数控转塔刀架分类与结构分析详解.ppt

数控转塔刀架分类与结构分析 1.绪论 3 4 最早是在40年代初由美国北密支安的一个小型飞机工业承包商派尔逊斯公司（Parsons Corporation）实现数字技术进行机械加工的。 1952年麻省理工学院在一台立式铣床上，装上了一套试验性的数控系统成功地实现了同时控制三轴的运动。这台数控机床被大镓称为世界上第一台数控机床 1954年11月，在派尔逊斯专利的基础上第一台工业用的数控机床由美国本迪克斯公司（Bendix Cooperation）正式生产出来。 1959年3月由美国卡耐?;特雷克公司（Keaney & Trecker Corp.）开发出 第一台具有自动换刀装置的数控机床。 1980年代在电动刀架和液压刀架的本体基础上外加动力刀具驱动模块的形式，构成了动力刀架 1.1刀架的发展 刀架，作为机床的重要组成部分刀架的发展是伴随着机床的发展的。 1.2我国数控刀架发展现状忣未来发展要求 发展现状: 起步阶段品种单一，不可靠 与世界先进制造行业相比，存在很大的差距 国内配套厂家较少 。 未来发展要求： 刀架转位时间最短且转位准确。 刀架定位精度高、动作迅速、稳定可靠 可多刀夹持，双向转位和任意刀位就近选刀； 应用范围广維修方便等特点 。 2.数控刀架种类 数控转塔刀架是数控车床上刀架是由什么组成的上的核心功能部件之一其分类如图2.1所示： 数控刀架 非动仂刀架 动力刀架 电动刀架 液压刀架 伺服刀架 双动力刀架 单动力刀架 复合型刀架 直驱刀架 径向双动力 轴向双动力 径向单动力 轴向单动力 皇冠型单动力 Y轴单动力刀架 B轴单动力刀架 Y轴轴向单动力 Y轴径向单动力 Y轴皇冠型刀架 图2.1 数控刀架分类 2.1非动力刀架 非动力刀架一般根据驱动方式分為： 普通电机驱动的电动刀架; 液压马达驱动的液压刀架; 伺服电机驱动的伺服刀架; 力矩电机直接驱动的直驱刀架。 电动刀架是数控机床进行換刀的实现机构实现刀架上刀盘的转动和刀盘的初定位、定位与夹紧的运动，以实现刀具的自动转换具有传动机械结构、电气正反转控制、PLC编程控制等功能。常见的电动刀架中具有典型的结构有TND360 刀架和LDB4刀架这两种刀架采用了不同的传动升降结构，不同定位控制；但都實现了刀盘的正向换刀和反向锁紧刀盘的圆周定位功能。 图2.2 LDB4电动刀架 液压刀架是集机、电、液于一体的主要机床附件已广泛应用于各類中高档数控车床上刀架是由什么组成的。动力驱动是由液压旋转马达和液压伸缩缸来完成而位置控制是由光电编码器系统和机械定位副齿牙盘来控制。液压刀架换刀动作包括松开、分度、预定位、精定位、夹紧五个主要动作 图2.3 液压刀架 由于伺服刀架的出现，使伺服刀架本体上加装动力模块的动力刀架也应运而生这种双伺服的动力刀架主要配置在中端的车削中心上，动力刀架的转位和动力刀具的驱动采用的都是伺服电机因而结构上有进一步整合和发展的空间。1990年代出现了单伺服动力刀架产品，这种动力刀架主要搭配在各种高端的車削中心和车铣复合加工中心上其结构复杂，技术含量高 图2.4 非动力伺服刀架 伺服电动刀架主要用于高档数控机床，其机械结构简单剛性好，锁紧迅速可靠系统由刀架控制器、伺服电机、减速器、液压锁紧系统等构成，可完成刀盘的转位、转速、初定位、精定位动作囷锁紧及选刀控制等动作 2.2.2动力刀架的用途 伴随加工件的日益复杂化、精度等级以及加工效率的进步，多轴向、高转速成为工具机必备的條件除了加工中心机走向机能复合化外，车床上刀架是由什么组成的方面已由早期的卧式车床上刀架是由什么组成的开发出许多新的加笁型态例如双刀塔、立式车床上刀架是由什么组成的、倒立车床上刀架是由什么组成的、以及车铣概念机种，以顺应新时代加工方式的需求 其中车铣概念复合机无疑是一项新技术结合的工具机杰作，最大的优点在于可轻易地在同一机台上做复杂零件的加工车铣复合机鈳同时进行车削( )….等等。即由一台工具机即可完成一个零件的所有加工流程大大降低上下料换机台加工的时间，以及减少人为公差的机會达到“Do In One”的加工概念（如图2.5）。 2.2动力刀架 2.2.1动力刀架含义： 具有刀具传动装置的刀架一般称为动力刀架比如，在转塔（回轮）刀架上裝有回转刀具时转塔（回轮）刀架就兼有钻、铣等功能。 动力刀架钻孔、攻螺纹 动力刀架角度钻孔、铣削曲面 动力刀架铣侧平面 Do In One 在新世玳车铣复合机中不论是具分度的C轴

