数控车床刀架的设计

设计计算　数控车床六方刀架换刀ＰＭＣ编程设计　何彩颖，杨金鹏　（四川Ｉ信息职业技术学院，四川广元６２８０１７）　试验研究　

摘　要：主要介绍了数控车床换刀的ＰＭＣ设计，以应用ＦＡＮＵＣ系统的数控车床换刀ＰＭＣ设计为　例，详细介绍了ＰＭＣ换刀程序的设计过程、刀架结构及其工作原理以及刀架的常见故障。通过对整个换　刀过程的分析，编制出了合理、可靠的ＰＭＣ换刀程序。　关键词：ＦＡＮＵＣ系统；六方刀架；换刀过程；ＰＭＣ设计　中图分类号：ＴＧ　７０２　文献标志码：Ａ　ＰＭＣ　Ｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇ　Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　ＣＮＣ　Ｌａｔｈｅ　Ｓｉｘ　Ｐａｒｔｙ　Ｔｏｏｌ　Ｔｕｒｒｅｔ　Ｃｈａｎｇｉｎｇ　ＨＥ　Ｃａｉｙｉｎｇ，ＹＡＮＧ　Ｊｉｎｐｅｎｇ　（Ｓｉｃｈｕａｎ　Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｇｕａｎｇｙｕａｎ　６２８０１７，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｐａｐｅｒ　ｍａｉｎｌｙ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ　ｔｈｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　ＣＮＣ　ｌａｔｈｅ　ｔｏｏｌ　ｃｈａｎｇｅ　ＰＭＣ，ｔａｋｉｎｇ　ＦＡＮＵＣ　ｓｙｓｔｅｍ　ｏｆ　ＣＮＣ　ｌａｔｈｅ　ｔｏｏｌ　ｃｈａｎｇｅ　ＰＭＣ　ｄｅｓｉｇｎ　ａｓ　ｅｘａｍｐｌｅ，ｔｈｅ　ＰＭＣ　ｔｏｏｌ　ｃｈａｎｇｅ　ｐｒｏｇｒａｍ　ｄｅｓｉｇｎ　ｐｒｏｃｅｓｓ，ｔｏｏｌ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｗｏｒｋｉｎｇ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｒｅｓｔ　ｏｆ　ｃｏｍｍｏｎ　ｆａｕｌｔ　ｗｅｒｅ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ　ｉｎ　ｄｅｔａｉｌｓ，ｔｈｒｏｕｇｈ　ｔｈｅ　ｔｏｏｌ　ｃｈａｎｇｉｎｇ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ａｎａｌｙｓｉｓ，ａ　ｒｅａｓｏｎａｂｌｅ，ｒｅｌｉａｂｌｅ　ＰＭＣ　ｔｏｏｌ　ｃｈａｎｇｅ　ｐｒｏｃｅｄｕｒｅ　ｗａｓ　ｄｅｓｉｇｎｅｄ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ＦＡＮＵＣ　ｓｙｓｔｅｍ，ｓｉｘ　ｐａｒｔｙ　ｔｏｏｌ　ｐｏｓｔ，ｔｏｏｌ　ｃｈａｎｇｉｎｇ　ｐｒｏｃｅｓｓ，ＰＭＣ　ｄｅｓｉｇｎ　为了使数控机床在工件１次装夹中完成多种甚　至所有加工工序，缩短辅助时间和减少多次安装工件　所引起的误差，必须设置自动换刀装置。要排除数控　机床与换刀有关的故障，必须了解数控系统与ＰＭＣ　涉及换刀功能的控制关系，才能从系统控制原理本身　了解控制过程，以便更好地分析和排除刀具故障。　１换刀功能控制过程分析　ＦＡＮＵＣ系统ＰＭＣ换刀控制过程和Ｍ功能的　实现过程差不多，具体换刀功能控制过程如下＿１］。　１）假设在指令程序中指令了Ｔ××××，可以　通过参数３０３２为Ｔ功能指定最大位数，指令超过　该最大位数时，会发出报警信号。　２）数控系统根据其所属系列（Ｔ或Ｍ系列）以　及参数设定情况，自动计算在Ｔ后面的实际指令刀　具号是几位数字，然后，将计算出的刀具号数字转换　成二进制送到ＰＭＣ的Ｆ存储区中的Ｆ２６～Ｆ２９，经　过由参数３０１０设定的时间ＴＭＦ（标准设定时间为１６　ｍｓ）后，选通脉冲信号ＴＦ（Ｆ７．３）变为１，与Ｔ功能一　起指令其他功能（移动指令、暂停指令和主轴功能　等），同时进行代码信号的输出与其他功能的执行。　３）在ＰＭＣ侧，要在选通脉冲信号ＴＦ（Ｆ７．３）变　为１的时刻读取代码信号，执行对应的动作，ＰＭＣ执　行机床制造商编制的换刀具体动作流程梯形图程序。　４）如果希望在相同程序段中，指令中的移动指　令和暂停指令等完成后执行对应的动作，应将等待　分配完成信号ＤＥＮ（Ｆ７．３）变为１。　５）在ＰＭＣ侧完成对应的动作时，应将完成信　号ＦＩＮ（Ｇ４．３）设定为１；但是，完成信号在辅助功　能、主轴功能、刀具功能、第２辅助功能以及其他外　部动作功能中共同使用，如果这些其他功能同时动　作，则需要在所有功能都已经完成的条件下，将完成　信号ＦＩＮ（Ｇ４．３）设定为１。　６）完成信号在参数３０１１设定的时间ＴＦＩＮ（标　准设定时间为１６　ｍｓ）上保持１时，ＣＮＣ将选通脉冲　信号ＴＦ（Ｆ７．３）设定为０，通知已经接收到完成信号。　７）ＰＭＣ侧应在选通脉冲信号ＴＦ（Ｆ７．３）变为　０的时刻，将完成信号ＦＩＮ（Ｇ４．３）设定为０。　８）完成信号ＦＩＮ（Ｇ４．３）为０时，ＣＮＣ将Ｆ２６～　Ｆ２９中的代码信号全部设定为０，Ｔ功能全部完成。　９）ＣＮＣ等待相同程序段的其他指令完成后，　进入下一个程序段。　Ｔ功能单独指令时序图如图１所示，与Ｍ功能　的单独指令时序图性质一样，移动指令和Ｔ功能在同　一程序段的时序图可以参考Ｍ功能同性质时序图。　

