刀架原理简介
该装配图为螺旋升降式四方回转刀架，其工作原理见图：
图2-1 数控车床四工位刀架结构 1-直流伺服电动机；2-联轴器；3-蜗杆轴；4-蜗轮丝杠；5-刀架底座；6-粗定位盘；
7-刀架体；8-球头销；9-转为套；10-电刷座；11-发信号；12-螺母；
13、14-电刷；15-粗定位
图2-1所示为经济型数控机床常用方刀架结构，该刀架可以安装四把不同的刀具转位信
号有加工程序指定。其工作过程为：刀架抬起—刀架转位—刀架定位—夹紧刀架。
（1）刀架抬起
当数控装置发出换刀指令后，电动机1启动正常，通过套筒连轴器2使蜗杆轴3转动，
从而带动蜗轮丝杠4转动。刀架体7的内孔加工有螺纹，与蜗轮丝杠旋合，蜗轮与丝杠为整
体结构。蜗轮丝杠内孔与刀架中心轴式间隙配合，在转位换刀时，中心轴固定不动，蜗轮丝
杠绕中心轴旋转。当蜗轮开始转动时，由于刀架底座5和刀架体7上的端面齿处在啮合状态，
且蜗轮丝杠轴向固定，因此刀架体7抬起。
（2）刀架转位
当刀架体抬至一定距离后，刀架底座5和刀架体7的端面齿脱开，转位套9用销钉与
蜗轮丝杠4联接，随蜗轮丝杠一同转动，当端面齿完全脱开时转位套正好转过160°（如图
所示），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。
（3）刀架定位
刀架体7转动时带着电刷座10转动，当转到程序指定的刀号时，粗定位销15在弹簧
力的作用下进入粗定位盘6的槽中进行粗定位，同时电刷13接触导体使电动机1翻转。由
于粗定位槽的限制，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。
（4）夹紧刀架
电动机继续反转，此时蜗轮停止转动，涡杆轴3自身转动，当两端面齿增加到一定夹
紧力时，电动机1停止转动。
译码装置由发信体13.14组成，电刷13负责发信号，电刷14负责位置判断当刀架定位
出现过位或不到位时，可松开螺母12，调好发信体11与电刷14的相对位置。
刀架故障实例分析
OUTION数控车床刀架钻夹的设计与使用
一、现实存在的问题目前,在我国机加工领域中使用的数控车床大部分都是经济型数控车床,这些数控车床大部分都是使用四工位立式数控刀架。由于刀位限制此种刀架没有设有专门用于安装钻头的刀位,想把钻头准确定位并装夹在数控刀架上极为困难,主要原因是装夹钻头时钻头的高度、钻头中心线与车床主轴中心线的平行度不易调整,钻头的定位精度不高,达不到使用要求,因此难于使用数控钻孔功能。但如果用钻夹把钻头安装在刀架上,用G74指令进行钻孔,则能够在车床上实现数控钻孔功能,在批量生产时,无论是在提高生产效率方面,还是减轻劳动强度方面都十分明显,其优势不言而喻。二、解决问题的技术设计方案笔者在不断总结经验的基础上,设计了一种实用新型———数控车床刀架钻夹,使用它装夹钻头既能够方便、快捷地把钻头安装在数控车床刀架上,又能够使钻头定位准确。如下是具体技术设计方案。方案1(参见附图1):此设计方案的数控车床刀架钻夹适用于直柄钻头及中心钻,其包括钻夹体1、螺丝孔2、V形槽3、夹紧垫片4、夹紧V形块5等要素。在钻夹体1一侧开有三个螺丝孔2。方案2(参见附图2):此设计方案的数控车床刀架钻夹适用于锥柄钻头,钻夹体1设计为长方体,在钻夹体1长度方向水平设置一个莫氏锥孔2,在莫氏锥孔尾部水平设置一个扁孔3,用来配合钻头锥柄尾部的扁榫,以防止钻头打滑及拆卸钻头。三、设计原理及说明1.方案1(如图1-a所示,钻夹体1为长方体,其各面及各面之间的平面度、垂直度、平行度都有适当的精度要求(主要的形位公差如图所示),以保证钻夹体1在数控刀架上的定位精度,从而保证钻头的定位精度。