1.2刀架控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和原理

數(shù)控刀架是數(shù)控車床的關(guān)鍵配套件，為數(shù)控車床三大功能部件之一。通過它來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)控車床刀具的自動(dòng)切換。任何系列，各種型號(hào)的數(shù)控刀架均采用端齒盤作為刀架定位元件。通過電機(jī)或活塞驅(qū)動(dòng)各種傳動(dòng)機(jī)構(gòu)變換刀具位置，由傳感器將刀架工位號(hào)反饋給數(shù)控系統(tǒng)來(lái)完成刀具的正確切換。

刀架控制系統(tǒng)由九大原件組成：控制器、變壓器、整流板、驅(qū)動(dòng)器、步進(jìn)電機(jī)、絲杠、刀架電機(jī)、刀架臺(tái)、繼電器。其中驅(qū)動(dòng)器我們將有下一章節(jié)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)著重介紹，繼電器將在輔助控制系統(tǒng)中介紹，這一章我們著重介紹步進(jìn)電機(jī)、絲杠整流板在刀架控制系統(tǒng)中的作用。

刀架控制原理圖如圖1.2.1所示：

圖1.2.1 刀架控制原理圖

步進(jìn)電機(jī)又稱脈沖電動(dòng)機(jī)或階躍電動(dòng)機(jī)，國(guó)外一般稱為Step motor或Stepping motor、Stepper，等等。就傳統(tǒng)的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)來(lái)說，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)可以簡(jiǎn)單地定義為，根據(jù)輸入的脈沖信號(hào)，每改變一次勵(lì)磁狀態(tài)就前進(jìn)一定角度（或長(zhǎng)度），若不改變勵(lì)磁狀態(tài)則保持一定位置而靜止的電動(dòng)機(jī)。從廣義上講，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是一種受電脈沖信號(hào)控制的無(wú)刷式直流電動(dòng)機(jī)，也可看作是在一定頻率范圍內(nèi)轉(zhuǎn)速與控制脈沖頻率同步的同步電動(dòng)機(jī)。

這里使用的是二相混合式步進(jìn)電機(jī)，利用位移與輸入脈沖信號(hào)數(shù)相對(duì)應(yīng)，步距誤差不長(zhǎng)期積累的特點(diǎn)，組成結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單又具有一定精度的開環(huán)控制系統(tǒng)，即刀架控制系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)的執(zhí)行部分。實(shí)物圖如圖1.2.2所示

圖1.2.2 步進(jìn)電機(jī)實(shí)物圖

整流板是用來(lái)將交流電進(jìn)行整流，變成直流電以提供給驅(qū)動(dòng)器使用，其原理為橋式整流電路原理，原理圖如圖1.2.3所示：

圖1.2.3 橋式整流電路原理圖

橋式整流電路的工作原理如下：e2 為正半周時(shí)，對(duì)D1 、D3 和方向電壓，Dl，D3 導(dǎo)通；對(duì)D2 、D4 加反向電壓，D2 、D4 截止。電路中構(gòu)成e2 、Dl、Rfz 、D3 通電回路，在Rfz ，上形成上正下負(fù)的半波整洗電壓，e2 為負(fù)半周時(shí)，對(duì)D2 、D4 加正向電壓，D2 、D4 導(dǎo)通；對(duì)D1 、D3 加反向電壓，D1 、D3 截止。電路中構(gòu)成e2 、D2 Rfz 、D4 通電回路，同樣在Rfz 上形成上正下負(fù)的另外半波的整流電壓。

