数控课程设计 六工位刀架 - 图文

数控车床六工位刀架设计

第二节 刀架机械结构

2.1刀架总述

数控车床的刀架是机床的重要组成部分。刀架用于夹持切削用的刀具，并可作移动或回转的部件，因此其结构直接影响机床的切削性能和切削效率。刀架是

直接完成切削加工的执行部件，所以，刀架在结构上必须具有良好的强度和刚度，以承受粗加工时的切削抗力。由于切削加工精度在很大程度上取决于刀尖位置，所以要求数控车床选择可靠的定位方案和合理的定位结构，以保证有较高的重复定位精度。此外，刀架的设计还应满足换刀的时间短、结构紧凑和安全可靠等要求

2.2刀架的基本结构

数控刀架作为数控车床的动作执行部件，其基本结构： （1）驱动装置 主要有电机、液压电动机、齿轮、齿条。

（2）分度装置 通过机械液压传动结构到所需工位间的转动。结构主要分为间歇分度结构和连续分度机构。快速换刀一般选用双向旋转的连续分度机构。

（3）预定位装置 到达所需的工位后，停止分度运动，以便于齿盘正确啮合。伺服电机驱动刀架，利用伺服电机编码器作为预定位。

（4）松开、刹紧装置 齿盘副的松开刹紧。为了完成快速杀紧和得到的杀紧力，松开和刹紧一般选用液压和机械等来实现松开和刹紧。

（5）精定位装置 刀具在切削时需要很高的刚性和定位精度，因此刀架都选用齿盘副做的精度定位元件。

（6）发信装置 包括工位信号（编码器）和动作控制信号。

（7）装刀装置 包括刀盘、刀夹及夹刀装置。目前刀盘有2种模式：欧式VDI、日式槽刀盘。德国标准VDI刀盘DIN69880和DIN69881标准。

（8）数控刀架换刀动作 系统发出指令——齿盘松开——刀架旋转分度——到达目标工位并发信号给系统——预定位——齿盘锁紧精定位——系统确认后工件切削。

为满足不同工件的加工要求，数控刀架分为4、6、8、10、12工位，形式为立式和卧式。

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2.3刀架的几种典型结构

（1）螺旋转位刀架

如图 3-1 所示，电机经弹簧安全离合器至蜗轮副带动螺母旋转，螺母举起刀架使端齿盘的上盘与下盘分离，随即带动刀架旋转到位，然后发信号使电机反转锁紧，使刀架换位，进行切削加工。螺母升降式零件多，但加力可靠，精度较高，许多刀架都利用这种原理设计。

图3-1 螺旋转位刀架

1-内装信号盘 2-刀架 3-端齿盘 4-电机 5-安全离合器

（2）数控车床方刀架

经济型数控车床方刀架是在普通车床四方刀架的基础上发展的一种自动换刀装置，其功能和普通四方刀架一样：有四个刀位，能装夹六把不同的刀具，方刀架回转90`时，刀具变换一个刀位，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、刀架定位和刀架夹紧。完成上述动作要求，有相应的机构来实现。

（3）转塔回转刀架

转塔回转刀架适用与盘类零件加工。在加工轴类零件时，可以换用四方回转刀架。由于两者底部安装尺寸相同，更换刀架十分方便。回转刀架动作根据数控指令进行，由液压系统通过电磁换向阀进行控制，其动作过程分为如下四个步骤：（1）、刀架抬起，（2）、刀架转位、（3）、刀架压紧，（4）、转位液压缸复位。如果定位、压紧动作正常，刀架会发出信号表示已完成换刀过程，可进行切削加工。

