刀架系统

刀架系统（精选9篇）

刀架系统 篇1

0 引言

曲轴是发动机内部最为关键的部件,曲轴精度的高低与自身结构的优劣对发动机性能具有决定性的影响[1]。曲轴的加工工艺复杂,大型曲轴制造加工工艺更加复杂,由于其自身尺寸大、质量大,所以一般需要专用机床加工[2,3]。

数控重型曲轴铣车复合加工中心是加工船舶用大型曲轴的关键设备,它能够同时满足大型曲轴对车削加工和铣削加工的需求,方便地完成曲轴径与主轴径的加工,简化曲轴加工工艺,提高加工精度。数控重型曲轴铣车复合加工机床的核心部件是分体开合式数控旋风切削刀架,旋风刀架负责完成曲轴径的精密加工,与普通车削加工不同,在其加工过程中,工件固定不动,通过刀盘的旋转带动刀架旋转,进而完成对曲轴径的加工。

在旋风切削刀架中,加工工件时工件的振动特性与U轴(刀座)精密进给精度是两项关键技术指标,对工件的加工精度具有显著影响。U轴(刀座)进给运动采用闭环控制,进给精度可达±2μm。本文通过制定测试系统方案,选用测试所需硬件以及开发测试系统软件,来完成这两项指标的精度测试。

1 测试系统设计

1.1 测试系统方案设计

结合测试任务,制定测试系统方案,如图1所示。选用KISTLER微型加速度计采集旋风刀架进行切削加工时工件在X、Y、Z三个方向加速度的变化,并通过研华公司生产的USB-4711A数据采集器接收加速度信号。采用HEIDENHAIN光栅长度计采集位移信号,并通过PIC16F877A单片机完成对长度计输出脉冲信号的辨向和计数。数据采集过程均由计算机内的测试系统软件进行控制,测试系统软件能够控制数据的采集、传输,并能实现图形绘制、数据输出等功能。

1.2 测试系统硬件结构与软件开发

1.2.1 振动加速度信号采集

(1)KISTLER微型加速度计。

本次测试采用KISTLER 8765A250M5微型三向加速度计来采集工件在X、Y、Z三个方向的加速度变化数据,它的量程范围是±250g,灵敏度为20mV/g,工作温度范围是-54～165℃,壳体与地绝缘,具有很好的灵敏度稳定性,在整个工作温度变化范围内,灵敏度的变化仅为1.6%,因此在复杂的环境下仍然可以保持较高的测试精度。采集到的数据通过三向电缆传送给KISTLER5134B电荷放大器,进而传至送数据采集器中。

(2)研华USB-4711A数据采集器。

USB-4711A数据采集器上配有FIFO,可储存高达1kB的A/D采样数据,可实现高速数据传输,采样速率可达150kB/s,能够实现单端或差分混合的模拟量输入、可编程计数器等功能,可以满足本次测试任务需要。

使用该数据采集器时,可通过三种触发方式进行数据采集:①代码编写比较简单,适合低速采集的软件触发方式;②适合高速采集的中断触发方式;③DMA触发方式,目前应用较广的是中断触发方式。本次测试采用多通道中断触发方式进行数据采集[4],数据采集流程如图2所示。

1.2.2 位移信号采集

(1)HEIDENHAIN光栅长度计。

HEIDENHAIN-MT2751是测量精度与分辨率均较高的光栅长度计,测量范围为25mm,分辨率为0.2μm,结构坚固,便于使用。当被测物体发生位置变化时,它会产生两路相差1/4周期的脉冲Ua1与Ua2,脉冲的个数正比于位移的大小,脉冲的频率正比于速度的大小,方向由两路脉冲相位确定。通过对两列脉冲的辨向计数就可以获得被测物体的位移信息。

(2)PIC16F877A单片机。

单片机通过软件计数方式对长度计输出的两路脉冲信号进行辨向计数。软件计数方式是指通过在一路脉冲信号的下降沿处判断另一路脉冲电平的高低进行加减计数[5]。位移信号采集电路如图3所示。

在此电路中,单片机的INT/RB0端口是中断触发端,检测长度计输出的一路脉冲信号中的下降沿;RB3作为另外一路信号的接收端,通过单片机内部的编程实现对RB3接收信号电平高低的判断,完成辨向计数,通过计算机内的MSComm控件完成单片机与计算机之间的串口通信,将计数值传输给计算机[6]。单片机数据采集流程如图4所示。

由于PIC16F877A是8位单片机,为扩大计数范围,程序中定义的计数值变量count是16位的。为了避免数据传输中的传输错误和丢失数据,需要将count拆分成两个字节,并制作成一个数据包发送。数据包的格式为“头标识+数据+尾标识”,用这种方法发送的数据中,如果有作为头尾标识和控制符的字节,则要转换为“控制符+字节”。在该方法中,头标识为0xDB,尾标识为0xDE,控制符为0xDC,数据包含两个字节,先发送计数值count的高八位,再发送count的低八位。当计算机端接收到数据后可作相应的处理,提取数据包中有效的数据部分。

2 试验测试与数据处理

由于厂方未能在规定的时间内完成旋风刀架的加工与装配工作,因此不能针对旋风刀架做实际测试。但为了验证测试系统的正确性与可行性,需要采用其他机床来进行替代性的试验测试。结合现有条件,分别针对实验室内的开放式五坐标数控加工机床铣削块状工件上表面时工件的振动特性与立铣床Y轴工作台进给精度进行测试。

虽然在替代性试验测试中机床的加工情况与旋风切削刀架铣削轴径表面的加工情况并不完全一致,但是从信号采集、数据处理的角度来说,所设计的测试系统运行的情况基本相同,因此替代性试验测试能够验证所设计的测试系统能否应用到实际当中。

2.1 振动性能测试

2.1.1 试验测试

此项测试针对开放式五坐标数控加工机床,当它铣削块状工件的上表面时,工件会发生一定的振动,利用固定在工作侧面的加速度计来检测工件三个方向加速度变化情况。分别采集在表1所示的两种工况下工件加速度的变化情况。

在数据采集过程中,设置采样率为400,由于在加工过程中,X方向为切削力主方向,其加速度变化幅度大于Y方向和Z方向,因此,本文只对两种工况下X方向的加速度进行数据处理,由X方向加速度数据曲线。可以看出,工件振动加速度数值变化存在着一定的规律,工件加速度的变化趋势也反映了在切削过程中工件所受合外力的变化趋势。

2.1.2 数据处理

由于测试数据中存在较多干扰信号,为了提取X方向加速度信号中的工件振动信号,排除传感器的漂移、外界噪声的干扰,有必要对数据进行处理。采用MATLAB数据处理软件对加速度数据进行分析处理。数据处理过程主要包括滤波、去均值、去趋势项[7,8],对数据进行滤波,在数据处理中主要用到了以下函数:

da=dtrend(da);%去除数据向量da中的直流分量

da=dtrend(da,n);%去除数据向量da中的n阶趋势项

da=idfilt(da,n,fz);%对数据向量da进行滤波,阶数为n,fz为截止频率的上下限

首先对数据进行傅里叶变换,计算功率谱,得到两种工况下X方向加速度频谱特性,如图5所示。通过对频谱特性的分析可知,工况1下切削振动的主能量发生在频率为100Hz左右,工况2下为100Hz和150Hz左右。测试中,奈奎斯特频率为200Hz。从图5也可以看出,信号中存在着低频振荡,影响了数据测量的精度,通过设置idfilt函数中的fz参数(实际频率与奈奎斯特频率的比值),可以过滤掉这些干扰信号,处理后得到的加速度数据曲线如图6所示。

通过对数据的处理与分析可知,在不同的主轴转速、不同的进给量、不同的吃刀量下,工件的振动加速度变化情况是不相同的。主轴转速与工件进给速度对工件的振动特性均有很大的影响。通过此项测试可知,该测试系统能够满足采集振动信号的需要。

2.2 U轴进给精度测试

2.2.1 试验测试

立铣床的工作台Y轴采用闭环控制,进给精度为±1μm。在测试中,编制数控程序使立铣床的工作台沿Y轴在不同的进给速度下做低速运动,利用长度计采集Y轴进给运动的位移数据。图7所示为进给速度为1mm/min时测试软件的显示界面,通过此项测试可以看出,所设计的测试软件运行正常,能够较好地采集、处理、保存数据。

2.2.2 数据处理

从图7所示的位移时间曲线软件界面上可以看到数据处理结果,其中采集到的数据个数N为1499,数据最大值为4.9984mm,最小值为-0.0018mm,平均值为2.4659mm,最大位移偏差Δsmax=0.0147mm,最小位移偏差Δsmin=-0.3399mm,这段位移上的位移误差为

Δs=Δsmax-Δsmin=0.3546mm

位移标准差为

$\sigma {}_{\text{s}}=\sqrt{\frac{1}{{\rm N}-1}{\displaystyle \sum _{i=1}^{{\rm N}}(}s{}_i-\widehat{s}{}_i){}^2}=0.0001$mm

由所测得的数据可以看出,测试系统软件较好地实现了对工作台进给精度的测试。但是通过试验也能够发现,测试结果有一定的误差,这是由于长度计的精度与分辨率比较高,对外界环境要求较为严格,而实际测试环境较差,周围振动、噪声等干扰信号对测试结果造成了一定的影响,因此,在以后的实际测试中,应当注意改善测试环境,减少外界环境的干扰,提高测试精度。

3 结语

为检测分体开合式旋风刀架的加工精度,本文针对其加工工件时工件的振动性能与U轴(刀座)进给精度两项指标开发了性能测试系统,完成了测试系统的硬件搭建与测试软件的开发, 结果表明,测试系统能够较好地完成对测试信号的采集与处理,能够以图形和数据文本的形式将数据进行输出。最后,通过试验测试与数据处理,验证了所开发的测试系统的正确性与可行性。

参考文献

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刀架系统 篇2

课程名称：机制工艺装备课程设计

目录

序言 …………………………………………………………………………………………… 第1章 方刀架的工艺分析…………………………………………………………………

1.1 零件的功用……………………………………………………………………………

1.2零件的工艺分析……………………………………………………………………… 第2章 方刀架的工艺路线的拟订………………………………………………………

2.1 毛坯的选择…………………………………………………………………………… 2.2 定位基准的选择……………………………………………………………………… 2.3 表面加工方法的选择………………………………………………………………… 2.4 工艺路线的拟订…………………………………………………………………………… 第3章 主要工序设计…………………………………………………………………………… 3.1 粗车右端面工序设计……………………………………………………………………… 3.2 粗车左端面工序设计……………………………………………………………………… 3.3 钻Φ25孔工序设计……………………………………………………………………… 3.4 磨右端面工序设计……………………………………………………………………… 3.5 铣四侧面工序设计……………………………………………………………………… 3.6 铣四侧压刀槽工序设计………………………………………………………………… 3.7 精铣C面工序设计……………………………………………………………………… 3.8 以Φ25mm孔中心线定位，车环形槽及倒角工序设计……………………………… 3.9 钻铰4×φ15孔工序设计…………………………………………………………… 3.10精铣C面工序设计……………………………………………………………………… 3.11钻Φ10mm攻M12-6H的螺栓孔工序设计……………………………………………… 第4章 夹具设计……………………………………………………………………………

