・设计分析 数控机床自动回转刀架机电系统设计 李长城（齐齐哈尔理工职业学院，黑龙江齐齐哈尔 １６１０４２） 摘 要：数控机床的回转刀架是机床的重要组成部分，用于夹持切削用的刀具， 其结构直接影响着机床的切削性能和切削效率。本文通过 对四工位立式自动回转刀架的总体结构、主要的传动装置，以及控制系统等方面进行设计，并提出了一些意见和措施。 关键词：自动回转刀架；四工位；控制系统 随着数控机床的不断发展，回转刀架作为机床的重要组成 扩展的程序存储器选用ＥＰＲＯＭ２７３２，扩展数据存储器选用 部分，其刀架的结构和性能直接体现了机床的设计和制造技术 ＳＲＡＭ６２６４。其接口图如下所示： 的水平。由于换刀方式的不同，数控机床的刀架系统主要有回 ２．２发信电路的设计 转刀架、排式刀架以及带刀库的自动换刀装置等多种形式。传 统机床的不仅换刀速度慢，而且刀架上只能装一把刀，换刀后 回转刀架的控制部分由发信电路和收信电路两部分组成。 发信电路的设计由执行机构的直流伺服电机来决定，其伺 还必须重新对刀，生产效率低等缺点，因此，不能适应现代化生 产的需要。自动换刀装置的出现大大的弥补了传统刀架的诸多 缺点，自动换刀装置作为加工中心的执行机构，其形式多种多 样，其中回转刀架换刀，更换主轴头换刀以及带刀库的自动换刀 系统最为常见。 １数控机床自动回转刀架的工作原理 机床的回转刀架为螺母升降转位式，其工作过程大体分为 刀架的抬起、转位、定位、压紧四个部分。下图为螺旋升降式刀 架的原理图，其过程如下： １）刀架的抬起数控机床发出换刀的指令，接通电路使电 机正转，通过传动装置，带动蜗轮蜗杆机构，从而使丝杆螺母 逆时针方向转动，使上刀架产生的轴向力把原来处于啮合状态 的齿盘松开，并向上抬起，从而完成刀架的抬起过程。 ２）刀架的转位当蜗轮带动丝杠螺母机构逆时针旋转１５０。 时，此时齿盘完成分开，之后销钉进入套筒的凹槽中，进而完成 刀架的转位。 ３）刀架的定位当上刀架旋转到指定位后，通过机床发出 的换刀指令使霍尔开关接通，在霍尔开关和磁性板对齐的前提 下，开关发出的反馈信号使电机反向转动，同时插销在受力的作 用下进入反靠盘的定位槽，完成粗定位。此时上刀架停止转动， 在电机反转动下使刀架在粗定位的基础上缓慢的落下，并通过 丝杆机构带动上刀架移动的同时，齿盘重新啮合，完成精准定 位。 ４）刀架的压紧完成精准定位以后，齿盘继续加紧直到达 到一定的夹紧力的情况下，电机停止转动，从而进行了一次换刀 的过程。 ２数控机床自动回转刀架控制系统硬件电路接口设 计 ２．１程序存储器和数据存储器的扩展 ＳＲＡＭ６２６４接Ｅｌ图 ＥＰＲＯＭ２７３２接１：３图 １０６日圜目衄 服电机通过ＰＷＭ进行调速，驱动部分采用芯片进行驱动。 ２．３收信电路的设计 信息的反馈是通过传感器来实现，此系统的位置反馈信 号采用霍尔开关进行调节。霍尔开关是一种有源的磁电转换器 件，它在霍尔效应原理的基础上，利用集成封装和组装工艺制 作而成，它可以方便的把磁输入信号转换成实际应用中的电信 号。收信盘上装有４只霍尔开关，每只霍尔开关都有三个引脚，其 ～ ４ 中第１引脚接１２Ｖ的电源，第２引脚接地线，第３脚为输出。刀架转位 使得刀台带动磁铁旋转，在霍尔开关和磁性板对齐的前提下，Ｌ Ｂ Ｂ Ｘ Ｄ 其输出端输出低电平；相反，输出端输出高电平。由４只霍尔开关 输出的４个刀位信号分别送到４只光耦合器中进行处理，Ｏ Ａ Ａ再经过 鲫 光电隔离中的信号再送到输入／输出接口芯片的ＰＢＯ—ＰＢ３。 ３数控机床自动回转刀架控制系统软件设计 控制系统的ＣＰＵ采用８０Ｃ５ｌ单片机，扩展的８２５５芯片作为 回转刀架的收信与发信控制，已ｆＩ：１８２５５芯片的控制口地址为 ７ＦＦＦＨ，则汇编程序清单如下： ＴＯ１ ＭＯＶ ＤＰＴＲ， ＃７ＦＦＥＨ ；置数据口地址 ＭＯＶＸ Ａ，＠ＤＰＴＲ ；执行ＰＡ口的状态 ＪＮＢ ＡＣＣ ４，ＴＥＮＤ ；测试ＰＡ４＝Ｏ？若为０，说明１＃已在工作 位置，则程序转到ＴＥＮＤ 设定延时的反转锁紧时间 ：令ＰＣ４：０，回转刀架电动机正转不起作用 ；令ＰＣ５＝Ｏ，回转刀架电动机反转不起作用 回转刀架电机停转 ；换刀结束 自动回转刀架作为数控机床上的一个重要的附件起着非常 重要的作用，其机电系统的设计直接决定着加工工件精度以及 自动化程度的要求。本文通过对自动回转刀架的的工作原理和 控制系统的设计的简单简绍，实现了回转刀架的自动换刀，使我 们加深了对自动回转刀架的理解，降低了劳动强度，保证了工件 的加工质量，大大提高生产效率，实现了自动化程度的要求。 ［参考文献］ ［１］王爱玲现代数控车床．北京：国防工业出版社，２０１２． ＿２ｊ马永杰，王丽丽，摆玉龙．单片机原理及其应用．北京：清华大学出版社 ２０１１． ［３］陈婵娟．数控车床设 北京：化学工业出版社，２０１２．