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数控车床四工位刀架原理及维修
西安理工大学高等技术学院 （陕西７１００８２） 薛军茂
在数控加工实际生产中，我们经常会遇到数控机床
出现的各种故障，影响我们的正常工作。快速的排除故
障，恢复生产是我们的期望。要做到这一点，我们必须
要总结经验，吃透原理，以便工作起来得心应手。
在对几次数控车床四工位刀架维修后，笔者总结常
见故障如下：①刀架连续旋转，找不见刀号。②刀架卡
死。
我们通过刀架装配图及工作原理进行故障分析与处
理。
１．四工位刀架装配图（见附图）
＼＼ ／ｌ ＼｜ ／ ，
５ 一
１ ／ ｌ ｜ ＝＝＝ ～１８ ２２ ２ ２０ ｍ ＼
１．刀架体２．磁铁架３．磁铁４．霍尔元件５．外罩 ６．导线７．刀架轴８、ｌ０．螺纹压圈９．霍尔元件骨架 Ｉ１．压垫ｌ２．推力球轴承ｌ３．粗定位销１４．螺杆 ｌ５．下粗定位销 ｌ６．蜗轮ｌ７．刀架电动机ｌ８．中滑板 ｌ９．床鞍２０．镶条２１．传动键２２．联接螺钉 ２３．刀架座２４．轴承压盖２５．蜗杆２６．轴承 ２７．压环２８．螺钉２９．滑销３０．螺母 ３１．弹簧３２．上粗定位销３３．粗定位压盖 ２．刀架工作原理
刀架电动机１７有两个动作，正转和反转。其动作
控制由霍尔元件来完成。通过导线６连接，该导线为６
根，一个输入端，一个输出端，四个刀位信号。
当要换刀时，系统给出换刀信号（某一刀号），电
动机得到信号后正转，带动蜗杆２５转动并带动蜗轮，
啊２ｏ０８年第２４期 ｗｗｗ．ｍａｃｈ『九ｆｓｆ．ｃＤｍ．ｃｎ 磊 工冷加工 通过键传递带动螺杆１４，这样使得螺母３０抬高，在抬
高一定距离后（螺母与刀架座２３上的精定位槽完全脱
离）带动刀架体１旋转，在刀架体旋转的过程中，由于
弹簧３ｌ的作用使得粗定位销１３始终保持与刀架座２３接
触，且粗定位销ｌ３只能沿一个方向公转，粗定位销在
定位槽（刀架座上）内的有序移动靠其一侧的锥边部
分。当要换置刀号对应的霍尔元件４检测到通过的磁铁
数控机床用刀具系统参数介绍
一、数控车削刀具的特点
为了适应数控机床加工精度高、加工效率高、加工工序集中及零件装夹次数少等要求，
数控机床对所用的刀具有许多性能上的要求。与普通机床的刀具相比，数控车床刀具及刀
具系统具有以下特点： 1）刀片或刀具的通用化、规则化、系列化。
2）刀片或刀具几何参数和切削参数的规范化、典型化。
3）刀片或刀具材料及切削参数须与被加工工件的材料相匹配。
4）刀片或刀具的使用寿命高，加工刚性好。
5）刀片在刀杆中的定位基准精度高。
6）刀杆须有较高的强度、刚度和耐磨性。
二、数控车削刀具的分类
1. 根据加工用途分类
车床主要用于回转表而的加工，如圆柱面、圆锥面、圆弧面、螺纹、切槽等切削加工。
因此，数控车床用刀具可分为外圆车刀、内孔车刀、螺纹车刀、切槽刀等种类。
2. 根据刀尖形状分类
数控车刀按刀尖的形状一般分成三类，即尖形车刀、圆弧形车刀和成形车刀，如图2-2.1所示。
图2-2.1 按刀尖形状分类的数控车刀 注：在数控车床上，除进行螺纹加工外，应尽量不用或少用成形车刀。
3. 根据车刀结构分类
根据车刀的结构，数控车刀又可分为整体式车刀、焊接式车刀和机械夹固式车刀三类。
（1）整体式车刀 整体式车刀(图2-2.2 a)主要指整体式高速钢车刀。通常用于小型
车刀、螺纹车刀和形状复杂的成形车刀。具有抗弯强度高、冲击韧度好，制造简单和刃磨
方便、刃口锋利等优点。
（2）焊接式车刀 焊接式车刀(图2-2.2b )是将硬质合金刀片用焊接的方法固定在刀
体上，经刃磨而成。这种车刀结构简单，制造方便，刚性较好，但抗弯强度低、冲击韧度
差，切削刃不如高速钢车刀锋利，不易制作复杂刀具。
（3）机械夹固式车刀 机械夹固式车刀(图2-2.2c）是将标准的硬质合金可换刀片
通过机械夹固方式安装在刀杆上的一种车刀，是当前数控车床上使用最广泛的一种车刀。
a） b） c） 图2-2.2 按刀具结构分类的数控车刀 a）整体式车刀 b）焊接式车刀 c）机械夹固式车刀 三、数控车削刀具的材料
自动换刀装置的结构原理与维修