4.1 任务与要求……………………………………………………………………………

4.2定位方案设计……………………………………………………………………………

1.定位基准的选择 2.定位元件的布置 3.定位误差分析与计算

4.3 夹紧方案的设计………………………………………………………………………

1.夹紧力计算

2.夹紧元件设计与校核

4.4 夹具操作使用说明…………………………………………………………………… 结束语…………………………………………………………………………………………… 参考文献…………………………………………………………………………………………… [1] 主编姓名.书名[M].出版地：出版社，出版年份.序言

机械制造加工工艺与机床夹具设计是在学完了大学的全部基础课、技术基础课以及全部专业课之后进行的一次理论联系实际的综合运用，进而使对机械有了进一步的认识，为以后的工作打下基础。它是主要是对零件的加工工艺和对零件的某几个工序加工进行专用夹具的设计，从零件的工艺来说，它主要是分析零件在进行加工时应注意什么问题，采用什么方法和工艺路线加工才能更好的保证精度，提高劳动生产率。就专用夹具而言，好的夹具设计可以提高产品生产率、精度、降低成本等，还可以扩大机床的使用范围，从而使产品在保证精度的前提下提高效率、降低成本。通过这次设计，培养了编制机械加工工艺规程和机床夹具设计的能力，这也是在进行毕业之前对所学课程进行的最后一次深入的综合性复习，也是一次理论联系实际的训练。

机械制造工艺学课程设计综合了机械制造工艺学和其它专业课知识，充分展现了学生在生产实习中的实践能力。本说明书是关于方刀架的一个简单工艺设计过程，在这次为期两个星期的设计，不仅让我们对所学课程进行了一次全面深入的总复习，而且为毕业设计提供了一次热身的机会，真正实现了理论联系实际。本课程设计通过方刀架零件图的分析，确定了该零件的毛坯材料及尺寸规格。通过对零件的加工工艺分析，确定了该零件的加工工艺路线，确定了该零件的加工工具，编写了详细的机械加工工艺文件，工艺过程卡片和工序卡片。

就我个人而言，希望通过这次课程设计对自己未来将从事的工作进行一次适应性训练，从中锻炼自己的分析问题、解决问题的能力。在这次设计中，我最大的收获是我懂得了要当一名合格的设计师是多么的不容易，在此谢谢老师和同学们在设计过程中给我的帮助。

第一章 零件的工艺分析

1.1 零件的作用

方刀架是车床溜板箱中的一个主要零件。方刀架位于溜板箱上的小托板上用来安装刀具，小托板又固定在转盘上面，通过转盘的转动来带动方刀架的转动从而改变刀具的方向和进刀的角度。通过用螺钉的紧固作用在机床上快速的实现车刀固定，夹紧、转换，为车工提供方便，同时也节省了大量的辅助时间，大大提高了生产效率。

1.2 零件的工艺分析

1.2.1 零件图样分析

由零件图可知，其材料为45钢。该材料具有足够的强度、刚度和韧性，适用于承受弯曲应力和冲载荷作用的工作条件。

0.01915mm孔对基准B的位置度要求为0.05mm。0（1）（2）图中左端（方刀架底面）平面度公差为0.008mm。（3）图中左端对基准B的垂直度要求为0.05mm。（4）C表面热处理40～45HRC.（5）材料为45钢。

1.2.2 工艺分析

从方刀架这个零件所给零件图可以看出，其主要有两组加工表面，且它们之间有一定的

位置要求。现将这两组表面分述如下：

1、以左端面为加工表面

这一组加工表面包括：4个直径为Φ15mm的螺栓孔，尺寸为Φ25mm的孔。

2、以右端面为加工表面

这一组的加工表面包括：8个Φ12mm的螺纹通孔，尺寸为Φ35的孔及倒角。这两组加工表面之间有着一定的位置要求，主要是：（1）两轴孔之间的平行度为0.008；

（2）左端面相对于孔Φ25mm表面的垂直度为0.015，左端面的平面度为0.008；（3）定位销孔对轴孔的平行度为0.01。

3、该零件为车床用方刀架，中建周围槽用于装夹车刀，其C面直接与车刀接触，所以要求有一定的硬度。因此表面淬火40～45HRC。

4、该零件左端面与车床托板面结合，并可以转动。1500.019mm孔用于刀架定位时使用，以保证刀架与主轴的位置，其精度直接影响机床的精度。

5、零件中四个侧面和左右两端面均有较高的精度要求，因此在工序中安排磨削以保证定位时的精度。

第2章 方刀架的工艺路线的拟订

2.1 毛坯的选择

零件材料为钢，有较好的刚度和耐磨性，零件的轮廓尺寸125mm125mm72mm，属于箱壳类零件，结构比较简单规则，但某些加工面和孔的尺寸精度、平面度、垂直度、位置精度、表面粗糙度要求比较高，铸件适用于制造复杂形状的毛坯，锻件适用于形状简单，强度要求高的毛坯。但因此零件并不是很复，因此该零件选择毛坯为锻件，锻件制造的方法有自由锻和模锻两种。自由锻毛坯精度低、加工余量大、生产率低，适用于单件小批量生产以及大型零件毛坯。模锻毛坯精度高、加工余量小，生产率高、适用于中批以上生产的中小型零件毛坯。常用的锻造材料为中、低碳钢及低合金钢。所以该零件应选择自由锻的方法制造毛坯。

2.2 定位基准的选择

2.2.1粗基准的选择

零件的毛坯锻造时其两端面难免有平行度的误差。毛坯如图所示：

加工时若以小端面A作为粗基准定位，则加工后大端面C能够与小端面平行，可以保证零件壁厚均匀，但却保证不了A、B两面的厚度及B、C两面的厚度；若以大端面C作为粗基准定位，A面作为非配合表面的要求不高，这样以配合表面作为基准可以提高零件的精度，满足要求。由上面的分析可知，我们要加工的零件必须保证壁厚均匀，对加工余量没有特殊要求，所以可以选择以大端面做为粗基准。

2.2.2精基准的选择

选择精基准时，应重点考虑如何减少工件的定位误差，保证加工精度，并使夹具结构简单，工件装夹方便。有任务书中给定的零件图上可以看出零件的设计基准是左端面，如果我们选择左端面做为精基准，符合基准重合的原则，同时又可以保证右端面和压刀槽端面的精度要求，符合基准统一的原则，而且装夹也很便。故选择左端面作为精基准。

2.3表面加工方法的选择

该方刀架加工质量要求较高，可将表面加工阶段划分成粗加工、半精加工和精加工几个阶段。在粗加工阶段，首先将精基准（方刀架右端面）准备好，使后续工序都可采用精基准定位加工，保证其他加工表面的精度要求；然后粗铣方刀架头四周侧面、方刀架的四周环槽和倒角。在半精加工阶段，完成方刀架C面的精铣加工和四侧面的磨削加工保证各表面的垂直度和平面度。最后进行各孔的钻、铰和螺纹的加工。

2.4工艺路线的拟定

拟订工艺路线是工艺规程设计的关键步骤。工艺路线的优略，对零件的加工质量、生产率、生产成本以及工人的劳动强度，都有很大影响。通常情况下，制定工艺路线的出发点，应当是使零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术 能得到合理的保证。在生产纲领已确定为中批生产的条件下，可以考虑采用万能性机床配以专用工夹具，并尽量使工序集中来提高生产率。

工序1：正火

工序2：粗车右端面。

工序3：粗车左端面。工序4：半精铣右端面。工序5：半精铣左端面。

工序6：钻、镗Φ25mm孔及倒角1.5×45。

工序7：磨Φ25mm孔及左端面定位，磨右端面保证尺寸39mm。工序8：铣四侧面保证尺寸125×125去毛刺。工序9：铣四侧压刀槽,保证尺寸24㎜,粗铣C面。工序10：精铣C面保证尺寸18㎜；8条边各倒角1×45° 工序11：热处理,C表面淬火HRC40∽45.工序12：以右端面定位，磨左端面保证尺寸72mm和18mm。工序13：以Φ25mm孔中心线定位，车环形槽。工序14：钻4—Φ15mm的孔。

工序15：钻9—ΦM12-6H的螺栓孔，攻丝。

工序16：钻扩Φ10mm，其入口深18mm处，扩至Φ10.2mm，攻螺纹M-12—6H。工序17：终检。

第三章 主要工序的设计

3.1工序2粗车右端面

该工序分为6个工步，工步1是粗车右端面。工步2是钻22mm孔工步3是扩33mm孔，0.030工步4 是车孔360mm深39.5㎜.工步5是切槽370.33mm工步6是倒角。

1.工步1粗车右端面

（1）背吃刀量

工步1的背吃刀量ap1取为Zl，Z1等于Z1=2.5mm-0.5mm = 2mm；而工步2的背吃刀量ap2取为Z2，故ap2= Z2=2mm。

(2)进给量

查《切削用量手册》表1.30得C620-1车床的中心高为200㎜.查《切削用量手册》表1.1选择刀杆尺寸为B×H=16㎜×25㎜.刀片的厚度为4.5㎜查《切削用量手册》表1.2粗车锻件的毛坯可选择YT5牌号硬质合金刀。车刀计划形状查《切削用量手册》表1.3需安装

10，6，12，0 查《切削用量手册》表卷屑槽带倒棱刀。前刀面k1.4在粗车钢料刀杆尺寸为B×H=16㎜×25㎜.，背吃刀量ap1=3～5mm以及工件直径为100～400mm时，进给量f=0.5～1.0mm/r按C620-1说明书选择进给量f=0.5mm/r.(3)切削速度

根据《切削用量手册》表1.10当用YT15硬质合金车刀加工钢料时ap17mm进给量f0.5mm时切削速度vt109m/min。查《切削用量手册》表1.28得切削速度的修正参数ktv0.65,katv0.92,ksv0.8,kTV1.0,KKV1.0。

所以vcvtkv1090.650.920.8m/min52.1m/min

1000v100052.193.7r/min d177由本工序采用C620-1车床，取转速nw=96r／min，故实际铣削速度为：dnw177196v53.35m/min

10001000302L 其中L,根据【4】表1.26车削时的切量不超切量ly,lmmtj2fn所以ns1302 y12.5mm，L12.5104.412104.41tj1.977min960.55（0.15~0.2）.151.9770.297mintftj0

其他时%（6%（1.9770.297）0.136mintq16tjtf）.9770.2970.1362.41mintdjtjtftq1综上得ap2mm,v53.35m/min,f0.55mm/r,n96r/min

2.工步2钻φ22孔

由工件材料45号钢，孔φ22选用高速钢，麻花钻头查《切削用量手册》表2.7知进给量f=0.39～0.46mm/r，取f0.46mm/r查《切削用量手册》表2.13和2.14得v16mmin。

