文)2.3.2 15T型图2-3刀架电机控制图换刀时，数控系统将低电平有效的正转信号送出，然后检测相应刀位信号线(T1~T4)，当所要刀位信号线有效(低电平)后，撤消正转信号，同时给出反转信号，系统已设定反转时间，反转时间到，撤消反转信号。

该种方式我厂也配有控制箱，可代替交流接触器，用户可根据实际情况选用。

引1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15脚功T1 T2 T3 T4 T5 T6 地电能源线黄橙蓝白粉紫绿红色红表2-3刀架信号线接口(15芯孔式插头)引脚 1 2 3 4功能 PE U V W线色黄绿黑黑黑表2-4刀架电机线接口(4芯针式航空插头)A、正位(锁进)信号:有些立式刀架提供正位(锁进)信号，由霍尔传感器发讯，低电平有效。

(LD4-0625刀架，正位信号由微动开关发信，低电平有效) 第 5 页四川信息职业技术学院毕业设计说明书(论文)该信号由一根灰色线在插头(15芯孔式插头)外单独引出。

B、霍尔发讯盘:采用开关型、单记性极性霍尔传感器发讯。

其输出为NPN型常开输出，低电平有效，最大额定输出电流25mA。

使用电源为12V/24VDC。

C、有的发讯盘设计有限流保护电路。

如果发讯盘的输出电流大于额定输出电流则保护电路启动，切断所有刀位信号输出电流(刀架连转)。

此时需断开发讯盘电源，排除电路故障，重新上电即能正常工作。

因此刀架接线时应确认发讯盘的负载电流是否符合要求。

例如不能用发讯盘直接带继电器等大负载器件，另外加上拉电阻时上拉电阻阻值不可太小。

带保护的发讯盘有12V和24VDC两种规格，使用前应确认所使用发讯盘的电源规格。

D、上拉电阻:有些CNC系统要求刀位输入信号高电平有效，此时应加上拉电阻，上拉电阻阻值及功率不可太小，以免损坏发讯盘。

建议在24V电源下使用1.5K,2.2K，1/2W电阻;在12电源下使用620,1500，1/2W电阻。

第 6 页四川信息职业技术学院毕业设计说明书(论文)第3章数控车床刀架PLC控制3.1过程分析以四工位自动刀架为例，刀架电机采用三相交流380V供电，正转是驱动刀架正向旋转，各刀具按顺序依次经过加工位置，刀架电机反转时，刀架自动锁死，保证刀具能够承受切削力。

每把刀具各有一个霍尔位置检测开关。

换刀动作由T指令或手动换刀按纽启动，换刀过程如下:(a)刀架电机正转;(b)检测到所选刀位的有效信号，停止刀架电机，并延时(100s);(c) 延时结束后刀架电机反转锁死刀架，并延时(500s);(d) 延时结束后停止刀架电机，换刀完成。

3.2安全互锁(1)刀架电机长时间旋转(如20s)，而检测不到刀位信号，则认为刀架出现故障，立即停止刀架电机，以防止将其损坏并报警提示;过热报警时，停止换刀过程，并禁止自动加工;3.3程序设计3.3.1 车床刀架用T指令换刀的C语言PLC处理程序 if(X[2]&ox80)==4 //若电机过热(X2.7为0) {*sys_ext_alm()|=4; //则显示2号外部报警:刀架电机过热mod_T_code(0)=-1; //强制T指令完成 return; //从T指令处理程序返回到PLC主程序(以下简称“返回”) }eles //否则*sys_ext_alm()&=,4; //清楚2号外部报警 T_NO=mod_T_code(0)/100; //由T 指令获得所要选的刀号第 7 页四川信息职业技术学院毕业设计说明书(论文)//列如T121，指选1号刀具，刀偏值取21号If(T_stage_dwell>plcl_time); //若设定的换刀延时时间未完成 {T_stage_dwell-=plcl_time; //则延时时间减去本程序执行周期的扫描时间reture; //并且返回}else //否则T_stage_dwell=0; //清零为下次延时准备//进入switch结果，执行换刀顺序的下一步Switch(T_stage) //读取换刀顺序标记 {case 0: //换刀第0步Y[0]|=ox40; //输出Y0.6步，刀架正转Break; //退出switch结构(以下简称“退出”)case 1: //换刀第1步if((X[3]&oxf)!=(1<<(T-NO_1))) { //若本扫描周期读取的刀位信号不是所选刀T_stage=0; //则，回到换刀第0步，即保持正转继续找刀T_change_time+=lcl_time; //记录正转时间If(T_change_time>8 000) //若超过8s没有找到目标刀位 {*sys_ext_alm()|=8; //则显示3号外部报警:换刀超时Y[0]&= ,ox40; //停止电机mod_T_code(0)=-1; //T指令强制完成第 8 页四川信息职业技术学院毕业设计说明书(论文)break; //退出}Else*sys_ext_alm()&=,8; //否则清楚3号外部报警 Break; //退出}Y[0]&=,ox40; //否则，表示以到达所选刀位，Y0.置零，停止刀架正转 T_stage_dwell=100; //设定停止延时=100ms Break; //退出case 2; //换刀第2步Y[0]|=ox80; //Y0.7置1，刀电机反转锁死刀架T_stage_dwell=500; //反转时间为500ms Break; // 退出Case 3; //换刀第3步Y[0]&=,ox80; //Y0.7置0，刀架电机停止旋转 Mod_T_code(0)=-1; //置T指令完成标记 Break; //退出}T_stage++; //换刀顺序标记加1//若顺利，下面的程序扫描周期中//待延时时间完成后自动进入换刀顺序过程的下一步第 9 页四川信息职业技术学院毕业设计说明书(论文)3.4刀架控制逻辑3.4.1控制逻辑刀架控制逻辑见表2-1分类条件结果刀架正转信号有效，信号一自动方式下零件加工成功直保持到实际刀位与编程中执行T代码程序中T代码与实际刀位不T代码一致，然后刀架反转信符时号自动生效。

反转信号的保持时间由机床参数设定刀架正转信号有效，直至换手动方式下按下换刀键，直刀键松开，然后刀架反转信号连续换刀至刀架转到所需位置自动生效。

反转信号的保持时间由机床设定刀架正转信号有效，直至刀架手动方式下短促按下手动换转过一个刀位，然后刀架反转点动换刀刀键信号自动生效表2-13.4.2信号地址、名称和意义刀架控制的有关信号地址、名称和意义见表2-2输入信号类型地址及名称意义I0.0、I0.1、I0.2、I0.3刀位反馈I/O—PLC信号刀架在T1位时I0.0为ON 信号V25002000.0、V25002000.1、读入编程指令T1,则V25002000.2、V25002000.3NCK—PLC信号 V25002000.0为ON 零件程序中的T1、T2、T3、T4V31000000.2有效运动方式“手动” OFF时为自动方式 MCP—PLC信号V1000000.3换刀键(K4) 按下K4，V1000000.3为ON 输出信号类型地址及名称意义PLC—I/O信号 Q0.4、Q0.5刀架正反转输出刀架正反转信号 PLC—MCPV11000000.3刀架运动状态显示刀架正反转时，LED4亮表2-2第 10 页四川信息职业技术学院毕业设计说明书(论文)3.4.2自动换刀系统1.自动换到系统I/O口定义(1)输入I口I0.0、I0.1、I0.2、I0.3:刀位检测信号; I0.4:锁紧到位检测信号;I2.1:机床面板上的手动换刀键; I2.2:零件程序中的T指令正转信号; I2.3:零件程序中的T指令反转信号。