1－电动机；2－联轴器；3－蜗杆轴；4－涡轮丝杠；5－刀架底座；6－粗定位
7－刀架体；8－球头销；9－转位套；10－电刷座；11－发信体；12－螺母；13、14－电刷；15－粗定位销

图3-5 数控车床方刀架结构

第四章 PLC控制车床刀架
一、刀架的选用
 　　目前数控车床刀架基本为电动刀架，其特点是定位更准确、迅速。老式传统车床刀架多为手动、液压驱动或少部分的电动，改造时可以根据需要对其加以更换。
 电动刀架可分为卧式转塔刀架（一般安装8～12把刀）和立式电动刀架，立式电动刀架有四工位（或六工位），其中每一种刀架又有抬刀刀架（两端齿盘）和免抬刀刀架（三端齿盘）之分。卧式转塔刀架价格相对较贵，改造中常用四六工位电动刀架。
二、电动刀架的电机控制
 车床的刀架是车床自动换刀的机构，是车床上一个重要的部件。刀架具有很多种类。有霍尔元件检测刀位的简易刀架，有带位置编码可双相换刀的自动刀架，有可带动刀具的自动刀架，控制刀架旋转有的使用普通异步电动机，有的使用伺服电极。有很多刀架的控制厂为车床提供各种各样的刀架。每个厂家生产的刀架控制方法有所差别，就是同一厂家提供不同型号的刀架，其控制时序也不是百分百相同。电动刀架采用三相异步电动机驱动，刀架检测采用霍尔元件。
 控制直流继电器，继电器再驱动交流接触器接通三相交流电源，使刀架电动机正转或反转。电动刀架电机的控制硬件连接。
三、车床刀架控制
 车床的刀架是车床自动换刀的机构，是车床上一个重要的部件。刀架具有很多种类。有霍尔元件检测刀位的简易刀架，有带位置编码可双相换刀的自动刀架，有可带动刀具的自动刀架，控制刀架旋转有的使用普通异步电动机，有的使用伺服电极。有很多刀架的控制厂为车床提供各种各样的刀架。每个厂家生产的刀架控制方法有所差别，就是同一厂家提供不同型号的刀架，其控制时序也不是百分
百相同。
 （一）、简易刀架的控制
  简易刀架是经济型车床上常用的一种自动换刀机构。它的机械结构简单，调试和使用方便。刀架采用三相异步电动机驱动，刀架检测采用霍尔元件。
 这种刀架只能单方相换刀，电动机正转换刀，反转锁紧。刀架反转锁紧时刀架电机实际上是一种堵转状态，因此刀架电机反转的时间不太长，否则可能导致刀架电机的损坏。刀架上每一个刀位都配备一个霍尔元件，如4工位刀架，需配备4个霍尔元件。霍尔元件的常态是截止，当刀具转到工作位置时，利用磁体和霍尔元件导通。将刀架位置状态发送到PLC的数字输入。
  由于霍尔元件只有导通和截止两种状态。对于电平有效的数控系统数字输入接口，应该使用大约1.5千欧的上拉电阻将导通和截止的状态变成低电平和高电平。刀架的电机的转动由PLC数字输出控制。通过PLC的数字输出，控制直流继电器，继电器再驱动交流接触器接通三相交流电源，使刀架电动机正转或反转。
 
 图4-1、电动刀架电机的控制硬件连接图
  当PLC应用程序由数控系统的信号接口或从机床控制面板得到换刀指令后，控制刀架电机正转，同时通过PLC的数字输入监控刀架的实际位置。如果刀架的实际位置等于指令刀具的位置，PLC应用程序控制刀架电机反转锁紧，并启动延时控制。延时时间到达后，刀架反转停止，换刀过程结束。
  车床换刀时要考虑的安全互锁是在换刀过程中刀架不能与工件碰撞。换刀时，零件程序首先控制各坐标轴回退至安全位置，再执行换刀指令TX。换刀完成后，快速移到工件坐标原点，继续加工。就是说在换刀指令完成之前，PLC要锁定零点程序的继续执行，同时要禁止坐标轴的运动。锁定零件程序的继续执行是通过数控系统信号接口中通道信号“读入禁止”实现的。坐标轴的禁止，也是通过通道接口中的“进给保持”信号置位实现的。
 图4-2表示的是简易刀架的控制时序。简易刀架的控制并不复杂，但要设计出一个使用且功能完备的PLC应用程序，除了切换的基本动作以外还需要考虑以下的边界条件。
 
 图4-2
 刀架的锁紧时间
 刀架的锁紧时刀架电机处于堵转状态，所以刀架锁紧时间不能过长。由于不同厂商生产的刀架，反转锁紧的时间可能有所不同，因此刀架的反转锁紧时间在PLC应用程序中是一个可变的值。刀架的锁紧所需的时间，应该以刀架生产厂商的技术标准为准。考虑锁紧时间的可变性，可以使用PLC参数定义刀架的锁紧时间。如果使用了PLC参数，必须在PLC应用程序的技术说明中定义该参数的单位和取值范围。这样在机床的生产过程中，生产人员可以根据PLC技术说明定义PLC参数。同时，在PLC初始化时应检查输入的参数是否在定义的取值范围之内。如果小于低限，则令其等于低限值；如果超出高限，则令其等于高限值。刀架电机的反转时间切忌过长。
 刀架刀位信号监控
  如果刀位检测信号出现问题，将使换刀过程不能结束，应为PLC应用程序永远不能找到零件程序中的目标刀具。这种情况在机床使用过程中是有可能出现的，如冷却液进入刀架，使霍尔元件损坏或刀位信号线断等。从刀架的时序图中可以看出，刀架的位置检测信号在任何时候都没有全“0”也没有全“1”状态。因此，在没有刀架电机转动指令时，如果所有刀位检测信号都为“0”或都位“1”，则说明刀架硬件故障。这时应通过激活PLC报警工作人员提供故障信息，提醒操作人员对刀架进行检修。
 换刀时间监控
  所谓时间监控是是指监控从启动换刀到目标刀具的时间。如在换刀过程中由于刀信号故障或编程错误，都可以导致找不到目标刀位，使换刀过程不能完成。监控换刀时间的PLC应用程序可利用换刀指令激活一个定时器，如果在定时器规定的时间内找到了目标刀具，则将该定时器复位；如果在定时器规定的时间内，没有找到目标刀具，则停止刀架电机的运动，并通过报警提醒操作人员进行修检。同样，换刀的监控时间可以通过PLC参数设定，并在PLC技术说明中定义该参数的单位和取值范围。
二）、带编码器可双相换刀的刀架控制
 在市场上很多生产车床刀架的厂商，提供各种各样的带位置编码、可双相换刀的自动刀架。这里以肖特公司

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