1000v100015217.1rmin，由于本工序在C620-1上加工取机床转速d3.1422nd2303.142215.89mmin。n230rmin，而实际切削速度v10001000L4】表2.21查出y8mm；tjnf其中Lly，l77，入切量及超切量【778tj2300.460.803mintf0.15tj0.150.8030.120minn3t q6%（tjtf）6%（0.8030.120）0.055mintdjtjtftq0.8030.1200.0550.978min3.工步3扩φ33mm孔深35mm

33225.5mm查2《切削用量手册》表2.10高速钢和硬质合金扩孔钻扩孔时得进给量f0.3~1.1mm/r，取f1.0mmr由于和工步二在同一台机床上加工，所以机床转速n230rmin切削速度nd2303.1433v23.8mmin。

10001000由工件材料45号钢，孔φ12选用高速钢，扩孔钻由背吃刀量ap

L其中Lly，l35.5入切及超切量y0nf35.5tj0.154min2301.0 mintf0.2tj0.20.1540.308tjttqdj6%（6%（0.1540.308）0.028mintjtf）tjtftq0.1540.3080.0280.49min0.034.工步4车φ360mm深39.5mm孔

36331.5mm，可一次走刀完成，选用硬质合金车刀，查《切削用2r查量手册》表1.4知进给量f0.3~0.5mm/r，取f0.4mm/《切削用量手册》表1.10得切削速度v138~156mmin，取v138mmin。

1000v1000138n1220.8rmin，d3.1436按机床c620-1取，所以实际n1200rminnd12003.1436v135mm。i n10001000L39.5其中l39.5mm0.082mintjnftj12000.40.150.0820.012min ttf0.15tj，f背吃刀量ap

（0.0060mint6%tt）0.0120.00600.10mintttt0.082qjfdjjfq5.工步5切槽φ370.13mm

37360.5mm，可一次走刀完成，选用硬质合金车刀，查《切削用2量手册》表1.4知进给量f0.3~0.5mm/r，取f0.3mm/r，查《切削用量手册》表1.10得切削速度v156~176mmin，取v156mmin。

1000v1000156n1342rmin，按机床c620-1取n1200rmin，所以d3.1437nd12003.1437139.4mmin。实际v10001000L30.008mintjnf0.31200 0.20.20.0080.0016minttfj背吃刀量ap6%（0.0080.0016）0.0006mint

0.0080.00160.00060.01minttttqdjjfq3.2工序3粗车左端面

工序3和工序2的第一工步，加工条件完全一样，所以ap2mm，r53.35mmin，f0.55mmr，n96rmin。

1.977min，0.297min0.136min，2.41mttttjfqdj3.3工序6钻Φ25mm孔

选择φ23高速钢锥柄标准麻花钻

Dn机实际切削速度：VC机=100023183100013.22m/min。

3.4工序7磨右端面

（1）选择砂轮 查《工艺手册》第三章中磨料选择各表依表选为WA46.kv6p250×25×25×127其含义为砂轮磨料为白刚玉粒度为40号硬度为中软.陶瓷法合剂6号组织平软砂轮其尺寸为250×25×75（d×b×D）

（2）切削用量的选择

查《机械制造工艺设计简明手册》表4.2-31 砂轮转速 Nb=3000r／min 78013m／min轴向进给量fa0.5B0.52512.5mm60 工件速度vw10m／min径向进给量fr0.015mmv砂（3）工时的计算

砂轮转速 Nb=3000r／min 78013m／min轴向进给量0.5B0.52512.5mmvfa砂60工件速度10m／min径向进给量0.015mmvfrw

切削工时2LbZKb当加工一个表面时(见【3】表6.28）t11000vffar

式中L为加工长度L125mmb为加工宽度b125mm

Zb为单面加工余量Zb0.5mmk系数K1.10v工作台放出速度10（m/min）向进给量0.015（mm）f工作台往返一次砂轮轴向进给量12.（5mm）f工作台往返一次砂轮径ar21251251.10.5t10.917min10001012.50.015

mint1.8341.8340.2751mint0.15t0.15

（6%（1.8340.2751）0.1265mint6%tt）mintttt2.236jfjqjfdjjfq

3.5工序8铣四侧面 1 刀具选择

根据《切削用量手册》表1.2选择YT15硬质合金刀片，根据表3.1铣削深度ap4mm时，端铣刀直径d080mm,Ge为60mm,但已知铣削宽度ae77mm，故应根据铣削宽度ae90mm，选择d0125mm,由于采用硬质合金端铣刀，故Z=4，铣刀几何形状查《切

5,a08,010,s15,r05。削用量手册》表3.2得kr60,kre30,kr

2选择切削用量

1.背吃刀量

由于加工余量不大，故可一次走刀内切完成，则ap2mm。

2.每次进给量f2，采用不对称端铣以提高进给量查表3.5，当使用YT刀，铣床功率为7.5kw时f20.09~0.18mms，但因采用不对称端铣刀，故取f20.18mms。

3.选择铣刀抹钝标准及刀具寿命，查《切削用量手册》表3.7铣刀后刀面最大磨损量为 1.0mm。由于铣刀直径d0125mm，故刀具寿命 T180min（见查《切削用量手册》表3.8）

4.切削速度 vc 和每分钟进给量Vf

查《切削用量手册》表3.10得nvc313rmin,Vfc263mmmin根据X62W铣床主要技术参数查《切削用量手册》表得nc300rmin,Vfc235mmmin因此实际切削速度和每次进给量为

Vc3.14125300117.8mmin10001000 vfc235f2c0.20mmsnc23004ap2mm,vfc235mmmin,n300rmin,vc117.8mmin,f20.20mms d0nL 式中Lly，l126查【4】表3.26入切量及超切量y0tjvf126tj0.536min235tf0.15,tj0.150.5360.08mintt qdj6%(tjtf)0.037mintjtftq0.5360.080.0370.653min

铣四个侧面的时间t总4tdj40.6532.612min

3.6工序9铣四侧压刀槽 选择刀具

查《工艺手册》表3.1-27铣刀种类及应用范围选用高速镶齿面铣刀，查《工艺手册》表3.1-28选择铣刀直径d0160mm,L28mm，齿数Z=26 切削用量的选择

1.背吃刀量apL28mm 铣削宽度ae25.5mm

2.每次进给量查《切削用量手册》表3.3知f20.08~0.15mms

取f20.15mms

3.铣刀磨钝标准和刀具寿命，查《切削用量手册》表3.7铣刀后刀面最大磨损量为0.6mm查《切削用量手册》表3.8铣刀平均寿命为T180min

4.切削速度vc 和每分钟进给量vf 铣床主要技术参数查《切削用量手册》表得nc190rmin,Vfc300mmmin因此实际切削速度和每次进给量为 根据X62WVcf2c终上3.1416019095.4mmin10001000 vfc3000.06mmsnc219026 d0nap28mm,vfc300mmmin,n190rmin,vc95.4mmin,f20.06mms3.7工序10精铣C面 1选择刀具

查《工艺手册》表3.1-27铣刀种类及应用范围选用高速镶齿面铣刀，查《工艺手册》表3.1-28选择铣刀直径d0160mm,L28mm，齿数Z=26 2切削用量的选择

1.背吃刀量apL2mm 铣削宽度ae25.5mm

2.每次进给量查《切削用量手册》表3.3知f20.08~0.15mms

取f20.15mms

3.铣刀磨钝标准和刀具寿命，查《切削用量手册》表3.7铣刀后刀面最大磨损量为0.6mm查《切削用量手册》表3.8铣刀平均寿命为T180min

4.切削速度vc 和每分钟进给量vf 铣床主要技术参数查《切削用量手册》表得

nc19r0miVn30mm0mi因此实际切削速度和每次进给量为nfc,根据X62WVcf2c3.1416019095.4mmin10001000vfc3000.06mmsnc219026

ap2mm,vfc300mmmin,n190rmin,vc95.4mmin,f20.06mms  d0nL 式中L，其中73tlll1l2jvf

ae(dae)(1~3)25.5(16025.5)(1~3)58.56(1~3)59.56~61.56取6ll11734610.46mintj3000.55.150.460.069minttj0f %（6%（0.460.069）0.032mint6tt）单侧槽t.56minttt0 工序总时间4t2.24mintqjfjfqdj

1453.8工序13以Φ25mm孔中心线定位，车环形槽及倒角

背吃刀量ap2.5mm选用YT15硬质合金车刀查《切削用量手册》表1.4知f0.5~0.9mms 取f0.6mms

查《切削用量手册》表1.10得v123~138mms 取v130mmsn按机床C620-

11000v1000130390.5rmin d3.14106取n380rmin，因此实际切削速度vnD3803.14106126mmin。100010000.01915mm孔 03.9工序14钻铰4×φ（1）钻14.8500.180.0190.019mm粗铰14.950mm孔 mm精铰150由于工件材料为45钢孔14.850取ap=14.85mm0.18mm高速钢钻头查《切削用量手册》表2.7知进给量f=0.31～0.37m/r取f=0.36m/r.查切表2.13及2.14得v=11～12m/min取v=12m/min ns1000v100012257.4r/min πD3.1414.85由于本工序理由Z550型立式钻床取转速n=250 r/min 实际切削速度vdwnw10003.1414.8525011.66m/min

1000L其中lly其中l9mm查【4】表2.29入切量及超切量y6mnfL960.1667mintjnf2500.360.033min tf0.2tj0.20.1667tjty6%（6%(0.16670.033)0.012mintftj）所以钻一个孔的时间ttjtf0.0330.0120.2117minty0.1667该工步总时间0.8468mintdj4t40.2117（2）粗铰14.950取背吃刀量0.070mm孔工步

ap0.070mm查《切削用量手册》表0.1mm又工件材料为45钢孔14.9502.2知进给量f=0.3～0.5取f=0.4m/r切削量为v=5～7m/min取v=6m/min

ns1000v10006127.8r/min πD3.1414.95根据Z550钻床取n=125 r/min 实际切削速度v（3）精铰工步 取背吃刀量

dwnw10003.1414.951255087m/min

1000a0.070又工件材料为45钢孔14.95mm查《切削用量手册》0.05mm0p表2.2知进给量f=0.3～0.5mm/r取f=0.3mm/r切削量为v=5～7m/min取v=5m/min ns1000v10005106.2r/min πD3.14153.1415125实际切削速度vdwnw5.88m/min

10001000

3.10工序15钻9—ΦM12-6H的螺栓孔

（1）钻9.800.18mm孔工步

0.18取由工件材料为45钢9.80mm高速钢钻头查《切削用量手册》表2.7得进给量f=0.22～0.28取f=0.27查《切削用量手册》表2.13及2.14得切削速度v=12～14m/min取v=14m/min ns1000v100014454.96r/min πD3.149.8由于本工序采用Z550型立式钻床取转速n=500r/min 实际切削速度vdwnw10000.070（2）粗铰9.960mm孔工步

由于工件材料为45钢孔9.9603.149.850015.39m/min

10000.070mm查《切削用量手册》表2.24知进给量f=0.3～0.5mm/r取f=0.4mm/r切削量为v=5～7m/min取1000v10006v=6m/minns191.8r/min

