4.2.1 螺距的确定
刀架转位时,要求螺杆在转动约170°的情况下,上刀体的端面齿与下刀体的端面齿完全脱离;在锁紧的时候,要求上下端面齿的啮合深度达2mm。因此，螺杆的螺距P应满足P×170/360＞2mm，即P＞4.24mm，取螺杆的螺距P=6mm。 4.2.2 其他参数的确定
采用单头梯形螺杆，头数n=1,侧角β=15°，外螺纹大径（公称直径）d1=50mm,牙顶间隙ac=0.5mm,基本牙型高度H1=0.5P=3mm，外螺纹牙高
h3=H1+ac=3.5mm，外螺纹中径d2=47mm,外螺纹小径d3=43mm,螺杆螺纹部分长
度H=50mm。 4.2.3 自锁性能校核
螺杆-螺母材料均用45钢，查附录G，取二者的摩擦因数F=0.11；再求得梯形螺旋副的当量摩擦角；
φv=arctan而螺纹升角：
f
≈6.5 °
cos?ψ=arctan（nP/πd2）=arctan(1×6/3.14×47)=2.33°
小于当量摩擦角。因此，所选几何参数满足自锁条件。
5 电气控制部分设计
5.1 硬件电路设计[12]
自动回转刀架的电气控制部分主要包括收信电路和发信电路两大块，如图5.1所示。
5.1.1 收信电路[13]
图a中发信盘上的4只霍尔开关（型号为UGN3120U），都有3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，当磁铁对准某一个霍尔开关时，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。4只霍尔开关输出的4个刀位信号T1～T4分别送到图b的4只光耦合器进行处理，经过光电隔离的信号再送给I/O接口芯片8225的PC4～PC7。 5.1.2 发信号电路
图c刀架电动机正反转控制电路，I/O接口芯片8255的PA6与PA7分别控制刀架电动机的功率只有80W，所以图d中刀架电动机与380V市电的接通可以选用大功率直流继电器，而不必采用继电器-接触器控制电路，以节省成本，降低故障率。图c中，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，以防控制系统失控时导致短路现象。当KA1或KA2的触点接通380V电压时，会产生较强的火花，并通过电网影响控制系统的正常工作，为此，在图d中布置了3对R-C阻容用来灭弧，以抑制火花的产生。
a) b)
c) d)
图5.1 自动回转刀架电气控制原理图
a）发信盘上的霍尔元件 b）刀位信号的处理 c）刀架电动机正反转控制 d）刀架电动机正反转的实现
5.2 控制软件的设计
在清楚了自动回转刀架的机械结构和电气控制电路后，就可以着手编制刀架自动回转转位的控制软件了。对于四工位自动回转刀架来说，它最多装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。图5.2表示让1#刀转到工作位置的程序流程，2#～4#刀的转位流程与1#刀相似。
设控制系统的CPU为AT89C51单片机，扩展8255芯片作为自动回转刀架的收信与发信控制，已知8255芯片的控制口地址为2FFH，则基于图5.1和图5.2的汇编程序清单如下：
图5.2 换1#刀的程序流程[14]
TO1: MOV DPRT，#2FFFH ；指向8255的PC口
MOVX A，@DOTR ；读取PC内容
JNB ACC.4，TEND ；测试PC4=0？若是，则说明1#
已在工作位置，程序转到TEND
MOV DPTR，#2FFCH ；指向8255的PA口地址 MOVX A，@DPTR ；读取PA口锁存器内容
CLR ACC.6 ；令PA6=0，刀架电动机正转有效 SETB ACC.7 ；令PA7=1，刀架电动机反转无效
MOVX @DPTR,A ；刀架电动机开始正转 CALL DE20MS ；延时20ms
YT01：MOV DPTR，#2FFEH ；指向8255的PC口
MOVX A，@DPTR ；读取PC口内容
JB ACC.4，YT01 ；PC4=0吗？即1#刀转到工作位置了吗？
CALL DE20MS ；延时20ms
YT11：MOV DPTR，#2FFEH MOVX A，@DPTR JB ACC.4,YT11 CALL DE20MS YT21：MOV DPTR，#2FFEH MOVX A，@DPTR JB ACC.4，YT21 MOV DPTR，#2FFCH MOVX A，@DPTR SETB ACC.6 SETB ACC.7 MOVX @DPTR,A CALL DE150MS CLR ACC.7 SETB ACC.6 MOV @DPTR,A CALL DELAY SETB ACC.6 SETB ACC.7 MOVX @DPTR,A TEND: REL
；指向8255的PC口
；第二次读取PC口内容 ；PC4=0？ ；延时20ms
；指向8255的PC口
；第三次读取PC口内容 ；PC4=0？ ；指向PA口
；读取PA口锁存器内容
；令PA6=1，刀架电动机反转无效 ；令PA7=1，刀架电动机反转无效 ;刀架电动机停转 ;延时150ms
;令PA7=0,刀架电动机反转有效 ;令PA6=1,刀架电动机正转无效 ;刀架电动机开始反转 ;延时设定的反转锁紧时间 ;令PA6=1,刀架电动机反转无效 ；令PA7=1，刀架电动机反转无效 ;刀架电动机停转
；换1#刀结束
6 常规故障分析与排除
6.1 刀架不能启动[15]
6.1.1 机械方面的原因：
（1） 刀架预紧力过大，当用六角扳手捅入蜗杆端部旋转时不易转动，而用力的时候时可以转动，但下次夹紧后刀架仍不能启动，这种现象的出现，可以确定刀架不能启动的原因是由于预紧力太大，可以通过调小刀架夹紧电流排除它。
（2） 刀架机械内部卡死。当从蜗杆端部转动时，顺时针方向转不动，其原因是机械卡死发讯盘。首先检查夹紧装置的反靠定位销是否处于反靠棘轮糟内，若在则需要将反靠棘轮与蜗杆连接销孔回转一个角度重新打孔连接。其次，检查主螺母是否锁死，如果锁死.则应重新调整； 再次，由于润滑不良造成旋转键研死，此时拆开，观察实际情况.加以润滑处理。 6.1.2 电气方面的原因： （1） 电源不通，电机不转。
检查熔芯是否完好，电源开关是否接通良好，开关位置是否准确。用万用表检测电容时， 电压值是否在规定的范围内，可通过更换保险、调整开关位置，使接通部件接触良好。此外，电源不通的原因还可以考虑刀架的控制器断线，刀架内部断线，电刷式霍尔元件位置发生变化，导致不能正常通断。 （2） 电源通，电机反转。
可以确定为电动机相序接反。通过检查线路，变换相序。 （3） 手动换刀正常，机控不换刀。
应重点检查微机与刀架控制器的引线、微机I/O接口及刀架到位回答信号。
6.2 刀架连续转动、到位不停
由于刀架能连续转动，所以机械方面的故障可能性较小，主要从电气方面检查： 6.2.1 检查刀架到位信号是否发出，如果没有到位信号则是发信盘故障。此时可以检查发信盘弹性触头是否磨损，发信盘地址线是否断路或是否有接触不良和漏接。是否需要更换弹性片触头或重修，针对其线路中的，继电器接触情况，线路连接情况相应的进行线路故陷排除。
6.2.2 当仅出现某号刀不能定位时，则一般是由于该号刀线路出现问题。