刀库的形式

根据其组成结构可分为回转刀架式、转塔式和带刀库式。

回转刀架自动换刀装置

回转刀架自动换刀装置的刀架可设计为四方形、六角形或其他形式。回转刀架在结构上必须有良好的强度和刚性，以及合理的定位结构，以保证回转刀架在每一次转位之后具有尽可能高的重复定位精度。其工作循环是：刀架接收数控装置的指令——松开——转到指令要求的位置——夹紧——发出转位结束的信号。

自动转位刀架的结构如图7.12所示。当自动转位刀架转位时，微电机通过齿轮、蜗轮蜗杆带动丝杠转动，使丝杠螺母连同方刀架一起上升，使端面齿盘脱离啮合，当螺母上升到一定高度时，与丝杠一起旋转的拨块，便通过碰销拨动方刀架转位，方刀架转过一定角度后，粗定位销插入斜面槽，粗定位开关发信号，停转，控制系统将该位置的编码与所需刀具编码加以比较，如相同，则选定此位，控制系统控制电机反转，由于斜面销的棘轮作用，方刀架只能下降而不能转动，使端面齿盘啮合。当方刀架下降到底后，电机仍继续回转，使方刀架被压紧。当压紧力到达预定值时，压力开关发出停机信号，整个过程结束。

图7.12 简易数控车床电机驱动自动转位刀架

转塔式自动换刀装置

转塔式自动换刀装置利用转塔的转位来更换主轴头以实现自动换刀。主轴头通常有卧式和立式两种。图7.13所示是数控镗铣床的转塔刀架。 转塔式换刀装置的主要优点是省去了自动松夹、卸刀装刀、夹紧以及刀具搬运等一系列复杂的操作，减少了换刀时间，提高了换刀的可靠性。其缺点是主轴部件的刚性差且主轴的数目不可能太多。

