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摘 要：在人们生活水平不断提高的今天，越来越多的微电子技术、计算机技术和自动化技术进入到人们日常生活和生产之中，车床作为工业生产中不可缺少的一部分，如何有效提高其工作效率和产品质量、降低生产成本成为业界研究焦点。本文就重型数控立式车床垂直刀架的设计做了探讨，简单的分析了其构成原理和设计要点。
关键词：数控机床；PLC；垂直刀架；数控技术
随着科学技术的飞速发展，社会对各类机械产品的质量、效率和废品回收率提出了新的要求，为了更好的保证企业生产安全性、高效性，以数控技术为核心的车床由此产生，也就是我们当今所说的数控机床。数控机床与普通的机床一致，都具备一个科学、有效的系统，也就是刀架系统。这里我们就重型数控立式车床中的垂直刀架设计要点做了简单的分析。
1 刀架系统概述
刀架系统是机床系统中最为关键的部分，是车床运行的主要传动体系。目前的数控机床中，由于刀架系统是电动系统的一部分，是由电力系统全权控制，无需要在工作中另外添加液压油或者其他的动力之源，因此在刀架系统的处理当中复杂程度较低。在工作中，合理的选择刀架系统可以有效的缩短工作时间、减少加工误差、提高产品的精确度。
1.1 刀架系统的产生
在车床运行和加工中，选择合适的刀架可以有效的提高工作效率、增加车床工作的连续性和适应性，尤其是在那些形状复杂的零件加工中，除了能够科学的进行系统控制外，还能对相关的执行机构提出不同的要求，这样方便了灵活、科学的运用各种加工模式。
1.2 刀架的基本结构
在重型数控立式车床中，刀架系统通常都是当做动作执行部件来处理的，它的构成主要包含了驱动装置、分度装置、定位装置、发信装置、装刀装置和换刀系统等。
2 重型数控立式车床垂直刀架设计要点
重型数控立式车床垂直刀架的设计与车床刀架系统的运行原理息息相关，它在设计中是通过将刀架抬起、刀架转位、刀架定位、刀架夹紧等方面构成，然后通过可编程控制器对整个刀架系统进行串联与合并。在运行过程中，当PLC应用程序的信号从控制面板传出时，刀架换刀系统及时的接到指令并发出换刀操作，此时换刀控制系统相继运行，并且控制刀架进行转为和定位。如果刀架的实际位置与发出指令的位置不相符，那么PLC也会及时的发出反锁转进的新指令，并且及时的启动延时与更改指令。
2.1 重型数控立式车床垂直刀架控制系统
在当今的车床控制系统设计中，PLC系统一直发挥着不可替代的作用，它通常都是由CNC和PLC两个部分构成的，其中CNC主要是以数据的运算和管理为主的，而PLC则是将各种编码、指令转变成为实际操作需要的装置，它是以微处理器为基础的通用型现代化、自动化控制装置，这种装置具备反应速度快、工作效率高、安全可靠的优势。
在重型数控立式车床垂直刀架的设计中，整个刀架系统分为四个不同的刀位，每一个刀位在接收到控制器指令的时候，整个刀架会发生运动，并且及时的经过相应的工位，此时通过电动机反转来将刀具插入到刀位，并且利用螺纹升降系统夹紧，然后电动机停止工作。
在此类操作中，刀架系统所输出的信号是一个由高到低的输入状态，是高电平转为低电平的模式，它通过信号采集体系对电路中瞬间发出的信号进行采集，然后保持操作一直，从而使得整个集电线路得到正常工作。
2.2 重型数控立式车床垂直刀架自动换刀设计
在重型数控立式车床垂直刀架系统中，电动刀塔的设计尤为关键，它通常都是由电动机、制动器以及保护开关三个部分组成，我们通常也可以将其看成是一个三相一体的电动机。一般情况下，制动器都是安装在电动机的后端表层盖上面，通过制动器的线圈与开关保护装置来进行电气控制。（图1）
接触器KM1控制电动机正转，接触器KM2控制电动机反转，接触器KM1、KM2分别由继电器KM1、KM2控制。断路器QF实现电动机的短路和过载保护。继电器KM3控制电动机的制动器线圈，当KM3闭合，电动机后端的制动器线圈获电动作，电动机处于松开状态，当KM3断开，制动器线圈断电，电动机啊处于锁紧状态。当电动刀架转到目标位置的前一位置时，继电器KM4获电动作，预分度电磁铁线圈获电，当电动刀架到换到位置时，电磁铁推动插销移动，分度到位检测接近开关SQ1发出信号，停止电动机转动，电动机反转进行锁紧。锁紧到位后，接近开关SQ2发出信号，继电器KA3获电动作，电动机制动，完成换刀控制后，KA4、KA3断电。