πD3.149.96根据Z550钻床取n=185r/min 实际切削速度v（3）粗铰1000.030dwnw10003.149.961855.78m/min

1000《切削用量手册》表2.24知进给量f=0.3～0.5mm查mm孔工步

0.030由于工件材料为45钢孔100取f=0.3m/r切削量为v=5～7m/min取v=5m/minnS1000v10005159.2r/min

πD3.1410根据2550钻床取n=185r/min

1000（4）攻M12-6H螺纹

3.11工序15钻Φ10mm攻M12-6H的螺栓孔

（1）钻φ10.2mm孔

由工件材料45钢孔φ10.2孔高速钢钻头查《切削用量手册》表2.7高速钢钻头钻孔时的进给量得f=0.25～0.3mm/r取f=0.25m/r查《切削用量手册》表2.13及2.14得v=12m/min实际切削速度vdwnw3.14101855.8m/min

1000

10.25.1mm取ap=21000v100012nsπD3.1410.2374.7r/min

3.1410.239211.25m/min

100v由于本工序采用Z550型立式钻床取转数n=351 r/min 故实际切削速度V=dwnw100vtL l=24mm查【4】表2.29得入切量与超切量y+=5mm故其中Llytjnf245==0.33min jnf3510.25

（2）攻螺纹M12-6H

.2.20.330.066mint0t0%（6%（0.310.061）0.024mint6tt）

加工孔的时间t.330.660.0240.42minttt0所以该工序的加工时间0.423.38mint8fjqjfjfqdj

第四章 夹具设计

4.1任务与要求

需要加工的是4×Φ15孔,需要保证的尺寸是Φ850.2,设计的基准是左端面及Φ25孔。本夹具将用于Z525立式钻床。刀具为M12丝锥，以及φ10的高速钢麻花钻。

4.2定位方案设计 1.定位基准的选择

由零件图可知，该端面与四侧端面垂直、与Φ36㎜孔中心线垂直，其设计基准为Φ36㎜孔中心线。为使定位误差为零，应选择以Φ36㎜孔中心定位，还应用螺旋夹紧机构夹紧。2.定位元件的布置

螺旋夹紧机构对称分布在零件的两侧 如图

3.定位误差分析与计算

由于在加工的时候,芯轴是垂直放置的,所以定位误差为△jw=△D+△d+△=0.021+0.21+0.042=0.082<1/3×0.4=0.133 所以满足定位要求 4.3 夹紧方案的设计 1夹紧力计算

2.夹紧元件设计与校核 元件如图所示

直径为12的螺栓产生的加紧力为517N。满足要求。

结束语

将近两周的课程设计结束了。经过本次课程设计，我又了解到了很多我以前所不知道的东西，我从中学到了很多书本上所没有的那些学不到的东西，这次的毕业设计使我受益匪浅。

我这次课程设计所设计的题目是方刀架工艺工装设计，其中也涉及到了一些我以前所未接触到过的知识。

在以前的各项设计中，如机械制图、机械设计、专用夹具的设计、工艺工装的设计、刀具、量具等各项设计中，我在各位老师的细心指导下，我们学到了不少专业知识，为我的这次毕业设计打下了良好的基础。但是这次的毕业设计与以往的各项课程设计都有所不同，它是将我们以前学习的各种专业知识汇总起来的一次综合运用，这为我们的将来也为我们走向

工作岗位打下了良好的基础，同时也积累了不少的实际经验。

机械制造工业是国民经济最重要的部门之一，是一个国家或地区经济发展的支柱产业，其发展水平标志着该国家或地区的经济实力，科技水平，生活水准，和国防实力，机械制造业是国发经济的装备部，是为国民经济提供装备和为人民生活提供耐用消费品的行业，不论是传统产业，还是新兴产业，都离不开各种各样的机械设备，机械制造业的生产能力和发展水平标志着一个国家和地区国民经济现在化的程度，但是光有设备是还不能满足我们的要求的，我们不但要有先进的设备，还要有先进的工艺参数，还要有优质的人才，在我国的切削行业当中，还存在着许多有待我们改进的地方，与传统切削加工相比，高速切削加工具有明显的优越性，其应用前景也十分广阔。但是在加工方面而言，进行高速切削的前提是要有先进的自动化刀具，有自动化的工艺参数，否则一切都是白费的，本课程虽然只介绍了一本普通车床的方刀架，但是我觉的任何先进的东西都是从底层一步一步慢慢做起的，没有基层的发展就不会有新事物的出现，机械制造工艺的内容极其广泛，它不但包括零件的制造，机械的加工，还有热处理和产品的装配等，由于社会在不断的向前发展，一此先进的技术不断的进入到了机械行业的领域当中，这使得我们机械行业的发展得到了腾飞。

车床方刀架的研究为我们以后来的转位车刀以及一些自动换刀技术做了一些基础性的发展。一方面它使我们懂得了刀架的作用以及一些加工的基本要领，还让我们明白了精度要求对于一个机械加工行业来说是多么的重要，另一方面，它使我们在机械加工，机械制造行业不断的基累经验和知识，能够让我们早日研制出新的产品，实现我们经济的腾飞。在本课程的学习当中，我主要以以下几个方面做为重点，做为研究发展的方向：

刀架的作用以及要保证加工零件的精度跟哪些方面有关系 在综合分析切削加工领域知识及信息需求与处理需求的基础上，认真得出了结论，机械加工中，零件的精度并不是一个单一的概念，它和许多因素都存在着或多或少的关系。要想保证零件的精度，首先要有一个高精度的机床，所谓高精度的机床也无非就是存在几个方面的高精度，其中刀架的精度要保证，而要保证刀架的精度就必须要在加工刀具时有精度高的工装和夹具，所以在加工的过程当中，是环环相扣的，不能有一丝的马虎。

在机械加工中要不断的提高劳动生产率 众所周知，一个企业，一个国家，要有好的实力要有好的效益就必须不断的提高生产率，所谓劳动生产率也就是在最短时间内做出数量更多的产品，当然这是要在保证生产质量的前提下完成的，提高劳动生产率的方法一是提高功削用量，采用高速切削，当然这只是适用于粗加工的环境当中，如果在精加工当中，也一味的按照这种方法来提高劳动生产率的话，那么零件的粗糙度便不能保证，也就是说零件的质

量已经受到了限制。第二种方法是改进工艺方法，创造新的工艺，研制新的产品，这也正是我们研究这次课程的目的，使其能够给以后的发展，以后的发明创造做个开始，打下基础。

另外，我还要对本次课程设计辅导的张老师表示衷心的感谢。其次，在整个毕业设计的过程中，也有很多的同学给我提出了一些宝贵的意见和建议，在此，我再一次的对他们表示感谢。

参考文献

数控车床回转刀架电气故障检修 篇3

关键词：数控车床 回转式刀架 电气故障 检修 PLC状态

一、问题的提出

在数控机床维修课程教学过程中，如果一味地运用原始的检测手段进行故障检修，就会耗费较长的时间。因此利用数控系统自身的状态监测功能可以有效地提升数控机床维修效率。在数控车床常见故障中，数控车床刀架的故障占数控车床故障比例较高。

数控车床换刀一般的过程是：换刀电动机接到换刀信号后，通过蜗轮蜗杆减速带动刀架旋转，由发讯盘上的霍尔元件发出刀位信号，数控系统再利用这个信号与目标值进行比较以判断刀具是否到位。刀具换位后，电动机反转锁紧刀架。

那么能否根据对数控机床输入输出信号的监测对数控车床刀架进行相应的检修呢？

二、刀架故障情况初步判断方法

1.问

在接到维修要求时，应仔细聆听操作工反映的现象，对产生疑问的地方，应询问清楚，以便排除人为因素造成的问题。

2.听

先让刀架分别在手动和自动的模式下运行，现场聆听刀架运转声音，以便观察是否存在异常噪声。

3.看

（1）看刀架运转过程是否正常。

（2）观察被加工零件的精度以及零件表面切屑痕迹，以便判断刀架是否锁紧，重复定位是否良好。

4.转

对有故障的刀架，不要急于拆卸，可用手工方式转动刀架。对于四工位刀架，其蜗杆端部都有一个6mm内六角孔，可以先拆除该处一颗密封螺钉，再用六角扳手或螺钉旋具转动蜗杆，使刀架进行转位、锁紧。

三、运用数控系统面板进行刀架运行的监视

在通常情况下，数控系统内部程序都不会出现丢失或人为更改的情况，因此在检修时，我们可以对PLC程序监视检查外部输入输出信号的有无，但PLC程序比较长，无法在同一界面上对不同信号进行监视。因此，对于较多信号点的程序，我们可以不用逐行查看系统PLC程序，而可以直接根据数控系统说明书找到与刀架相关的输入输出信号，这样就可以快捷地实现对运动部件信号的检测。

在GSK988T数控车床刀架中，使用的信号分别为：X1.7对应1号刀位信号、X2.0对应1号刀位信号、X2.1对应1号刀位信号、X2.1对应1号刀位信号，输出信号为：Y1.6对于刀架正转启停信号、Y1.7对于刀架反转启停信号。

在进行信号的检测时，我们可以根据数控车床输入接口信号和输出接口信号的接线图（图1、图2）进行检测。

图1 GSK988T输入接口信号 图2 GSK988T输出接口信号

数控车床工作时换刀形式有两种，一种为手动模式，用手动操作按顺序更换刀具；另一种是在手动数据输入或自动模式下进行的自动换刀，可以按顺序更换，也可以进行跳跃式更换。这两种模式都有相对应的PLC换刀程序进行控制，它可以由数控系统界面：系统→梯形图→监视→选择对应的梯形图进入，进行监视。但是由于程序较长，一个界面通常无法进行良好的监视，因此不便于监测。但在熟悉了系统刀架换刀过程及在换刀过程中所需要用到的相关信号后，操作者就可以直接在PLC状态界面下进行监视，由系统→梯形图→PLC状态→X、Y、F、G进入到相应界面。

四、运用数控系统监视PLC状态的功能处理与刀架相关的几个故障

1.刀架旋转不停后中断

故障现象：刀架在手动模式下给出换刀指令后旋转10秒后停止，系统出现刀具无法找到和换刀超时的故障报警。

故障分析：故障原因有可能是下一把刀的信号出现丢失，导致系统无法搜索到刀位信号。

故障排除：在手动数据输入或在自动模式下，直接执行寻找换刀之前的刀位，在换刀完成后，再执行之前的手动模式换刀操作。同时，观察GSK988T数控系统的输入输出信号，发现下一把刀具没有信号反馈，当前刀具X1.7和另外两个刀位信号都有反馈，而X2.0的信号没有反馈，因此输出信号只有Y1.6刀架正转有动作，而刀架反转信号Y1.7始终没有动作。通过检测发讯盘信号，发现与X2.0信号相连的刀位信号线出现断路。在线路连接好之后，重新执行相应操作，刀架恢复正常。但有时也存在发讯盘上对应刀位信号的霍尔元件出现问题的情况，我们在利用万用表对霍尔元件进行检测后发现，发讯元件失效，经更换后换刀恢复正常。