(2)在钻夹体内,水平设置一条V形槽3,V形槽3的中心线与钻夹体平行,V形角的角平分线与水平面平行,这样就使得尺寸大小不等的钻头安装在V形槽里夹紧之后其中心高度都是一样的,并与V形槽的中心线高度相等。(3)钻夹体底面到V形槽的中心线的高度H,设计与数控刀架车刀支承面到车床主轴中心线的高度相等。(4)钻头用三个内六角螺栓夹紧,图1-b的垫片安放在钻头与螺栓之间,用于夹紧尺寸大的钻头;图1-c的V形块亦安放在钻头与螺钉之间,主要用于装夹尺寸小的钻头。2.方案2该钻夹外形为长方体设计,在长度方向水平设有一莫氏锥孔,垂直于锥孔在锥孔后面水平设置有一扁孔,以配合钻头锥柄后端的扁榫,防止钻头打滑转动及拆卸钻头。钻夹的后部在与锥孔同一轴心线上开一螺丝孔,此孔与扁孔、锥孔连通,拧进螺丝即可把钻头从锥孔推出。底面到莫氏锥孔中心线的高度H,与刀架车刀支承面到车床主轴中心高度相等,钻头在安装使用时无需再用垫片调整。四、使用方法1.安装(1)方案1:参照图1-a至图1-c所示,安装前先把刀架的刀位擦干净,把钻夹的V形槽及底面(A面)和垂直面(B面)吹洗干净,安装时,首先把钻头插入V形槽3里套入垫片4(小钻头用V形块5)用螺丝2孔夹紧,然后把钻夹安放在刀位上(注意把钻夹与刀架的各接触面压平、贴紧),再用刀架螺丝夹紧钻夹安装即完毕。(方案2的安装与与方案1同理)2.对刀(1)目测对刀法。就是移动钻头用眼睛观测,当观察到钻头中心与工件旋转中心一致后,设置钻头X方向的刀补。(2)定点对刀法。像其他刀具一样移动钻头使钻头的棱边轻轻接触到试车过的外圆处,然后设置钻头X方向的刀补(注意要加上钻头的直径值)。(3)对中法。如数控铣床对刀的方法一样,启动主轴,移动刀架使钻头先后与试车过的工件前后两边轻轻接触,两个接触位置的平均值即为工件旋转中心。用图1
毕业设计（论文）任务书
设计（论文）题目 基于单片机的数控车床4刀位刀架的自动换刀装置的设计
学生姓名 学号 班级
主要任务
及目标
实现基于单片机的数控车床的4刀位刀架的自动换刀装置的机械机构和电气控制的设计
主要内容与基本要求或技术
数据
主要内容：
一、基于单片机的4刀位数控车床刀架的机械结构的设计
1、刀架的形式
2、刀位的分布形式
3、刀柄的规格
二、基于单片机的4刀位数控车床自动换刀装置的电气控制的设计
1、控制原理及电路图
2、所用到的电气元件的选用
3、单片机的控制程序
基本要求：
(1) 机械结构的设计要有设计方法和设计的图样；
（2）电气控制部分，要有电路图、电器元件的选用方法和必要的说明；
（3）软件控制部分，要有控制程序及对应的文字说明
进度安排 序号 各阶段
工作安排 起止
日期
1 查找准备相关的书籍、资料 9月27日至10月8日
2 整理所要用的相关资料，列出提纲 10月9日至10月10日
3 设计机械结构 10月11日至10月20日
4 设计电气电路 10月21日至10月31日
5 编写控制程序 11月1日至11月10日
6 进行修改，完成毕业设计 11月11日至11月20日
指导教师签字：
年 月 日
系主管领导签字：
年 月 日 摘 要
数控车床的发展与应用，大大降低了零件加工的辅助时间，极大的提高了生产效率。随着数控车床的发展，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。根据加工对象不同，有四方刀架，六角刀架和八或更多工位的圆盘式轴向装刀刀架等多种形式。回转刀架上分别安装四把，六把或更多刀具，并按数控装置的指令换刀。
自动换刀装置应当满足换刀时间短、安全可靠等基本要求。本课题主要对四工位立式自动回转刀架的机械设计和用PLC编程对控制部分的设计。并对以上部分运用ATUOCAD作图，对自动回转刀架有更直观的了解。
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