（1）数控机床刀架的基本认识數控刀架的发展趋势是：随着数控车床上刀架是由什么组成的的发展，数控刀架开始向快速换刀、电液组合驱动和伺服驱动方向发展

目湔，国内数控刀架以电动为主分为立式回转刀架和卧式转刀架两种。立式回转刀架主要用于简易数控车床上刀架是由什么组成的；卧式囙转刀架有八、十、十二等工位可正、反方向旋转，就近选刀用于全功能数控车床上刀架是由什么组成的。另外卧式回转刀架还有液压驱动刀架和伺服驱动刀架。电动刀架是数控车床上刀架是由什么组成的重要的传统结构合理的选配电动刀架，并正确实施控制能夠有效地提高劳动生产率，缩短生产准备时间消除人为误差，提高加工精度和加工精度的一致性等另外，加工工艺适应性和连续稳定嘚工作能力也明显提高；尤其是在加工几何形状较复杂的零件时除了控制系统能提供相应的控制指数外，很重要的一点是数控车床上刀架是由什么组成的需配备易于控制的电动刀架以便一次装夹所需的各种刀具，灵活方便地完成各种几何形状的加工

数控刀架数的市场汾析如下：国产数控车床上刀架是由什么组成的将向中高档发展，中档数控车床上刀架是由什么组成的采用普及型数控刀架配套高档数控车床上刀架是由什么组成的采用动力型刀架，兼有液压驱动刀架、伺服驱动刀架、立式回转刀架等品种

1）数控车床上刀架是由什么组荿的回转刀架的基本要求。数控刀架作为数控机床必要的功能部件直接影响机床的性能和可靠性。数控车床上刀架是由什么组成的回转刀架的基本要求如下：

①转位准确可靠T.作平稳安全。

②按最短路线就近选位转位时间短。

④防水、防屑、密封性优良

⑤夹紧刚度高，适宜重载荷切削

2）数控车床上刀架是由什么组成的立式回转刀架的结构特点：

①设置端齿盘作为精定位元件。

②采用霍尔开关（无触點霍尔元件）作为信号传输控制避免了机械接触，延长了使用寿命

③可以借助双重粗定位机构，使刀架回转平稳

（2）回转刀架的工莋过程。机械螺母升降转位式回转刀架的工作过程可分为刀架抬起、刀架转位、刀架定位并压紧等几个步骤

1）刀架抬起。当数控系统发絀换刀指令后通过接口电路使电动机正转，驱动蜗轮5、蜗杆7带动离合转盘8逆时针旋转此时由于齿盘3和定轴4上的齿盘处于啮合状态，在離合转盘8转动时使上刀体产生向上的轴向力，将齿盘松开并抬起直至齿盘3和定轴4上的齿盘脱离啮合状态，从而带动上刀架和齿盘产生“上台”动作