2.换刀启动到下一刀位后中断

故障现象：刀架在手动模式下给出换刀指令后，旋转到下一刀位后停止，没有反转锁紧刀架的动作。在10秒钟后，系统出现刀具无法找到和换刀超时的故障报警。

故障分析：此故障有可能是由于刀架的反转锁紧信号给出后没有执行的原因。

故障排除：在手动数据输入或在自动模式下直接执行寻找换刀之前的刀位。同时观察GSK988T数控系统的输入输出信号，发现当前刀具X1.7和下一把刀具信号都有反馈，刀架输出信号Y1.6刀架正转有动作，刀架反转信号Y1.7也有动作。通过检测发现，与刀架反转信号Y1.7相连的中间继电器线圈触头位置出现严重腐蚀，继电器未能动作，从而无法执行反转动作。在修复触头后，刀架恢复正常。

3.刀架不能正转启动换刀

故障现象：无论是在手动模式下，还是在手动数据输入或自动模式下进行刀架换刀，刀架不能够旋转换刀。

故障分析：故障原因有可能是在刀架正转信号给出后没有执行。

故障排除：通过监视PLC状态，我们发现在复位后重新执行换刀时，输出信号Y1.6有信号发出，而且此时与该信号相接的中间继电器得电动作，但是驱动刀架正转的接触器没有动作。经过检测发现，与该接触器相连的线路被老鼠咬坏，出现断路。经修复后，刀架恢复正常运转。

五、刀架其他常见电气故障发生原因及排除方法

1.电动机故障

（1）故障现象：换刀一开始出现反转。

故障分析：三相电源线相序接反。

故障排除：立即切断电源，调整三相电源相序。

（2）故障现象：刀架接触器吸合时出现噪音，不能吸合。

故障分析：电压过低。

故障排除：待电源电压正常后，再使用或提供稳压电源。

（3）故障现象：正转时接触器有动作，但电动机不转。

故障分析：电动机损坏或是电动机的驱动线出现断线现象。

故障排除：更换电动机或修复断路点。

2.刀架换刀完成后出现松动，刀架锁不紧

故障分析：系统反锁时间不够长。

故障排除：调整系统反锁时间参数即可（新刀架反锁时间t=1.2s）。

参考文献：

[1]李元博.数控车床立式四方刀架故障维修[J].科技创新导报，2013（17）.

[2]谈治国.数控车床四工位刀架的维修[J].金属加工（冷加工），2010（5）.

（作者单位：广东省机械高级技工学校）endprint

摘 要：本文主要介绍了在数控机床维修课程中，如何对与GSK988T数控车床相适应的四工位回转式刀架进行电气故障检修，通过列举日常教学过程中出现的与之相关的电气故障排除的案例，结合学生所学的PLC知识，运用数控系统自身的系统状态监视功能对刀架进行相应的故障检测分析。

关键词：数控车床 回转式刀架 电气故障 检修 PLC状态

一、问题的提出

在数控机床维修课程教学过程中，如果一味地运用原始的检测手段进行故障检修，就会耗费较长的时间。因此利用数控系统自身的状态监测功能可以有效地提升数控机床维修效率。在数控车床常见故障中，数控车床刀架的故障占数控车床故障比例较高。

数控车床换刀一般的过程是：换刀电动机接到换刀信号后，通过蜗轮蜗杆减速带动刀架旋转，由发讯盘上的霍尔元件发出刀位信号，数控系统再利用这个信号与目标值进行比较以判断刀具是否到位。刀具换位后，电动机反转锁紧刀架。

那么能否根据对数控机床输入输出信号的监测对数控车床刀架进行相应的检修呢？

二、刀架故障情况初步判断方法

1.问

在接到维修要求时，应仔细聆听操作工反映的现象，对产生疑问的地方，应询问清楚，以便排除人为因素造成的问题。

2.听

先让刀架分别在手动和自动的模式下运行，现场聆听刀架运转声音，以便观察是否存在异常噪声。

3.看

（1）看刀架运转过程是否正常。

（2）观察被加工零件的精度以及零件表面切屑痕迹，以便判断刀架是否锁紧，重复定位是否良好。

4.转

对有故障的刀架，不要急于拆卸，可用手工方式转动刀架。对于四工位刀架，其蜗杆端部都有一个6mm内六角孔，可以先拆除该处一颗密封螺钉，再用六角扳手或螺钉旋具转动蜗杆，使刀架进行转位、锁紧。

三、运用数控系统面板进行刀架运行的监视

在通常情况下，数控系统内部程序都不会出现丢失或人为更改的情况，因此在检修时，我们可以对PLC程序监视检查外部输入输出信号的有无，但PLC程序比较长，无法在同一界面上对不同信号进行监视。因此，对于较多信号点的程序，我们可以不用逐行查看系统PLC程序，而可以直接根据数控系统说明书找到与刀架相关的输入输出信号，这样就可以快捷地实现对运动部件信号的检测。

在GSK988T数控车床刀架中，使用的信号分别为：X1.7对应1号刀位信号、X2.0对应1号刀位信号、X2.1对应1号刀位信号、X2.1对应1号刀位信号，输出信号为：Y1.6对于刀架正转启停信号、Y1.7对于刀架反转启停信号。

在进行信号的检测时，我们可以根据数控车床输入接口信号和输出接口信号的接线图（图1、图2）进行检测。

图1 GSK988T输入接口信号 图2 GSK988T输出接口信号

数控车床工作时换刀形式有两种，一种为手动模式，用手动操作按顺序更换刀具；另一种是在手动数据输入或自动模式下进行的自动换刀，可以按顺序更换，也可以进行跳跃式更换。这两种模式都有相对应的PLC换刀程序进行控制，它可以由数控系统界面：系统→梯形图→监视→选择对应的梯形图进入，进行监视。但是由于程序较长，一个界面通常无法进行良好的监视，因此不便于监测。但在熟悉了系统刀架换刀过程及在换刀过程中所需要用到的相关信号后，操作者就可以直接在PLC状态界面下进行监视，由系统→梯形图→PLC状态→X、Y、F、G进入到相应界面。

四、运用数控系统监视PLC状态的功能处理与刀架相关的几个故障

1.刀架旋转不停后中断

故障现象：刀架在手动模式下给出换刀指令后旋转10秒后停止，系统出现刀具无法找到和换刀超时的故障报警。

故障分析：故障原因有可能是下一把刀的信号出现丢失，导致系统无法搜索到刀位信号。

故障排除：在手动数据输入或在自动模式下，直接执行寻找换刀之前的刀位，在换刀完成后，再执行之前的手动模式换刀操作。同时，观察GSK988T数控系统的输入输出信号，发现下一把刀具没有信号反馈，当前刀具X1.7和另外两个刀位信号都有反馈，而X2.0的信号没有反馈，因此输出信号只有Y1.6刀架正转有动作，而刀架反转信号Y1.7始终没有动作。通过检测发讯盘信号，发现与X2.0信号相连的刀位信号线出现断路。在线路连接好之后，重新执行相应操作，刀架恢复正常。但有时也存在发讯盘上对应刀位信号的霍尔元件出现问题的情况，我们在利用万用表对霍尔元件进行检测后发现，发讯元件失效，经更换后换刀恢复正常。

2.换刀启动到下一刀位后中断

故障现象：刀架在手动模式下给出换刀指令后，旋转到下一刀位后停止，没有反转锁紧刀架的动作。在10秒钟后，系统出现刀具无法找到和换刀超时的故障报警。

故障分析：此故障有可能是由于刀架的反转锁紧信号给出后没有执行的原因。

故障排除：在手动数据输入或在自动模式下直接执行寻找换刀之前的刀位。同时观察GSK988T数控系统的输入输出信号，发现当前刀具X1.7和下一把刀具信号都有反馈，刀架输出信号Y1.6刀架正转有动作，刀架反转信号Y1.7也有动作。通过检测发现，与刀架反转信号Y1.7相连的中间继电器线圈触头位置出现严重腐蚀，继电器未能动作，从而无法执行反转动作。在修复触头后，刀架恢复正常。

3.刀架不能正转启动换刀

故障现象：无论是在手动模式下，还是在手动数据输入或自动模式下进行刀架换刀，刀架不能够旋转换刀。

故障分析：故障原因有可能是在刀架正转信号给出后没有执行。

故障排除：通过监视PLC状态，我们发现在复位后重新执行换刀时，输出信号Y1.6有信号发出，而且此时与该信号相接的中间继电器得电动作，但是驱动刀架正转的接触器没有动作。经过检测发现，与该接触器相连的线路被老鼠咬坏，出现断路。经修复后，刀架恢复正常运转。

五、刀架其他常见电气故障发生原因及排除方法

1.电动机故障

（1）故障现象：换刀一开始出现反转。

故障分析：三相电源线相序接反。

故障排除：立即切断电源，调整三相电源相序。

（2）故障现象：刀架接触器吸合时出现噪音，不能吸合。

故障分析：电压过低。

故障排除：待电源电压正常后，再使用或提供稳压电源。

（3）故障现象：正转时接触器有动作，但电动机不转。

故障分析：电动机损坏或是电动机的驱动线出现断线现象。

故障排除：更换电动机或修复断路点。

2.刀架换刀完成后出现松动，刀架锁不紧

故障分析：系统反锁时间不够长。

故障排除：调整系统反锁时间参数即可（新刀架反锁时间t=1.2s）。

参考文献：

[1]李元博.数控车床立式四方刀架故障维修[J].科技创新导报，2013（17）.

[2]谈治国.数控车床四工位刀架的维修[J].金属加工（冷加工），2010（5）.

