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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。通過它來實現(xiàn)數(shù)控車床刀具的自動切換。任何系列，各種型號的數(shù)控刀架均采用端齒盤作為刀架定位元件。通過電機或活塞驅(qū)動各種傳動機構(gòu)變換刀具位置，由傳感器將刀架工位號反饋給數(shù)控系統(tǒng)來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)動器、步進電機、絲杠、刀架電機、刀架臺、繼電器。其中驅(qū)動器我們將有下一章節(jié)驅(qū)動控制系統(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電機、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

步進電機又稱脈沖電動機或階躍電動機，國外一般稱為Step motor或Stepping motor、Stepper，等等。就傳統(tǒng)的步進電動機來說，步進電動機可以簡單地定義為，根據(jù)輸入的脈沖信號，每改變一次勵磁狀態(tài)就前進一定角度（或長度），若不改變勵磁狀態(tài)則保持一定位置而靜止的電動機。從廣義上講，步進電動機是一種受電脈沖信號控制的無刷式直流電動機，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機。

這里使用的是二相混合式步進電機，利用位移與輸入脈沖信號數(shù)相對應(yīng)，步距誤差不長期積累的特點，組成結(jié)構(gòu)簡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)動的執(zhí)行部分。實物圖如圖1.2.2所示

圖1.2.2 步進電機實物圖

整流板是用來將交流電進行整流，變成直流電以提供給驅(qū)動器使用，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，對D1 、D3 和方向電壓，Dl，D3 導(dǎo)通；對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 ，上形成上正下負的半波整洗電壓，e2 為負半周時，對D2 、D4 加正向電壓，D2 、D4 導(dǎo)通；對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 上形成上正下負的另外半波的整流電壓。

其工作時的電流流向，實物圖如圖1.2.4所示：

圖1.2.4 橋式整流電路工作時的電流流向，實物圖

滾珠絲杠是相對于原來的T形螺紋絲杠而言的。其原理就是轉(zhuǎn)動變平動，絲杠轉(zhuǎn)動。螺紋帶動滾珠軸承在桿上滑動。跟絲杠的原理差不多，只是加上滾珠而已。原來絲杠螺紋副轉(zhuǎn)動時摩擦比較劇烈，在內(nèi)螺紋與外螺紋之間加上滾珠后，就變?yōu)闈L動摩擦，改善摩擦條件，從而使摩擦阻力減小為原來的1/50。從而也可使其達到高速運轉(zhuǎn).筆者看到一份資料顯示現(xiàn)在最高的絲杠允許速度達到了200m/min.直追直線電機，，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。

其實物圖如圖所示：

圖1.2.5 滾珠絲杠實物圖

這里步進電機帶動滾珠絲杠旋轉(zhuǎn)，對刀架臺X，Z相位置進行精確定位，實現(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：自動刀架換刀到目標(biāo)刀具號刀位，并按指令的刀具偏置號對應(yīng)的刀具偏置執(zhí)行刀具長度補償。 刀具偏置號可以和刀具號相同，也可以不同，即一把刀具可以對應(yīng)多個偏置號。對應(yīng)刀具偏 置號為 00 的刀具偏置為 X=0、Z=0，系統(tǒng)為無刀具補償狀態(tài)，即：系統(tǒng)的坐標(biāo)偏移為 0（未 進行坐標(biāo)偏移）。在執(zhí)行了刀具長度補償后，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)行刀具長度補償狀態(tài)改變?yōu)槲囱a償狀態(tài)，顯示的刀具偏置號為 00 這個過程稱為取消刀具長度補償，簡稱：取消刀補。如：T0101表示選擇1號刀并執(zhí)行1號刀偏；T0102表示選擇1號刀并執(zhí)行2號刀偏；T0301表示選擇3號刀并執(zhí)行1號刀偏。

1.3 驅(qū)動控制系統(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)后一定會注意到這樣的一個器件：驅(qū)動器。這就是我們這一章節(jié)重點介紹的驅(qū)動控制系統(tǒng)的一個主要元器件。驅(qū)動器可以將控制器輸入的低電壓轉(zhuǎn)化為步進電機需要的高電壓輸出，它的作用是接收控制器CNC4320的控制指令即脈沖信號驅(qū)動步進電機按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度（及步進角）。

驅(qū)動器Q2BYG2245AM的實物圖如圖1.3.1所示。

圖1.3.1 驅(qū)動器的正視和俯視實物圖

驅(qū)動控制系統(tǒng)的原理圖如圖1.3.2所示。

圖1.3.2 驅(qū)動控制系統(tǒng)的原理圖

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

表1.3-a

其實大部分指令都與驅(qū)動器有關(guān)，因為是它驅(qū)動刀架臺在X，Z 軸的前后左右的運動。