2.3 重型数控立式车床垂直刀架换刀系统设计
数控车床中电动刀架上夹持各种不同用途的刀具，通过旋转分度定位来实现机床的换刀动作。下面以电动刀架BWD40-1为例，分析数控车床自动换刀的PLC控制过程。
电动刀架为六工位，采用蜗杆蜗轮传动，刀架电动机正转实现刀架松开并进行分度，反转进行锁紧并定位。电动机的正反转由接触器KM6、KM7控制，刀架的松开和锁紧靠微动行程开关SQ1进行检测，刀架的分度由刀架电动机后端的角度编码器进行检测。（图2）
图2 重型数控立式车床垂直刀架换刀系统电气控制線路
2.3.1 机床接收到换刀指令（程序的T码指令）后，刀架电动机正转进行松开并分度控制，分度过程中要有转位时间的检测，检测时间设定为10s，每次分度时间超过10s系统就发出分度故障报警。
2.3.2 刀架分度并到位后，通过电动机反转进行锁紧和定位控制，为了防止反转时间过长导致电动机过热，要求电动机反转控制时间不得超过0.7s。
2.3.3 电动机正反转控制过程中，还要求有正转停止延时时间控制和反转开始的延时时间控制。
2.3.4 自动换刀指令执行后，要进行刀架锁紧到位信号的检测，只有检测到该信号，才能完成T代码功能。
2.3.5 自动换刀过程中，要求有电动机过载、短路及温度过高保护，并有相应的报警信息显示。自动运行中，程序的T代码错误（T=0或T>7）时相应有报警信息显示。
结束语
通过上述的探讨，我们简单的分析了重型数控立式车床垂直刀架系统的相关设计要点，但是需要注意的是截至目前我国仍然没有统一的刀架生产标准，因此其结构、尺寸必然存在差异，这就需要在实际工作中结合刀架实际尺寸酌情进行分析。但是无论是哪一种刀架，要想保证正常、有序的工作，必然需要从机械、电气和控制等方面入手，任何一个环节出现误差都会造成整个设备故障问题。因此，在设计中还需要多观察实际情况，进而保证设计的科学性、合理性，这样方能确保重型数控立式车床垂直刀架的高效运行。
参考文献
[1]李俊秀.可编程控制器应用技术[M].北京.化学工业出版社，2008：34-76.
[2]韩鸿鸾.容维芝.数控机床的结构与维修[M].北京.机械工业出版社，2004：33-66.
[3]邓三鹏.数控机床结构及维修[M].北京.国防工业出版社，2008.1：11-54.
关键词：数控机床；PLC；垂直刀架；数控技术
随着科学技术的飞速发展，社会对各类机械产品的质量、效率和废品回收率提出了新的要求，为了更好的保证企业生产安全性、高效性，以数控技术为核心的车床由此产生，也就是我们当今所说的数控机床。数控机床与普通的机床一致，都具备一个科学、有效的系统，也就是刀架系统。这里我们就重型数控立式车床中的垂直刀架设计要点做了简单的分析。
1 刀架系统概述
刀架系统是机床系统中最为关键的部分，是车床运行的主要传动体系。目前的数控机床中，由于刀架系统是电动系统的一部分，是由电力系统全权控制，无需要在工作中另外添加液压油或者其他的动力之源，因此在刀架系统的处理当中复杂程度较低。在工作中，合理的选择刀架系统可以有效的缩短工作时间、减少加工误差、提高产品的精确度。
1.1 刀架系统的产生
在车床运行和加工中，选择合适的刀架可以有效的提高工作效率、增加车床工作的连续性和适应性，尤其是在那些形状复杂的零件加工中，除了能够科学的进行系统控制外，还能对相关的执行机构提出不同的要求，这样方便了灵活、科学的运用各种加工模式。
1.2 刀架的基本结构
在重型数控立式车床中，刀架系统通常都是当做动作执行部件来处理的，它的构成主要包含了驱动装置、分度装置、定位装置、发信装置、装刀装置和换刀系统等。
2 重型数控立式车床垂直刀架设计要点
重型数控立式车床垂直刀架的设计与车床刀架系统的运行原理息息相关，它在设计中是通过将刀架抬起、刀架转位、刀架定位、刀架夹紧等方面构成，然后通过可编程控制器对整个刀架系统进行串联与合并。在运行过程中，当PLC应用程序的信号从控制面板传出时，刀架换刀系统及时的接到指令并发出换刀操作，此时换刀控制系统相继运行，并且控制刀架进行转为和定位。如果刀架的实际位置与发出指令的位置不相符，那么PLC也会及时的发出反锁转进的新指令，并且及时的启动延时与更改指令。