（作者单位：广东省机械高级技工学校）endprint

摘 要：本文主要介绍了在数控机床维修课程中，如何对与GSK988T数控车床相适应的四工位回转式刀架进行电气故障检修，通过列举日常教学过程中出现的与之相关的电气故障排除的案例，结合学生所学的PLC知识，运用数控系统自身的系统状态监视功能对刀架进行相应的故障检测分析。

关键词：数控车床 回转式刀架 电气故障 检修 PLC状态

一、问题的提出

在数控机床维修课程教学过程中，如果一味地运用原始的检测手段进行故障检修，就会耗费较长的时间。因此利用数控系统自身的状态监测功能可以有效地提升数控机床维修效率。在数控车床常见故障中，数控车床刀架的故障占数控车床故障比例较高。

数控车床换刀一般的过程是：换刀电动机接到换刀信号后，通过蜗轮蜗杆减速带动刀架旋转，由发讯盘上的霍尔元件发出刀位信号，数控系统再利用这个信号与目标值进行比较以判断刀具是否到位。刀具换位后，电动机反转锁紧刀架。

那么能否根据对数控机床输入输出信号的监测对数控车床刀架进行相应的检修呢？

二、刀架故障情况初步判断方法

1.问

在接到维修要求时，应仔细聆听操作工反映的现象，对产生疑问的地方，应询问清楚，以便排除人为因素造成的问题。

2.听

先让刀架分别在手动和自动的模式下运行，现场聆听刀架运转声音，以便观察是否存在异常噪声。

3.看

（1）看刀架运转过程是否正常。

（2）观察被加工零件的精度以及零件表面切屑痕迹，以便判断刀架是否锁紧，重复定位是否良好。

4.转

对有故障的刀架，不要急于拆卸，可用手工方式转动刀架。对于四工位刀架，其蜗杆端部都有一个6mm内六角孔，可以先拆除该处一颗密封螺钉，再用六角扳手或螺钉旋具转动蜗杆，使刀架进行转位、锁紧。

三、运用数控系统面板进行刀架运行的监视

在通常情况下，数控系统内部程序都不会出现丢失或人为更改的情况，因此在检修时，我们可以对PLC程序监视检查外部输入输出信号的有无，但PLC程序比较长，无法在同一界面上对不同信号进行监视。因此，对于较多信号点的程序，我们可以不用逐行查看系统PLC程序，而可以直接根据数控系统说明书找到与刀架相关的输入输出信号，这样就可以快捷地实现对运动部件信号的检测。

在GSK988T数控车床刀架中，使用的信号分别为：X1.7对应1号刀位信号、X2.0对应1号刀位信号、X2.1对应1号刀位信号、X2.1对应1号刀位信号，输出信号为：Y1.6对于刀架正转启停信号、Y1.7对于刀架反转启停信号。

在进行信号的检测时，我们可以根据数控车床输入接口信号和输出接口信号的接线图（图1、图2）进行检测。

图1 GSK988T输入接口信号 图2 GSK988T输出接口信号

数控车床工作时换刀形式有两种，一种为手动模式，用手动操作按顺序更换刀具；另一种是在手动数据输入或自动模式下进行的自动换刀，可以按顺序更换，也可以进行跳跃式更换。这两种模式都有相对应的PLC换刀程序进行控制，它可以由数控系统界面：系统→梯形图→监视→选择对应的梯形图进入，进行监视。但是由于程序较长，一个界面通常无法进行良好的监视，因此不便于监测。但在熟悉了系统刀架换刀过程及在换刀过程中所需要用到的相关信号后，操作者就可以直接在PLC状态界面下进行监视，由系统→梯形图→PLC状态→X、Y、F、G进入到相应界面。

四、运用数控系统监视PLC状态的功能处理与刀架相关的几个故障

1.刀架旋转不停后中断

故障现象：刀架在手动模式下给出换刀指令后旋转10秒后停止，系统出现刀具无法找到和换刀超时的故障报警。

故障分析：故障原因有可能是下一把刀的信号出现丢失，导致系统无法搜索到刀位信号。

故障排除：在手动数据输入或在自动模式下，直接执行寻找换刀之前的刀位，在换刀完成后，再执行之前的手动模式换刀操作。同时，观察GSK988T数控系统的输入输出信号，发现下一把刀具没有信号反馈，当前刀具X1.7和另外两个刀位信号都有反馈，而X2.0的信号没有反馈，因此输出信号只有Y1.6刀架正转有动作，而刀架反转信号Y1.7始终没有动作。通过检测发讯盘信号，发现与X2.0信号相连的刀位信号线出现断路。在线路连接好之后，重新执行相应操作，刀架恢复正常。但有时也存在发讯盘上对应刀位信号的霍尔元件出现问题的情况，我们在利用万用表对霍尔元件进行检测后发现，发讯元件失效，经更换后换刀恢复正常。

2.换刀启动到下一刀位后中断

故障现象：刀架在手动模式下给出换刀指令后，旋转到下一刀位后停止，没有反转锁紧刀架的动作。在10秒钟后，系统出现刀具无法找到和换刀超时的故障报警。

故障分析：此故障有可能是由于刀架的反转锁紧信号给出后没有执行的原因。

故障排除：在手动数据输入或在自动模式下直接执行寻找换刀之前的刀位。同时观察GSK988T数控系统的输入输出信号，发现当前刀具X1.7和下一把刀具信号都有反馈，刀架输出信号Y1.6刀架正转有动作，刀架反转信号Y1.7也有动作。通过检测发现，与刀架反转信号Y1.7相连的中间继电器线圈触头位置出现严重腐蚀，继电器未能动作，从而无法执行反转动作。在修复触头后，刀架恢复正常。

3.刀架不能正转启动换刀

故障现象：无论是在手动模式下，还是在手动数据输入或自动模式下进行刀架换刀，刀架不能够旋转换刀。

故障分析：故障原因有可能是在刀架正转信号给出后没有执行。

故障排除：通过监视PLC状态，我们发现在复位后重新执行换刀时，输出信号Y1.6有信号发出，而且此时与该信号相接的中间继电器得电动作，但是驱动刀架正转的接触器没有动作。经过检测发现，与该接触器相连的线路被老鼠咬坏，出现断路。经修复后，刀架恢复正常运转。

五、刀架其他常见电气故障发生原因及排除方法

1.电动机故障

（1）故障现象：换刀一开始出现反转。

故障分析：三相电源线相序接反。

故障排除：立即切断电源，调整三相电源相序。

（2）故障现象：刀架接触器吸合时出现噪音，不能吸合。

故障分析：电压过低。

故障排除：待电源电压正常后，再使用或提供稳压电源。

（3）故障现象：正转时接触器有动作，但电动机不转。

故障分析：电动机损坏或是电动机的驱动线出现断线现象。

故障排除：更换电动机或修复断路点。

2.刀架换刀完成后出现松动，刀架锁不紧

故障分析：系统反锁时间不够长。

故障排除：调整系统反锁时间参数即可（新刀架反锁时间t=1.2s）。

参考文献：

[1]李元博.数控车床立式四方刀架故障维修[J].科技创新导报，2013（17）.

[2]谈治国.数控车床四工位刀架的维修[J].金属加工（冷加工），2010（5）.

一种专用车床刀架 篇4

汽车在行驶过程中, 经常需要刹车, 因此汽车制动盘的磨损非常快。当制动盘磨损到一定程度时就要对其修整, 对制动盘表面进行车削后再用。在汽车修理行业, 车削制动盘通常使用制动盘专用车床。普通车床普遍采用单刀车削, 而制动盘专用车床则不同, 为了提高效率, 保证加工精度, 必须采用双刀同时车削。下面介绍一种制动盘专用车床刀架。

1, 8, 15.紧定螺钉2.手柄3.刻度盘4.导向套5.进刀螺杆6.刀架体7.左刀杆9.左车刀10.右车刀11.右刀杆12, 14.挂簧柱13.拉簧16.锁紧螺钉

1 结构

刀架结构见图1。导向套装入刀架体中, 进刀螺杆旋入导向套中, 然后依次装入刻度盘、手柄, 手柄与进刀螺杆之间用紧定螺钉1锁紧。左车刀装入左刀杆刀槽中并用紧定螺钉15锁紧, 左刀杆装入刀架体的左侧斜孔中, 锁紧螺钉16可以锁紧左刀杆, 斜孔侧面装入紧定螺钉8, 挂簧柱12和挂簧柱14分别旋入刀架体斜孔底部和刀杆底部螺纹孔中, 两挂簧柱之间挂一拉簧。右车刀等装入刀架体右侧斜孔中, 与左侧完全对称。

2 工作原理

从结构图中可以看出:旋转手柄时, 手柄带动进刀螺杆旋转, 由于导向套是固定的, 所以进刀螺杆在旋转的同时又可轴向移动, 根据手柄不同的旋转方向, 进刀螺杆可前进或后退。刀杆外圆有一纵向键槽, 紧定螺钉8对刀杆起导向作用, 即刀杆在刀架体斜孔中只能轴向移动而不能转动。刀杆在刀架体底部的拉簧作用下其尾端斜面始终与进刀螺杆前端斜面接触。随着进刀螺杆的前进或后退刀杆可在刀架体斜孔中伸出或缩进, 即可实现进刀或退刀。刻度盘圆锥表面有一圈刻度线, 导向套外圆表面有一条纵向刻线, 旋转手柄时只要连同刻度盘一同旋转, 就可实现精确进刀。需要特别注意的是, 进退刀时锁紧螺钉16一定要松开, 车削时必须锁紧。具体工作时, 将刀架体固定在专用车床的滑板上, 即可实现对制动盘的车削。

3 结语

这种刀架满足制动盘专用车床的要求, 结构简单, 效率高, 方便实用。在刀架的制造过程中要注意保证零件的加工精度, 以确保加工出高精度的制动盘。

摘要：汽车制动盘磨损到一定程度, 不能保证有效刹车时, 可对其表面进行车削后再用。通常使用专用车床车削制动盘, 而且必须采用双刀同时车削, 否则难以保证制动盘的加工精度。文中介绍的制动盘专用车床刀架, 可同时安装两把车刀, 左右对称, 实用性强。

关键词：汽车制动盘,车削,专用刀架

参考文献

伺服刀架电机的选型研究 篇5

由于具有转位准确可靠、过载扭矩大、可任意变速、起动停止平滑等优点,伺服电机日益得到广泛地应用,尤其对于数控机床的重要配套产品———自动转位刀架更有突出意义。它使刀架的转位准确度、可靠性、夹紧力、变速性能等得到较大的提升,并使其结构变得简单。

伺服电机刀架较多地用于高档的数控机床。大量的普通机床(特别是经济型数控机床)主要还是采用全电动自动转位刀架[2]。

2 刀架伺服电机的选用

以中心高为100mm的刀架,选用三菱HC-SF52型伺服电机为例,通过计算所选用的伺服电机在两种极端使用条件下的输出扭矩,验证该伺服电机的输出扭矩是否有足够的力矩克服刀架的加速启动扭矩和不平衡扭矩,且有较大的富裕量。

2.1 电机参数

额定扭矩:2.4N·m;

最大扭矩:7.2N·m;

额定功率:500W;

额定转速:2000r/min;

最大转速:3000r/min;

转动惯量:J=6.6×10-4kg·m2;

GD2=258.7×10-4N·m2。

2.2 刀架参数

工位数:12;

减速齿轮比:i=45;

最大镗刀杆(Φ32mm×300mm)质量:MTG=1.9kg;镗刀座质量:MTZ=2kg;

镗刀组件质量:MT=MTG+MTZ=3.9kg;

镗刀组件力臂:rT=190mm;

刀盘尺寸(直径×厚度):Φ340mm×80mm;

刀盘质量:

MD=(π×d2×h×γ)/(1000×4)=(3.14×342×8×7.8)/4000=57kg;

γ=7.8g/cm2。

2.3 刀架运转参数

刀盘转速(见图1):n=40r/min;

伺服电机加速时间:Δt=0.05s;

伺服电机转速:1800r/min。

3 伺服电机扭矩

刀架在运转过程中主要克服如下扭矩:

1)刀盘启动时的加速扭矩TJS;

2)刀盘夹装刀具后产生的不平衡(偏载)扭矩TP;