图7.13 数控镗铣床的转塔刀架

带刀库式自动换刀装置

带刀库式自动换刀装置分为圆盘式刀库、链式刀库和箱型式刀库，如图7.14所示。箱型式刀库包括箱型和线型两种。

图7.14 各种不同形式的刀库

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刀具的交换方式

刀具的交换方式通常分为两种：由刀库与机床主轴的相对运动实现刀具交换即无机械手交换刀具和机械手交换刀具

功能部件　

可调式数控刀架钻夹的设计与使用　

甘成君　

（广西玉林农业学校，广西玉林５３７０００）　

摘要：介绍了一种高度和水平都可调的新型钻头夹具，使用它能够方便、准确地把钻头安装在数控刀架上，　

解决了在四工位立式数控刀架上装夹钻头的难题，从而实现了在经济型数控车床上进行数控钻孔的　功能。　关键词：数控钻孑Ｌ钻头夹具　

中图分类号：ＴＨＩ６１　文献标识码：Ｂ　

Ｄｅｓｉｇｎ　ａｎｄ　Ｕｓｅ　ｏｆ　Ａｄｊｕｓｔａｂｌｅ　ＮＣ　Ｔｏｏｌ　Ｒｅｓｔ　Ｄｒｉｌｌ　Ｊｉｇ　

ＧＡＮ　Ｃｈｅｎｇｊｕｎ　（Ｇｕａｎｇｘｉ　Ｙｕｌｉｎ　Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅ　Ｓｃｈｏｏｌ，Ｙｕｌｉｎ　５３７０００，ＣＨＮ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａ　ｋｉｎｄ　ｏｆ　ａｌｔｉｔｕｄｅ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｌｅｖｅｌ　ａｌｌ　ａｄｊｕｓｔａｂｌｅ　ｎｅｗ　ｄｒｉｌｌ　ｊ唔ｉｓ　Ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ，ｕｓｉｎｇ　ｉｔ　ｄｒｉｌｌ　ｃａｎ　ｂｅ　ｆｉｘｅｄ　ｏｎ　ＮＣ　ｔｏｏｌ　ｒｅｓｔ　ｃｏｎｖｅｎｉｅｎｔｌｙ　ａｎｄ　ａｃｃｕｒａｔｅｌｙ，ｓｏｌｖｉｎｇ　ｔｈｅ　ｄｉｆｆｉｃｕｌｔ　ｐｒｏｂｌｅｍｓ　ｗｈｅｎ　ｉｎｓｔａｌｌｉｎｇ　ｄｒｉｌｌ　ｏｎ　ＮＣ　ｔｏｏｌ　ｒｅｓｔ（ｓｐｅｃｉａｌｌｙ　ａｉｍｅｄ　ａｔ　ｔｈｅ　ｆｏｕｒ－ｌｏｃａｔｉｏｎ　ｖｅｒｔｉｃａｌ　ＮＣ　ｔｏｏｌ　ｒｅｓｔ），ｔｈｕｓ　ｔｈｅ　ｅｃｏｎｏｍｉｃａｌ　ＮＣ　ｌａｔｈｅ　ｃａｎ　ｒｅａｌ—　ｉｚｅ　ｔｈｅ　ＮＣ　ｄｒｉｌｌ　ｈｏｌｅ　ｆｕｎｃｔｉｏｎ．　

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ　Ｃｏｎｔｒｏｌ；Ｄｒｉｌｌｉｎｇ　Ｈｏｌｅ；Ｄｒｉｌｌ　Ｊｉｇ　

１　问题的提出　

经常操作普及型、经济型数控车床的人都会有一　

个共同的体会，那就是在这些数控车床上钻孔、铰孔加　

工时操作十分不便，还得像操作普通车床一样，把钻头　

安装在车床尾座上用手工操作来完成，由于受数控车　床密封挡板的干涉，其钻孑Ｌ、铰孑Ｌ操作与使用普通车床　

四方刀架的加工工艺及夹具设计

前 言

机床四方刀架，它是一种应用广泛的夹持刀具的部件，它可以同时夹持四把刀具，并可以通过旋转位置以实现换刀的功能。功能就是夹持刀具可实现转位换刀。四方刀架由于经常旋转接触面而需较高的精度。持刀时要较高的压紧力，因此持刀面要一定的硬度和强度。零件材料为45钢，零件在工作中需较大夹持力和较好的耐磨性，因此应选择煅造，提高零件的刚度和强度，以增强刀具加工的位置精度。

制定工艺路线的出发点，应当是使零件的几何形状，尺寸精度及位置精度等技术要求能得到合理的保证。在生产纲领已确定为中批量生产的条件下，可以考虑采用万能性机床配以专用工夹具，并尽量使工序集中来提高生产率。除此以外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。

基面选择是工艺规程设计中的重要工作之一。基面选择得正确与合理，可以使加工质理得到保证，生产得以提高。否则，加工工艺过程中会问题百出，更有甚者，还会造成零件大批量报废，使生产无法正常进行。

分析毛坯的余量大小及均匀性 ，主要是考虑在加工时要不要分层切削，分几层切削，也要分析加工中与加工后的变形程度，考虑是否应采取预防性措施与补救措施。如对于热轧中、厚铝板，经淬火时效后很容易在加工中与加工后变形，最好采用经预拉伸处理后的淬火板坯。

总之，经过一段时间的调研，参阅大量的资料，根据学校提供的技术资料，确定做四方刀架的加工工艺及夹具设计。

目录

摘要 ...................................................................................................................................................... 2

Abstrac ................................................................................................................................................ 3