其工作時(shí)的電流流向，實(shí)物圖如圖1.2.4所示：

圖1.2.4 橋式整流電路工作時(shí)的電流流向，實(shí)物圖

滾珠絲杠是相對(duì)于原來(lái)的T形螺紋絲杠而言的。其原理就是轉(zhuǎn)動(dòng)變平動(dòng)，絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)。螺紋帶動(dòng)滾珠軸承在桿上滑動(dòng)。跟絲杠的原理差不多，只是加上滾珠而已。原來(lái)絲杠螺紋副轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)摩擦比較劇烈，在內(nèi)螺紋與外螺紋之間加上滾珠后，就變?yōu)闈L動(dòng)摩擦，改善摩擦條件，從而使摩擦阻力減小為原來(lái)的1/50。從而也可使其達(dá)到高速運(yùn)轉(zhuǎn).筆者看到一份資料顯示現(xiàn)在最高的絲杠允許速度達(dá)到了200m/min.直追直線電機(jī)，，是由日本生產(chǎn)，其原理大致是在螺帽和絲杠之間放入滾珠，然后在螺帽上加入返向器,使?jié)L珠在里循環(huán)滾動(dòng)。

其實(shí)物圖如圖所示：

圖1.2.5 滾珠絲杠實(shí)物圖

這里步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)滾珠絲杠旋轉(zhuǎn)，對(duì)刀架臺(tái)X，Z相位置進(jìn)行精確定位，實(shí)現(xiàn)工件的精確加工?？刂破髦杏嘘P(guān)刀架控制系統(tǒng)的指令主要有T指令，其指令格式如下：


指令功能：自動(dòng)刀架換刀到目標(biāo)刀具號(hào)刀位，并按指令的刀具偏置號(hào)對(duì)應(yīng)的刀具偏置執(zhí)行刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償。 刀具偏置號(hào)可以和刀具號(hào)相同，也可以不同，即一把刀具可以對(duì)應(yīng)多個(gè)偏置號(hào)。對(duì)應(yīng)刀具偏 置號(hào)為 00 的刀具偏置為 X=0、Z=0，系統(tǒng)為無(wú)刀具補(bǔ)償狀態(tài)，即：系統(tǒng)的坐標(biāo)偏移為 0（未 進(jìn)行坐標(biāo)偏移）。在執(zhí)行了刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償后，執(zhí)行 T□□00，系統(tǒng)將按當(dāng)前的刀具偏置反向 偏移系統(tǒng)坐標(biāo)，系統(tǒng)由已執(zhí)行刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償狀態(tài)改變?yōu)槲囱a(bǔ)償狀態(tài)，顯示的刀具偏置號(hào)為 00 這個(gè)過程稱為取消刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償，簡(jiǎn)稱：取消刀補(bǔ)。如：T0101表示選擇1號(hào)刀并執(zhí)行1號(hào)刀偏；T0102表示選擇1號(hào)刀并執(zhí)行2號(hào)刀偏；T0301表示選擇3號(hào)刀并執(zhí)行1號(hào)刀偏。

1.3 驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和原理

相信大家在看了上一章節(jié)的刀架控制系統(tǒng)后一定會(huì)注意到這樣的一個(gè)器件：驅(qū)動(dòng)器。這就是我們這一章節(jié)重點(diǎn)介紹的驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)的一個(gè)主要元器件。驅(qū)動(dòng)器可以將控制器輸入的低電壓轉(zhuǎn)化為步進(jìn)電機(jī)需要的高電壓輸出，它的作用是接收控制器CNC4320的控制指令即脈沖信號(hào)驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度（及步進(jìn)角）。

驅(qū)動(dòng)器Q2BYG2245AM的實(shí)物圖如圖1.3.1所示。

圖1.3.1 驅(qū)動(dòng)器的正視和俯視實(shí)物圖

驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)的原理圖如圖1.3.2所示。

圖1.3.2 驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)的原理圖

CNC4320控制器有關(guān)驅(qū)動(dòng)器的指令有很多部分如下表1.3-a。

表1.3-a

其實(shí)大部分指令都與驅(qū)動(dòng)器有關(guān)，因?yàn)槭撬?qū)動(dòng)刀架臺(tái)在X，Z 軸的前后左右的運(yùn)動(dòng)。