（4）盘形自动回转刀架

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盘形自动回转刀架根据刀位又可分为A型、B型和C型，其中A型和B型刀架可配置12把刀具，C型可配置8把刀具。A、B型回转刀盘的外切刀可使用25mm*150mm标准刀具和刀杆截面为25mm*25mm的可调工具，C型可用尺寸为20mm*20mm*125mm的标准刀具。镗刀杆直径最大为32mm。该种刀架更换和对刀十分方便。刀位选择由刷形选择器进行，松开、夹紧位置检测由微动开关控制。整个刀架控制是一个纯电气系统，结构简单。

（5）车削中心的动力刀架

车削中心的动力刀架的刀盘上可以安装各种非动力辅助刀夹（车刀夹、镗刀夹、弹簧刀夹、莫氏刀柄），夹持刀具进行加工，还可安装动力刀夹进行主动切削，配合主机完成车、铣、钻、镗等各种复杂工序，实现加工程序自动化、高效化。该刀架采用端齿盘作为分度定位元件，刀架转位由三相异步电机驱动，电动机内部带有制动机构，刀位由二进制绝对编码起器识别，并可双向转位和任意刀位就近选刀。动力刀具由交流伺服电机驱动，通过同步齿形带、传动轴、传动齿轮、端面齿离合器将动力传递到动力刀夹，再通过刀夹内部的齿轮传动，刀具回转，实现主动切削。

第三节 换刀工作原理

数控车床的刀架是车床自动换刀的机构，是车床上一个重要的部件。刀架具有很多种类。有霍尔元件检测刀位的简易刀架，有带位置编码可双相换刀的自动刀架，有可带动刀具的自动刀架，控制刀架旋转有的使用普通异步电动机，有的使用伺服电极。有很多刀架的控制厂为车床提供各种各样的刀架。每个厂家生产的刀架控制方法有所差别，就是同一厂家提供不同型号的刀架，其控制时序也不是百分百相同。

3.1数控车床编码器刀架换刀工作原理

在本课题中以六工位刀架为例，首先需要根据当前的刀具位置确定出刀架就近旋转到目标刀位的方向，并启动刀架电机按该方向旋转，同时检测有刀架位置编码器信号发出的实际刀位和选通信号。当检测到实际刀位等于目标位，且选通信号的下降沿出现时，PLC应用程序则控制预定位电磁铁动作。这时PLC应用程序继续监控预定位传感器的下降沿，在下降沿出现后，控制电机方向相反方向转动，这时刀架进入锁紧过程。锁紧过程启动后，PLC应用程序监控当前刀位以及选通信号的上升沿。一旦当前刀位等于目标刀位，且选通信号的上升沿出现时，控制预定位电磁铁关闭，刀架电机停止，整个换刀过程完成。

另外应减少控制回路中滞后的中间环节，如刀架电机的正转、反转不应在

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PLC数字输出和接触器之间通过继电器接力控制，应采用24V直流接触器直接控制，见图3.1支流接触器直接控制刀架电机。这样才能保证预定位电磁铁的动作时间和刀架正转、反转的切换时间。

380V AC出输字数KM1KM2KM1KM224V直流接触器M3~直流接触器直接控制刀架电机刀架电机

图3.1支流接触器直接控制刀架电机

对于六工位自动回转刀架来说，它最多装有六把刀具，微机系统控制的任务，就是选中任意一把刀具，让其回转到工作位置。

3.2 编码器真值表 位置 02 12 22 1 1 0 0 1 2 0 1 0 1 1 3 1 1 0 1 0 4 0 0 1 1 1 5 1 0 1 1 0 6 0 1 1 1 0 选通 奇偶校验 1 3.3 刀架编码器工作原理

码盘、狭缝、发光组件和接收器组合在一起，就实现了刀架工位编码器的光电转换。

发光管与接收器分别布置在狭缝两侧，三者相对固定，发光管发出的红光穿过狭缝上对应的小孔接收器接收，转变为光电流输出，但由于狭缝和接收器之间还安装有可转码盘，接收器能否被红外光照射还取决与码盘上透光的一段段圆环所处的角度位置。当码盘上的透光去恰好位于狭缝上小孔位置时，接收管才

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