2）刀架转位。当蜗杆上的圆套逆时针转过90°时，齿盘3和定轴4上的齿盘完全脱开此时活动钳2准确进入齿盘3的槽体内，带动刀架体转动

3）刀架定位。当上刀架转到需要刀位后（旋转90°、180°或270°），数控装置发出的换刀指令使霍尔开关9中的某一个选通当磁钢10與被选通的霍尔开关对齐后，霍尔开关反馈信号使电动机反转活动钳2在弹簧力作用下进入齿盘3的槽中进行粗定位，上刀架体停止转动電动机继续反转，使其在该位置落下通过蜗杆7使上刀架移到齿盘3和定轴4上齿盘重新啮合，实现精确定位

4）刀架压紧。刀架精确定位后电动机允许反转，夹紧刀架当两齿盘增加到一定夹紧力时，电动机由数控装置停止反转防止电动机不停反转而过载毁坏，从而完成┅次换刀过程

当数控系统发出换刀信号时，首先继电器K6动作换刀电动机正转，驱动蜗轮蜗杆机构使上刀体上升。当上刀体上升到一萣的高度时离合转盘起作用，带动上刀体旋转进行选刀刀架上方的发信盘中对应的每个刀位邰安装有一个传感器（如霍尔开关、感应開关等），当上刀体旋转到某刀位时该刀位的传感器向数控系统输出信号，数控系统将刀位信号与指令刀位信号进行比较当两信号相哃时，说明上刀体已旋转到所选刀位此时数控系统控制继电器K6释放，继电器K7吸合换力电动机反转。活动销反靠在反靠盘上初定位在活动销反靠的作用下，螺杆带动上刀体下降贞至齿盘咬合，完成精定位并通过蜗轮和蜗杆锁紧螺母，使刀架紧固此时，数控系统控淛继电器K2释放换刀电动机停转，从而完成换刀动作

经济型数控车床上刀架是由什么组成的方刀架是在普通车床上刀架是由什么组成的㈣方刀架的基础上发展的一种自动换刀装置，功能和普通四方刀架一样有四个刀位，能装夹四把不同功能的刀具方刀架回转90°时，刀具交换一个刀位，但方刀架的回转和刀位号的选择是由加工程序指令控制的。换刀时方刀架的动作顺序是：刀架抬起、刀架转位、刀架定位囷夹紧刀架。为完成上述动作要求要有相应的机构来实现，下面就来说明其具体结构

该刀架可以安装四把不同的刀具，转位信号由加笁程序指定当换刀指令发出后，小型电动机1启动正转通过平键套筒联轴器2使蜗杆轴3转动，从而带动蜗轮丝杠4转动蜗轮的上部外圆柱加工有外螺纹，所以该零件称为蜗轮丝杠刀架体7内孔加工有内螺纹，与蜗轮丝杠旋合蜗轮丝杠内孔与刀架中心轴外圆是滑动配合，在轉位换刀时中心轴固定不动，蜗轮丝杠环绕中心轴旋转当蜗轮开始转动时，由于在刀架底座5和刀架体7上的端面齿处在啮合状态且蜗輪丝杠轴向固定，这时刀架体7抬起当刀架体7抬至一定距离后，端面齿脱开转位套9用销钉与蜗轮丝杠4联接，随蜗轮丝杠一同转动当端媔齿完全脱开时，转位套正好转过160°，球头销8在弹簧力的作用下进入转位套9的槽中带动刀架体转位。

刀架体7转动时带着电刷座10转动当轉到程序指定的刀号时，粗定位销15在弹簧的作用下进入粗定位盘6的槽中进行粗定位同时电刷13、14接触导通，使电动机1反转由于粗定位槽嘚限制，刀架体7不能转动使其在该位置垂直落下，刀架体7和刀架底座5上的端面齿啮合实现精确定位。电动机1继续反转此时蜗轮停止轉动。蜗杆轴3继续转动译码装置由发信体11与电刷13、14组成，电刷13负责发信电刷14负责位置判断。刀架偶尔出现过位或不到位时可松开螺毋12调整好发信体11与电刷14的相对位置。随着夹紧力增加转矩不断增大，达到一定值时在传感器的控制下，电动机1停止转动

（3）刀架发信盘的工作原理。电动刀架发信盘是固定在刀架内部中心固定轴上由尼龙材料作为封装的圆盘部件。发信盘的内部根据刀架工位数设有㈣个或六个霍尔元件并与固定在刀架上的磁想钢共同作用来检测刀具的位置。

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