一、自動(dòng)換刀裝置的形式
自動(dòng)換刀裝置是數(shù)控機(jī)床的重要執(zhí)行機(jī)構(gòu)，它的形式多種多樣，目前常見(jiàn)的有以下幾種：
1．回轉(zhuǎn)刀架換刀；
2．排式刀架換刀；
3．更換主軸頭換刀；
4．帶刀庫(kù)的自動(dòng)換刀系統(tǒng)
在這里我對(duì)數(shù)控機(jī)床常見(jiàn)的這幾種換刀系統(tǒng)逐一介紹，首先介紹一下回轉(zhuǎn)刀架換刀系統(tǒng)。
二、回轉(zhuǎn)刀架
數(shù)控機(jī)床使用的回轉(zhuǎn)刀架是比較簡(jiǎn)單的自動(dòng)換刀裝置，常用的類(lèi)型有四方刀架、六角刀架，即在其上裝有四把、六把或更多的刀具。
回轉(zhuǎn)刀架必須具有良好的強(qiáng)度和剛度，以承受粗加工的切削力：同時(shí)要保證回轉(zhuǎn)刀架在每次轉(zhuǎn)位的重復(fù)定位精度。下面我們結(jié)合一臺(tái)四工位的四方刀架了解一下其換刀過(guò)程及原理。并結(jié)合換刀原理分析一下四方刀架的常見(jiàn)故障現(xiàn)象及原因。常見(jiàn)機(jī)床四方刀架如圖1（左）。
圖1
數(shù)控機(jī)床刀架或刀庫(kù)是由機(jī)床PLC來(lái)進(jìn)行控制，對(duì)于普通的四工位刀架來(lái)說(shuō)，控制比較簡(jiǎn)單，一般用于普通的車(chē)床。我們分析車(chē)床刀架的控制原理其實(shí)就是指刀架的整個(gè)換刀過(guò)程，刀架的換刀過(guò)程其實(shí)是通過(guò)PLC對(duì)控制刀架的所有I/O信號(hào)進(jìn)行邏輯處理及計(jì)算。實(shí)現(xiàn)刀架的順序控制。另外為了保證換刀能夠正確進(jìn)行，系統(tǒng)一般還要設(shè)置一些相應(yīng)的系統(tǒng)參數(shù)來(lái)對(duì)換刀過(guò)程進(jìn)行調(diào)整。下面我們分析PLC控制下的換刀過(guò)程。在分析之前，我們首先了解刀架控制的電氣部分。刀架電氣控制部分如圖2所示。圖2中的a是刀架控制的強(qiáng)電部分，主要是控制刀架電機(jī)的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，來(lái)控制刀架的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)；圖b是刀架控制的交流控制回路，主要是控制兩個(gè)交流接觸器的導(dǎo)通和關(guān)閉來(lái)實(shí)現(xiàn)a中的強(qiáng)電控制；圖c部分是刀架控制的繼電器控制回路及PLC的輸入及輸出回路，整個(gè)過(guò)程的控制最終是由這個(gè)模塊來(lái)完成的。
圖中各器件的作用如下：
序號(hào) 名稱 含義
1 M2 刀架電動(dòng)機(jī)
2 QF3 刀架電動(dòng)機(jī)帶過(guò)載保護(hù)的電源空開(kāi)
3 KM5、KM6 刀架電動(dòng)機(jī)正、反轉(zhuǎn)控制交流接觸器
4 KA1 由急停控制的中間繼電器
5 KA6、KA7 刀架電動(dòng)機(jī)正、反轉(zhuǎn)控制中間繼電器
6 S1~S4 刀位檢測(cè)霍爾開(kāi)關(guān)
7 SB11 手動(dòng)刀位選擇按鈕
8 SB12 手動(dòng)換刀啟動(dòng)按鈕
9 RC3 三相滅弧器
10 RC9、RC10 單相滅弧器
自動(dòng)刀架控制涉及到的I/O信號(hào)如下：
PLC輸入信號(hào)：
X2.7：刀架電動(dòng)機(jī)過(guò)熱報(bào)警輸入；
X3.0~X3.3：1~4號(hào)刀到位信號(hào)輸入；
X30.6：手動(dòng)刀位選擇按鈕信號(hào)輸入；
X30.7：手動(dòng)換刀啟動(dòng)按鈕信號(hào)輸入；
PLC輸出信號(hào)：
Y0.6：刀架正轉(zhuǎn)繼電器控制輸出；
Y0.7：刀架反轉(zhuǎn)繼電器控制輸出。
我們現(xiàn)在已經(jīng)清楚了刀架控制的I/O信號(hào)，下面我們結(jié)合這些信號(hào)來(lái)分析一下?lián)Q刀過(guò)程，刀架換刀有兩種模式，一種是手動(dòng)換刀，一種是通過(guò)T指令進(jìn)行自動(dòng)換刀。我們以手動(dòng)狀態(tài)為例，介紹一下?lián)Q刀過(guò)程及常見(jiàn)故障。
1、首先我們將機(jī)床調(diào)至手動(dòng)狀態(tài)，通過(guò)刀位選擇按鍵進(jìn)行目的刀位選擇，有的系統(tǒng)是利用波段開(kāi)關(guān)的形式進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，有的系統(tǒng)是利用記數(shù)的形式來(lái)實(shí)現(xiàn)，比如說(shuō)通過(guò)檢測(cè)刀位選擇信號(hào)（X30.6）的狀態(tài)，如果按下刀位選擇按鍵，X30.6的狀態(tài)應(yīng)該會(huì)改變一次，計(jì)數(shù)器的數(shù)值會(huì)發(fā)生改變，系統(tǒng)選擇的目的刀具也會(huì)發(fā)生相應(yīng)的改變。
2、選擇目的刀具完成以后，下面就是將機(jī)床刀架的當(dāng)前刀位轉(zhuǎn)換到目的刀位。我們按下刀位轉(zhuǎn)換按鍵X30.7以后。這時(shí)系統(tǒng)PLC輸出一個(gè)刀架正轉(zhuǎn)信號(hào)Y0.6，KA6吸合；KM5吸合，這時(shí)刀架電機(jī)開(kāi)始正向旋轉(zhuǎn)，刀架開(kāi)始正轉(zhuǎn)。
3、刀架在正向旋轉(zhuǎn)的過(guò)程中不停的對(duì)刀位輸入信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，如圖3所示，每把刀具各有一個(gè)霍爾位置檢測(cè)開(kāi)關(guān)。各刀具按順序依次經(jīng)過(guò)發(fā)磁體位置產(chǎn)生相應(yīng)的刀位信號(hào)。當(dāng)產(chǎn)生的刀位信號(hào)和目的刀位寄存器中的刀位相一致的時(shí)候，PLC認(rèn)為所選刀具已經(jīng)到位。