8.4.1 自动换刀装置的形式
自动换刀装置是加工中心的重要执行机构，它的形式多种多样，目前常见的有以下几种。
1．回转刀架换刀
数控机床使用的回转刀架是最简单的自动换刀装置，有四方刀架、六角刀架，即在其上装有四把、六把或更多的刀具。
回转刀架必须具有良好的强度和刚度，以承受粗加工的切削力：同时要保证回转刀架在每次转位的重复定位精度。
图8-17为数控车床六角回转刀架，它适用于盘类零件的加工。在加工轴类零件时，可以用四方回转刀架。由于两者底部安装尺寸相同，更换刀架十分方便。
图8-17 数控车床六角回转刀架
1－活塞 2－刀架体 3、7－齿轮 4－齿圈 5－空套齿轮
6－活塞 8－齿条 9－固定插销 10、11－推杆 12－触头
回转刀架的全部动作由液压系统通过电磁换向阀和顺序阀进行控制，它的动作分为4个步骤：
(1)刀架抬起 当数控装置发出换刀指令后，压力油由a孔进入压紧液压缸的下腔，活塞1上升，刀架体2抬起，使定位用的活动插销10与固定插销9脱开。同时，活塞杆下端的端齿离合器与空套齿轮5结合。
(2)刀架转位 当刀架抬起后，压力油从c孔进入转位液压缸左腔，活塞6向右移动，通过联接板带动齿条8移动，使空套齿轮5作逆时针方向转动。通过端齿离合器使刀架转过60º。活塞的行程应等于齿轮5分度圆周长的1/6，并由限位开关控制。
(3)刀架压紧 刀架转位之后，压力油从b孔进入压紧液压缸上腔，活塞1带动刀架体2下降。齿轮3的底盘上精确地安装有6个带斜楔的圆柱固定插销9，利用活动插销10消除定位销与孔之间的间隙，实现反靠定位。刀架体2下降时，定位活动插销10与另一个固定插销9卡紧，同时齿轮3与齿圈4的锥面接触，刀架在新的位置定位并夹紧。这时，端齿离合器与空套齿轮5脱开。
(4)转位液压缸复位 刀架压紧之后，压力油从d孔进入转位液压缸的右腔，活塞6带动齿条复位，由于此时端齿离合器已脱开，齿条带动齿轮3在轴上空转。
数控车床刀架维修
数控车床刀架发信盘的故障诊断与维修 摘要:
需要换刀时，控制系统发出刀架转位信号，三相异步电机正向旋转，通过蜗杆副带动螺杆正向转动，与螺杆配合的上刀体逐渐抬起，上刀体与下刀体之间的端面齿慢慢脱开;与此同时，上盖圆盘也随着螺杆正向转动(上盖圆盘1通过圆柱销与螺杆联接)，当转过约270?时，上盖圆盘直槽的另一端转到圆柱销的正上方，由于弹簧的作用，圆柱销落入直槽内，于是上盖圆盘就通过圆柱销使得上刀体转动起来(此时端面齿已完全脱开)。
上盖圆盘、圆柱销以及上刀体在转动过程中，反靠销能够从反靠圆盘中十字槽的左侧斜坡滑出，而不影响上刀体寻找刀位时的正向转动。 上刀体带动磁铁转到需要的刀位时，发信盘上对应的霍尔元件输出低电平信号，控制系统收到后，立即控制刀架电动机反转，上盖圆盘通过圆柱销带动上刀体开始反转，反靠销马上就会落入反靠圆盘的十字槽内，至此，完成粗定位。此时，反靠销从反靠圆盘的十字槽内爬不上来，于是上刀体停止转动，开始下降，而上盖圆盘继续反转，其直槽的左侧斜坡将圆柱销的头部压入上刀体的销孔内，之后，上盖圆盘的下表面开始与圆柱销的头部滑动。在此期间，上、下刀体的端面齿逐渐啮合，实现精定位，经过设定的延时时间后，刀架电动机停转，整个换刀过程结束。
由于蜗杆副具有自锁功能，所以刀架可稳定地工作。 四方刀架:
四工位电动刀架 正常情况下可以装4把刀 它是以脉冲电波的形式接受指令的，刀架内部有一端带涡轮的蜗杆 刀架和底座接触面上各有一个端面齿轮 和两个限位块 正常情况下两个端面齿轮时咬合的 底座上面装有马达并有连轴蜗杆 当接收到换刀指令时 马达正传 蜗杆带动涡轮同时刀架蜗杆转动使刀架上升 端面齿轮分离 当刀架升高到一定程度时 刀架连同刀架蜗杆一起旋转 旋转90度后遇到限位块阻挡 由于马达受阻力量达到一定时开始反转 自然刀架下降于底座端面齿轮咬合
限位块锁死 完成换刀。
1松开:刀架电动机与刀架内一蜗杆相连，刀架电动机转动时与蜗杆配套的涡轮转动，此涡轮与一条丝杠为一体的(称为“涡轮丝杠”)当丝杠转动时会上升(与丝杠旋合的螺母与刀架是一体的，当松开时刀架不动作，所以丝杠会上升)，丝杠上升后使位于丝杠上端的压板上升即松开刀架;
