数控车床自动回转刀架电气控制设计

N
4＃
S
1＃
123 第1脚：+12V电源 第2脚：+12V地线 第3脚：4个刀位信号输出
4只霍尔开关
图2 发信盘上的霍尔元件
4只霍尔开关输出的4个刀位信号T1~T4分别送到图3的 4只光电耦合器进行处理，经过光电隔离的信号再送给I/O接 口芯片8255的PC4～PC7。
图3 刀位信号处理
2、刀架电动机正反转控制电路
数控车床自动回转刀架电气控制设计
班 级：机制0612班 姓 名：刘佳良 学 号：06116225 指导老师：杜毓瑾
总体设计方案
文章论述了在自动换刀机构设计中，采用了 一种数控用的四工位立式自动回转刀架的传动结 构，并设计了一个自动回转刀架的控制器。所论 述的控制器系统是以ATMEL公司的AT89C51单 片机为控制核心，通过两个继电器实现对刀架的 正反转控制，并通过限位开关的开关信号来控制 电机的停转，同时该控制器选用“8”字管实时显 示所选刀位状况。整个系统具有结构简单，安装 调试方便，可靠性高，成本低廉等优点，可用于 车床数控化改造和数控实验系统的开发。
论文设计的技术路线
• 一、自动回转刀架换刀原理 • 二、回转刀架控制器的硬件电路设计 • 三、回转刀架软件电路设计
一、自动回转刀架换刀原理
该刀架采用和普通车床刀架基本相同的外型尺寸和安 装方式，每次可安装4把，程序可控制刀架一次回转90°、 180°、270°及360°。要更换刀具时，单片机发出刀 具旋转信号，经接口电路，使刀架旋转，完成刀架转位。 转位时，刀架首先正转，当旋转到位后，给CPU发一个到 位信号，CPU则发出一个控制信号，使刀架再反转，完成 粗定位和精定位以及锁紧工作。其工作原理见图1所示。
图4 刀架电动机正反控制电路
三、自动回转刀架软件电路设计
对于四工位自动回转刀架来说，它最多装有4把刀具，设计控制 软件的任务，就是选中任意一把刀具，让其转到工作位置。如果手动 发出或者数控系统发出刀位号，那么CPU就会置位P0口控制LED显示 预选刀架号，然后检测发出刀位号与刀架系统反馈的刀架号是否一致， 如果一致，LED显示刀架选中，那么选刀架完成，返回到初始状态； 否则，CPU发出指令，执行如图5流程图右边的一系列动作。由于选 择刀位与霍尔元件位置差不知道，电机正转，带动刀架旋转，与霍尔 元件对准后，霍尔元件发出讯号，LED显示刀架的点去掉以示刀架选 中，这样完成刀架的粗定位。然后执行LOOP子程序，实行刀架的精 定位。整个流程如图5所示。
刀架电动机正转
螺杆正转
上盖圆盘正转 上刀体抬起
1
图
到位回答
换
刀
工
作
电动机反转
原
理
图
上刀体旋转 螺杆反转
电动机停转
பைடு நூலகம்
延时锁紧
端面齿错开 圆柱销落入上盖圆盘
反靠端面齿啮合 上刀体下降 粗定位 精定位
自动回转刀架控制器硬件电路部分的设计主 要包括以下内容： • 1、刀具信号的处理
• 2、刀架正反转电路设计
• 图4为刀架电动机正反控制电路，I/O接口芯片8255的PA6与PA7 分别控制刀架电动机的正转与反转。其中KA1为正转继电器的线圈， KA2 为反转继电器的线圈。正转继电器的线圈KA1与反转继电器的 一组常闭触点串联，而反转继电器的线圈KA2又与正转继电器的一组 常闭触点串联，这样就构成了正转与反转的互锁电路，以防操作系统 失控时导致短路现象。
电路上电
数码管显示H
发出刀位信号
数码管显示”1.” “2.” “3.” “4.”
返回
判断所选刀架是否 对准霍尔元件电路
Y
数码管显示”1.” “2.” “3.” “4.”
N N 电机正转
电机停转 定位夹紧到位
电机反转 数码管显示”1.” “2.” “3.” “4.”
Y
判断刀架是否 到位
返回
图5 刀架软件控制流程图
1、刀具信号的处理
图2中，发信盘上的4只 霍尔开关都有三个引脚， 第1脚接+12V电源，第 2 脚 接 +12V 地 ， 第 3 脚 为输出。转位时刀台带 动磁铁旋转，当磁铁对 准某以个霍尔开关时， 其输出端第3脚输出低电 平；当磁铁离开时，第3 脚输出高电平。
电动刀架发信盘 3＃
刀台旋转方向
2＃