2.1 重型数控立式车床垂直刀架控制系统
在当今的车床控制系统设计中，PLC系统一直发挥着不可替代的作用，它通常都是由CNC和PLC两个部分构成的，其中CNC主要是以数据的运算和管理为主的，而PLC则是将各种编码、指令转变成为实际操作需要的装置，它是以微处理器为基础的通用型现代化、自动化控制装置，这种装置具备反应速度快、工作效率高、安全可靠的优势。
在重型数控立式车床垂直刀架的设计中，整个刀架系统分为四个不同的刀位，每一个刀位在接收到控制器指令的时候，整个刀架会发生运动，并且及时的经过相应的工位，此时通过电动机反转来将刀具插入到刀位，并且利用螺纹升降系统夹紧，然后电动机停止工作。
在此类操作中，刀架系统所输出的信号是一个由高到低的输入状态，是高电平转为低电平的模式，它通过信号采集体系对电路中瞬间发出的信号进行采集，然后保持操作一直，从而使得整个集电线路得到正常工作。
2.2 重型数控立式车床垂直刀架自动换刀设计
在重型数控立式车床垂直刀架系统中，电动刀塔的设计尤为关键，它通常都是由电动机、制动器以及保护开关三个部分组成，我们通常也可以将其看成是一个三相一体的电动机。一般情况下，制动器都是安装在电动机的后端表层盖上面，通过制动器的线圈与开关保护装置来进行电气控制。（图1）
接触器KM1控制电动机正转，接触器KM2控制电动机反转，接触器KM1、KM2分别由继电器KM1、KM2控制。断路器QF实现电动机的短路和过载保护。继电器KM3控制电动机的制动器线圈，当KM3闭合，电动机后端的制动器线圈获电动作，电动机处于松开状态，当KM3断开，制动器线圈断电，电动机啊处于锁紧状态。当电动刀架转到目标位置的前一位置时，继电器KM4获电动作，预分度电磁铁线圈获电，当电动刀架到换到位置时，电磁铁推动插销移动，分度到位检测接近开关SQ1发出信号，停止电动机转动，电动机反转进行锁紧。锁紧到位后，接近开关SQ2发出信号，继电器KA3获电动作，电动机制动，完成换刀控制后，KA4、KA3断电。
2.3 重型数控立式车床垂直刀架换刀系统设计
数控车床中电动刀架上夹持各种不同用途的刀具，通过旋转分度定位来实现机床的换刀动作。下面以电动刀架BWD40-1为例，分析数控车床自动换刀的PLC控制过程。
电动刀架为六工位，采用蜗杆蜗轮传动，刀架电动机正转实现刀架松开并进行分度，反转进行锁紧并定位。电动机的正反转由接触器KM6、KM7控制，刀架的松开和锁紧靠微动行程开关SQ1进行检测，刀架的分度由刀架电动机后端的角度编码器进行检测。（图2）
图2 重型数控立式车床垂直刀架换刀系统电气控制線路
2.3.1 机床接收到换刀指令（程序的T码指令）后，刀架电动机正转进行松开并分度控制，分度过程中要有转位时间的检测，检测时间设定为10s，每次分度时间超过10s系统就发出分度故障报警。
2.3.2 刀架分度并到位后，通过电动机反转进行锁紧和定位控制，为了防止反转时间过长导致电动机过热，要求电动机反转控制时间不得超过0.7s。
2.3.3 电动机正反转控制过程中，还要求有正转停止延时时间控制和反转开始的延时时间控制。
2.3.4 自动换刀指令执行后，要进行刀架锁紧到位信号的检测，只有检测到该信号，才能完成T代码功能。
2.3.5 自动换刀过程中，要求有电动机过载、短路及温度过高保护，并有相应的报警信息显示。自动运行中，程序的T代码错误（T=0或T>7）时相应有报警信息显示。
结束语
通过上述的探讨，我们简单的分析了重型数控立式车床垂直刀架系统的相关设计要点，但是需要注意的是截至目前我国仍然没有统一的刀架生产标准，因此其结构、尺寸必然存在差异，这就需要在实际工作中结合刀架实际尺寸酌情进行分析。但是无论是哪一种刀架，要想保证正常、有序的工作，必然需要从机械、电气和控制等方面入手，任何一个环节出现误差都会造成整个设备故障问题。因此，在设计中还需要多观察实际情况，进而保证设计的科学性、合理性，这样方能确保重型数控立式车床垂直刀架的高效运行。
参考文献
[1]李俊秀.可编程控制器应用技术[M].北京.化学工业出版社，2008：34-76.
[2]韩鸿鸾.容维芝.数控机床的结构与维修[M].北京.机械工业出版社，2004：33-66.
[3]邓三鹏.数控机床结构及维修[M].北京.国防工业出版社，2008.1：11-54.