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四工位自动刀架设计 　　我公司是压力容器专业制造企业，随着生产规模的不断扩大，压力容器配件的加工数量越来越多，加工精度要求也越来越高，用普通机床加工容器配件效率低，精度不易控制，已不适应企业的生产要求。购置数控机床成本较高，因此我们对现有的普通机床进行了数控化改造。自动刀架是数控车床的重要组成部分之一，改造普通车床时必须将普通方刀架改为自动刀架。C6140普通车床刀架改造方案如下： 　　一、总体方案 　　经改造后的数控车床自动刀架为四工位，最长自动换刀时间控制为3．07秒。自动刀架的作用是在数控车床的加工过程中实现较短时间的自动换刀和手动换刀。自动换刀过程是按照数控加工程序的换刀命令将相应刀号的车刀转到加工位置；手动换刀过程是根据需要用手按换刀按钮，刀架顺时针转90度使下一把车刀转到加工位置。换刀过程包括刀架抬起、转位、定位和夹紧等步骤。换刀过程由单片机控制，机械系统执行。刀架位置由传感器和粗定位销进行粗定位，由鼠牙盘进行精定位。刀架的重复定位误差为零。 　　二、机械系统与结构 　　自动刀架机械系统的结构如图(一)所示，主要由蜗轮1、刀架座2、刀架体4、鼠牙盘3、粗定位销5、球头销6、刀位传感器电刷7等组成。蜗轮与丝杠为整体结构，刀架体内侧有内螺纹与丝杠配合，丝杠导程为9mm。上下鼠牙盘采用渐开线齿形，大端模数为2，齿数为68，上鼠牙盘升高4mm即可使上下鼠牙盘完全脱开。自动刀架采用三相异步电动机驱动，经过蜗轮蜗杆传动得到所需转速。蜗轮蜗杆机构具有自锁性，可以避免刀架在切削加工过程中产生松动。刀架的升降采用丝杠螺母机构实现，蜗轮转160度后鼠牙盘脱开，同时球头销在弹簧力作用下压入转位套的槽口中，使刀架与蜗轮一起转动而实现刀具转位。根据设计要求，电动机反转时刀架下落并加紧，但不能反转，故采用了粗定位销。 　　三、刀架位置检测系统 　　刀架位置采用接触式码盘作为传感器进行检测，刀架夹紧是否到位采用位置开关检测。接触式码盘是一种绝对式检测装置，可直接把被测转角位置用数字代码表示出来。接触式码盘的特点是体积小，输出功率大。该接触式码盘有两个电刷S0、S1，两电刷电位的高低组合可以测出刀架的四个刀位。 　　四、控制系统硬件电路 　　由于刀架控制系统比较简单，故采用了MCS—51系列单片机8031进行控制。该单片机性能价格比高、控制功能强、功耗低、可靠性高、开发技术成熟。由于刀架控制软件比较小，中间运算结果很少，因此分配好8031单片机内部128B的RAM就能满足要求，不需要再扩展片外随机存储器。8031片内无只读存储器，为了存放系统控制软件必须扩展一片片外的EPROM(2764，8KB)。此外控制系统从主计算机接收控制命令，还要接收若干外部开关量输入信号，输出刀架电动机正反转的控制信号等，仅8031单片机的P1口不够用，系统扩展了一片可编程并行接口芯片8255。刀架控制系统硬件电路主要由8031单片机、74LS373地址锁存器、2764可擦除EPROM和8255可编程并行接口等四片芯片构成。开关量输入/输出电路均采用了光电耦合器。简化的控制系统硬件电路如图(二)所示。显然自动刀架控制系统有三种复位方式，即上电复位(利用RC电路实现，时间常数为T=100ms)、按键复位和主计算机控制复位。 　　五、控制系统软件 　　自动刀架控制系统软件用8031的单片机汇编语言编写，共102条指令，占用263B的内存。该软件能实现手动或自动换刀，且手动换刀和自动换刀互锁。刀架位置检测和各种循环控制均采用了查询式工作方式。 　　1．控制软件的主要功能字 　　根据控制系统硬件电路，2764EPROM的地址范围为0000H—1FFFH，因片选信号线CS接地，处于常选通状态。可编程并行接口芯片8255的PA口地址为7FFCH、PB口地址为7FFDH、PC口地址为7FFEH、控制口地址为7FFFH，控制字。8031单片机P1口读入值为10H时对应一号刀位、11H对应二号刀位、12H对应三号刀位、13H对应四号刀位。8255的PA口读入值为00H时表示无手工换刀指令、为01H表示有手工换刀指令。PB口接收主计算机传来的控制命令，66H表示进入自动换刀状态、77H表示进入手动换刀状态、88H表示退出换刀状态、00H表示自动换一号刀、01H表示自动换二号刀、02H表示自动换三号刀、03H表示自动换四号刀。PC口输出刀架电动机控制命令，为10H时控制电动机正转、20H控制电动机反转、40H表示换刀完成并令电动机停转。 　　2．控制软件流程 　　自动刀架控制系统软件的简化流程图如图(三)所示。 　　六、结论 　　我们对公司的4台C6140普通车床进行了数控化改造，经对石油化工炼油装置中高压法兰密封槽等配件的加工应用，生产效率明显提高，加工的尺寸形状一致性