3)刀架机构运转时的摩擦扭矩TM。

由于刀架结构复杂,它与支承结构、密封结构、加工、装配状况都有关系,故一般按实际经验估算,取TM=30N·m。

4 应用计算

刀架在实际使用中有满载和偏载两种极端情况[3]。

在图2所示的情况下,刀架的不平衡扭矩TP1为零。所以只需计算刀盘启动的加速扭矩TJS1。

4.1 刀架总的转动惯量JZ1

刀架总的转动惯量JZ1是由刀盘惯量、刀架内部齿轮、主轴惯量以及刀盘上夹装刀具的惯量构成的。其中刀架内部齿轮、主轴的惯量相对于刀盘的惯量很小,计算时将刀盘的惯量适当取大,可不计算刀架内部齿轮和主轴的惯量。在这里计算时将刀盘简化成Φ340mm×80mm的圆柱体,即可表示刀架的转动惯量JD。刀盘上夹装刀具的转动惯量JF1另外计算。

在图2所示的情况下,总的转动惯量

4.2 刀架的启动加速扭矩TJS1

计算公式:TJS1=JZ1×(dΩ/dt)

式中:Ω———刀盘转动的角速度。

式中:Δt———伺服电机加速时间。

4.3 刀架运转总的负载扭矩TZ1

5 验证

伺服电机输出到刀盘的扭矩:

在这种情况下,TD>TZ1,TD/Tn=324/239=1.35倍。伺服电机完全满足刀架的这种使用情况。

如图3所示,在偏载的情况下,刀架运转时需要克服所夹装的刀具产生的不平衡扭矩TP2外,还要克服刀盘启动的加速扭矩TJS2以及摩擦扭矩TM。

不平衡(偏载)扭矩TP2:

刀架总的转动惯量JZ2:

JD=0.82kg·m2(见上例)

刀架的启动加速扭矩TJS2:

刀架运转总的负载扭矩TZ2:

根据以上的计算可以得到伺服电机输出到刀盘的扭矩TD:

在这种情况下TD>TZ2,TD/TZ2=324/164≈2倍。伺服电机完全满足刀架的这种使用情况。

6 结论

该型伺服电机的选择,完全满足刀架在各种条件下的使用,且至少有35%以上的扭矩富裕量。

摘要：针对伺服刀架的控制要求,提供了一种选择其控制电机的计算方法。通过对刀架启动扭矩、偏载扭矩、摩擦扭矩的计算,选用与之匹配的伺服电机。

关键词：伺服电机,伺服刀架,匹配,扭矩

参考文献

[1]陈庾梅,李继庆.机械设计基础[M].西安:西北工业大学出版社,1996.

[2]李福生.实用数控机床技术手册[M].北京:北京出版社,1993.

立式伺服刀架油缸密封研究 篇6

立式伺服数控刀架是采用伺服技术而研制的高可靠性刀架, 在普及型数控车床应用上有明显的优势。产品主要应用于普及型数控立式车床、管螺纹数控卧式车床, 如图1所示。

随着工业4.0版本概念的提出, 机床发展方向为工业化、信息化、网络化、智能化以及集成管理。

刀架作为机床的核心功能部件, 只有在性能和可靠性上不断提升才能满足需求。

立式伺服数控刀架结构可以分为以下几个部分:伺服模块 (伺服电机, 伺服控制器) , 液压模块 (液压缸, 管路) , 机械模块 (齿轮箱或者减速机, 三联锁紧齿盘) 。其中伺服模块一般选用国内外知名供应商产品, 例如日本三菱, 国内台湾地区台达。液压模块可以分为密封以及降低噪声两部分。机械模块减速机一般选用国内知名厂家, 例如湖北行星以及烟台等厂商。三联齿盘精度主要靠精密端齿磨床保证, 机加设备供应商可以选择德国BLOHM公司, 杭州端齿磨床等。

通过相关典型客户的使用以及试验, 研发人员发现油缸密封环节对整个刀架可靠性影响很大, 下面将就密封结构优化及试验进行阐述。

1 刀架油缸结构及工作原理

1.1 油缸结构

立式伺服数控刀架油缸主要结构由以下几部分组成:固定零件, 运动零件, 密封圈以及零件间隙。其中固定件由主轴和法兰组成, 刚性联接。运动件由锁紧齿盘组成, 密封圈由普通O形圈及四氟孔用密封圈组成。零件之间保持一定的间隙, 法兰和锁紧齿盘以及主轴和锁紧齿盘之间不接触。间隙由密封圈保证。如图2所示。

1.2 工作原理

立式伺服数控刀架松开锁紧动作需要液压系统完成。由此在原理上构成了液压缸结构。

刀架切削工况下, 液压缸锁紧腔进油, 转位工况下, 液压缸松开油腔进油, 此种情况下, 密封圈保证油腔的密封性。密封为动态直线往复密封。

2 刀架油缸密封优化及试验

2.1 典型油缸结构

典型油缸结构由活塞、缸体、导向带、油封以及密封圈构成, 如图3所示。其原理为在液压油的作用下, 通过导向带的支撑, 活塞作直线往复运动, 密封圈起到密封作用。

2.2 刀架油缸密封优化

针对产品出现的具体现象, 例如:装配后油缸密封圈部位产生气泡, 运车过程中液压油轻微渗漏以及在终端用户使用过程中漏油等情况。研究人员首先对相关零件进行分析, 发现法兰和主轴零件有磨损的痕迹, 尤其以上表面为主。结合产品的使用情况, 刀架中心线与水平线平行使用, 得出了密封圈并不能起到支撑锁紧齿盘的作用。

结合产品应用条件以及结构特性, 标准工作制, 压力5 MPa, 径向间隙保留0.6 mm, O形圈截径为5.33。

密封圈采用四氟孔用单向密封圈, 阶梯形密封环和O形橡胶密封圈组成, O形橡胶密封圈材质为丁晴橡胶70或者氟橡胶80。

优化结果为在应用条件以及结构特性 (空间) 的基础上, 工作压力5 MPa, 锁紧油腔沟槽尺寸设计为6.3 mm, 松开油腔沟槽尺寸为4.2 mm, 密封圈选用阶梯型密封圈和特殊胶圈组成, 特殊胶圈形状如图4所示, 材质为PU聚氨酯材料。

2.3 刀架密封运车试验

油缸密封运车试验通常分成两个步骤 (如图5所示) :1) 液压缸锁紧齿盘往复直线运动, 行程5 mm, 频率10/min, 运车48 h, 验证液压缸部分是否密闭及顺畅;2) 刀架装配完成后运车试验。

通过系列实验及密封圈供应商的技术支持, 优化后的组合密封圈形式, 解决了液压缸锁紧齿盘和法兰及主轴之间的支撑问题, 特殊的密封圈功能相当于导向带和普通型橡胶密封圈的总和。

3结语

通过对立式伺服数控刀架油缸密封的研究, 结合了典型液压密封结构、刀架密封优化及试验过程。此产品液压密封优化提高了伺服刀架的可靠性。

摘要：结合数控车床应用环境, 在对立式伺服刀架密封原理及结构分析的基础上, 介绍了该产品密封结构的优化及实验的相关内容。

关键词：立式伺服,刀架,油缸,密封

参考文献

[1]徐灏.机械设计手册[M].北京:机械工业出版社出版, 1995.

摆式剪板机刀架设计计算 篇7

具有高的剪切精度,运动平稳可靠、结构简单、外形美观的新一代剪板机———液压摆式剪板机日益得到重视。从近几届机床展览会上参展的产品来看,发展摆式剪板机的趋势有增无减。本文第一作者曾利用暑期社会实践的机会,到我国西部专业冲剪机床厂生产实习,期间与主导开发Q12y-12×2500、Q12y-20×2500、QC12y-6×3200、QC12y-6×2500等四种型号液压摆式剪板机的本文第二作者广泛交流探讨,进行数据收集、整理及验证等。

该类剪板机的主要设计、工艺难点在上刀架部分。为了实现剪切和便于加工装配,一般做成如图1所示的形状。α为前立板与垂直平面的夹角,x为刀架回转中心O距下刀片的水平距离,y为刀架回转中心O至下刀片的垂直距离。

摆式剪板机的下刀刃是一条水平的直线,为使刀架在摆动中实现上刀刃自左向右对板料的均匀连续剪切,上刀刃上所有点都必须沿着以刀架回转中心O为圆心,以剪切半径R为半径的圆弧摆动。为了实现斜剪,上刀刃自左向右必须自水平倾斜一个角度,即上刀片刃口与下刀片刃口之间有一个夹角,通常称之为剪切角,这里取剪切角为1.5°。所以,上刀刃所有点所在为一条圆柱螺旋线,如图2所示。

1.前立板2.翼板3.连接板4.上刀片5.垫片6.下刀片7.工作台

如上分析,上刀片刃口线应为一条大导程小升角的螺旋线,如图2中圆柱体上的螺旋线KM即为刀架的刃口线(即刃片顶端母线)。

这样,理论上的刀片形状及尺寸应该是依这条KM螺旋线为母线,与垂直面夹角α(后倾α),长度可以覆盖有效剪切长度(约为2550mm),有一定宽度及厚度的弧形面。

实际生产中,要加工这样的一个弧形面(大贴刀面应为弧形面)往往比较困难,特别是刀片因受其材质、热处理、加工工艺等限制,不可能加工成整体的弧形刀面。按照习惯的加工方法,大、小贴刀面都按平面加工,而采用分段斜垫板将弧面垫出,也就是以折线代替弧线,这样既满足了加工要求,又能达到设计要求。该厂开发的四种产品均采用此法,实践证明,以这种方法既简便又可行,既经济又实惠。

2 刀架后倾角度计算

如图3所示,以Q12y-12×2500液压摆式剪板机上刀架为例计算(按理想状态,圆弧刀面计)。已知:空程23mm,刀架长2770mm,工作刀片长2550mm,超越行程5mm,剪切角1.5°。

∴左右刀片的垂直:

刀架右端点M相对于左刀片K′的垂直距离MD=(2770-110.5)×tan1.5°=69.64mm

回转工作半径:

将图3左端局部放大,如图4所示,过O作水平线与MK弧线交于H,E为超越行程的上死点,则EB段为刀架从左端到右端回转角度α的弧长(总行程弧长)。

∴刀架工作回转角度为:

综上所述,为了保证刀架在下死点有足够的超越量(即E点运行到B点时),刀架主体板与机架前立板之间有足够的空间,设计刀架在上死点位置时前立板的理想后倾角度为6°30′。

3 刀架几何尺寸的计算

3.1 回转中心O至刀架前立板垂线与左端点K的夹角计算

如图5所示刀架本体。图5 b中KM斜线即表示刀架后倾角度,按刀架后倾角度的计算,取α=6°30′,从回转中心O作水平线与理想刃口线交于H;从O作KM垂直线,交KM延长线于L。

直角三角形LOK中的∠LOK即为后续计算左右翼板尺寸的基准角度。

3.2 按左端点K为回转半径R上的点,刀架后倾6.5°时,计算右端点M的回转半径OM

如图5b所示,在直角三角形LOK中:

右端点M的回转半径为OM。从M点向OK作垂直线交OK于N点,则:

上述△左=5.716mm量即为按左端K为基点计算时,K点相对M点应刨去或M点相对K点应垫出量。

3.3 取刀架中心位置对称设计计算(与前述算法比较)

在图6中,K为刀架最左端点,M为刀架最右端点,假设OK为水平线,则按前面刀架回转角度计算结果:∠KOM=6°48′41″(6°30′+18′41″)。

取P为KM中间处,过P作水平线与理想刃口线相交于P1。过P1作K1M1平行于KM,即依据刀架中心位置后倾6.5°(刀架整体回转角度6°48′41″)为准,计算左右两端K1和M1的回转半径差:△中=OK1-OM1

过P、P1点分别向OK作垂线分别交于Q、Q1点,过M、M1点作OK垂线分别交于N、N1点。

由图示及计算可见,当按刀架中心位置对称计算时,通过中间位置分析计算,OK1相对于OM1的超出量应为刨去量。

∴△中=OK1-OM1=903.946-898.218=5.728mm(与前面Ⅰ计算结果5.716相差0.012mm)。

△中的5.728mm即为OK1相对于OM1的超出量,或者分解为:左端K1应刨去3.599mm,右端M1应垫出2.129mm。

3.4 通过计算回转中心O到左、右翼板的距离反推验证

又知刀片离刀架贴合面的距离为32mm(其中刀片厚25mm,垫板厚7mm),如图7所示。

(1)从刀架最左端点K(K在回转半径R上,见图7),后倾6°30′作斜线KL。过O点作KL垂线交KL于L点,则:

(2)从刀架最右端点M′(M′在回转半径R上),后倾6°30'作斜线ML′(ML′平行于KL),延长OL与ML′相交于L′。

在图7中,M点到OL的垂直距离因=2770×tan1.5=72.535mm(即刀架全长左、右两端的垂直距离)。

若考虑到O点在图示位置时刀片间隙为0.9mm,则:

∴△=h′-h=866.816-861.093=5.723mm(与前面3.2计算结果5.728相差0.005mm,与前面3.1计算结果5.716相差0.007mm)。

此处△值5.723mm可作为左、右翼板下料时的尺寸依据,也即右翼板比左翼板长出的量。

4 结论

在Q12y-12×2500液压摆式剪板机的实际生产中,右翼板比左翼板长出8.03mm,这是因为该机型没有采用对称斜垫板之故。该机采用的斜垫左端比右端厚2.48mm,因此,△+2.48=5.723+2.48=8.203mm(与实际生产数据8.03相差0.173mm,为计算误差)。

建议:为修正计算误差,应修改图纸上刀片间板厚度差值2.48为2.48-0.173=2.307mm,或修改左翼板尺寸891.9为891.73mm(焊接图,下料尺寸831.97改为831.8mm),该计算已在工艺上得到验证。

摘要：从Q12y-12×2500液压摆式剪板机的生产实际出发,经过理论分析与计算,提出了刀架回转工作角度的计算方法,并从几个方面论证了刀架几何尺寸的计算方法,进而确立了刃口面的加工方案。

关键词：机械设计,摆式剪板机,刀架,设计,计算

参考文献

[1]沈阳锻压机床厂,济南铸造锻压机械研究所,编译.剪板机设计[M].1978.

[2]周桓,陈伶,胡建民.摆式剪板机刀架设计[J].锻压装备与制造技术,2004,39(1).

[3]陈曼龙,腾德义.液压摆式剪板机剪切力计算[J].机械设计与制造,2008,(3).

数控车床可调刀架的设计 篇8

在数控车间指导学生实训时发现, 安装车刀时, 为使车刀的刀尖与车床主轴的中心高度保持在同一水平高度, 经常需要用到垫铁, 一般的做法是找不同厚度的薄铁片叠加起来使用。这种方法的缺点: (1) 每块垫片的厚度不一样, 叠加起来的高度不一定是所需要的高度, 可能偏高或偏低, 这就导致宝贵的实训时间被浪费在找垫片和组合垫片的过程中; (2) 垫片的质量不一, 有些垫片不是很平整, 跟其他垫片组合起来的时候会把其他垫片撑高, 在车削加工过程中会因受到较大的切削力而发生变形, 导致车刀抗弯能力下降, 加工质量下降。针对以上情况, 我们在研究了数控车床性能的基础上, 设计了一种辅助型的刀架, 大大提高了数控加工的效率和质量。

1 可调刀架结构的设计

可调刀架的基本原理见图1。

其原理很简单, 给上面的斜块一个向左或向右的作用力时, 将使上面斜块沿着下面斜块的斜面移动, 最终必然使得水平面的高度H增加或减少, 图中很明显可以看出H1>H2。本刀架利用了这一原理, 实现了车刀中心高度的调整。

与数控车床上的普通刀架相比, 可调刀架主要增加了螺旋传动机构部分, 从而实现了高度可调这一特点。图2中, 通过旋转带手轮的调节螺钉3, 使其在调节支承架上原地旋转, 根据相对运动的原理, 可使活动斜块7沿刀架斜固体4内的斜面左右运动, 从而使得活动斜块7的水平面逐渐上升或下降, 以达到改变车刀中心距的目的。

2 多功能可调刀架的特点

原来的刀架是“工”字型结构, 在工字的开口内安装车刀, 无法调节车刀中心距离。而本刀架可以通过调节带手轮的调节螺钉3来调节车刀的中心距离, 可以在3 mm高度内任意调整, 调节可靠。同时, 调节结构简单实用, 安装维护方便, 适用范围广, 可安装在普通车床和数控车床上面使用;本刀架可以安装端面小于12 mm×12 mm的各类型车刀, 如切断刀、外圆刀、端面刀等。

3 多功能可调刀架的使用方法

本刀架使用简单, 主要是在刀架斜固体4的通孔中放进车刀, 然后把本刀架的T型突出部分安装在车床的刀架上面, 安装方法与车床上安装普通车刀类似。按照车床上安装普通车刀找中心高的方法找到车床主轴的中心高度, 旋转调节带手轮的调节螺钉3, 使得活动斜块7沿刀架斜固体4的内斜面左右移动, 从而达到调整车刀中心距离的目的。

安装在机床上的多功能可调刀架见图3。

4 使用效果

数控回转刀架的PLC控制设计 篇9

回转刀架是数控车床最常用的一种典型换刀刀架, 通过刀架的旋转分度定位来实现机床的自动换刀动作, 根据加工要求可设计成四方、六方刀架或圆盘式刀架, 并相应地安装4把、6把或更多的刀架。回转刀架的换刀动作可分为刀架抬起、刀架转位和刀架锁紧等几个步骤。它的动作是由数控系统发出指令完成的。该刀架具有结构简单、工作稳定性好, 自动化程度高、操作简便、维修方便、适用范围广等特点, 具有良好的社会效益和经济效益。

1 PLC控制与实现过程

1.1 回转刀架的转位原理

数控车床的自动回转刀架转位换刀过程为:当接受到数控系统的换刀指令后, 刀盘松开———刀盘旋转到指令要求的刀位———刀盘夹紧并发出转位结束信号。

在机床自动工作状态下, 但指定换刀的刀号后, 数空系统可以通过内部的运算判断, 实现刀盘就近转位换刀, 即刀盘可正转也可反转。

1.2 回转刀架动作的控制

回转刀架换刀时, 首先是刀盘松开, 之后刀盘就近转位到达指定的刀位, 最后刀盘复位夹紧。刀盘的夹紧与松开, 由一个两位四通电磁阀控制。刀盘的旋转有正转和反转两个方向, 它由一个三位四通电磁阀控制, 其旋转速度分别由调速阀和调速阀控制。电磁阀在右位时, 刀盘松开, 系统压力油经电磁阀 (左位) ———调速阀——液压马达, 刀架正转。若系统压力油经电磁阀 (右位) ———调速阀———液压马达, 刀架反转。电磁阀在左位时, 刀盘夹紧。

1.3 回转刀架转位换刀的控制

回转刀架的自动转位换刀是由PLC顺序控制实现的。在机床自动加工过程中, 当完成一个工部需要换刀时, 加工程序中的T代码指令回转刀架的转位换刀。这时由PLC输出执行信号, 首先使电磁铁线圈得电动作, 刀盘松开, 同时刀盘的夹紧确认开关断电, 并延时200ms。根据T代码指定的刀具号, 由液压马达驱动刀盘, 就近转位换刀, 刀盘夹紧, 即完成了回转刀架的一次转位换刀动作。

1.4 设计要求

本刀架上装有八把刀, 每一把刀对应着一个霍尔接近开关, 通过霍尔接近开关进行刀具位置检测, 要求刀架能够以捷径方向旋转, 按所需刀号换刀。刀架与霍尔接近开关的示意图见图1。

1.5 设计思想

为了能够以捷径方向旋转, 按所需刀号正确换刀。首先要判断刀架旋转的方向, 然后判断转过几个方位。

2) 判断转过几个刀位, 到达所需刀号。当|T1-T0|=N时, N为转过的刀位数。

1.6 硬件设计

PLC采用欧姆龙公司生产的CPM1A型整体式可编程逻辑控制器。其结构紧凑、功能强, 具有很高的性能价格比。

1.7 软件设计

由于该PLC具有丰富的数据交换指令, 故用数据指令来进行判断比较。通道HR00存放实际刀号, 通道HR01存放待换刀号, 通道HR02存放待换刀号与实际刀号的差值, 通道HR03存放旋转刀位数。

1) 将HR00和HR01中的数值进行比较。当HR01-HR00=0时, 表示刀号相符;当HR01-HR00>0时, 将HR01-HR00的差值存放在通道HR02中;当HR01-HR00<0时, 将HR01-HR00+8的和值存放在通道HR02中, 因为刀架有八把刀。

2) 根据HR02存放的值是否大于4, 判断正、反转。当HR02时, 刀架顺时针旋转, 将8-HR02的差值存放到HR03中;当HR02时, 刀架逆时针旋转, 将HR02中的数值存放到HR03中。

3) 由计数器记数, 判断旋转过的刀位数。通道HR03中存放的是旋转刀位数, 将它作为计数器的计数值, 由于计数器对转过的刀位计数, 当计数值到, 表示换刀结束。图2是其软件流程图。

2 小结

该PLC控制换刀的程序具有一定的通用性, 只要更改总刀数 (此处为8) 和总刀数 (此处为4) , 就可以用于其它多把刀的换刀。灵活地应用PLC的数据功能指令, 将使控制程序更加合理。

摘要：本文介绍数控回转刀架转位原理、动作控制以及实现过程, 采用PLC控制具有转位稳定可靠, 换位时间短, 多刀位刀具装夹, 在结构上具有良好的强度和刚度, 应用广泛。

关键词：回转刀架,PLC控制,换刀

参考文献

[1]陈宇主编.可编程控制基础及编程技巧.广州:华南理工大学出版社, 1999.