数控刀架的工作原理

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手动经济型数控刀架的原理与设计

作者：张希芳 魏传良

来源：《中小企业管理与科技·上旬刊》2011年第06期

摘要：本文针对经济型的手动数控刀架，利用类似于仿行刀架的布局形式，研究并设计出一种以控制单坐标的方式来实现两坐标联动的功能的数控插补方法。

关键词：机床改造 数控插补 仿形加工

1 问题的提出

科技的发展和社会的多样化需求，使得产品的品种样式越来越多，而且更新换代非常迅速。以中、小批量的方式轮番生产产品为主导的生产规模已经取代了原来主要是大批量生产的情况。因此，为满足多层次生产的需求，当今的数控机床不但越来越注重高功能、高技术的数控产品的发展；而且更注重简易、廉价的数控机床以及手动功能和NC兼备的手动型数控机床的发展。

目前，已经有许多经济型的数控车床出现，它们大多是用步进电机来分别伺服驱动纵、横两方向的自动进给运动的，所以都至少需要有两套伺服系统。但是，在普通的车床中则是由相互自锁的机械传动来实现纵、横向进给运动，这样不能实现两坐标联动功能。其中具有两坐标的联动功能的只有仿形车床，它可以用于圆弧面、圆柱面及圆锥面等的车削工作。在标准样件的控制下，方形车床的斜向仿形运动，并通过液压伺服控制系统作出仿形进给，该动作与纵向的主进缩运动相适应，通过这种方式使得两坐标的联动功能得到了实现。

2 系统构成

我们结合经济型数控车床的驱动方式，从仿形刀架的布局特点及仿形机床的加工方式中得到启发：在工作原理上用软靠模(即数控编程)代替硬靠模(即标准样件)，并采用类似仿形加工的刀架布局，刀架横、纵向的两坐标联动通过对刀架拖板的单坐标控制来实现，从而对数控原理进行了简化。该方式即提供了加工程序的键盘手动输入，同时也将机床原来的操纵手柄保留下来，这样大大的方便了操作，而且其柔性也非常好。本文构想在此基础上，开发一种经济型的手动数控刀架。图1所示为经济型的手动数控刀架系统的主要构成。

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

数控车床刀架原理

数控车床刀架原理是指数控车床上安装刀具的一种装置。刀架是由刀体和刀杆组成的，通过刀体和刀杆之间的连接，将刀具固定在数控车床上，实现对工件的切削加工。

在数控车床刀架中，刀体起到承载刀具、进行定位和切削的作用。刀体通常由刀座和刀片组成。刀座是刀具的支撑部分，通过螺栓或夹紧装置与刀架的刀杆连接，使刀具能够保持稳定的位置。刀片则是用于工件切削的部分，常见的有切削刀片、钻孔刀片、车削刀片等，根据不同的切削需求选择相应的刀片。

刀杆是将刀体连接到数控车床主轴上的部件。刀杆通常由杆体和连接部分组成。杆体一般是圆柱形，用于承载刀具及传递切削力。连接部分则是与刀座相匹配的结构，可以是锥形插座、棱形插座或其他形式的连接接口。通过刀杆的连接部分与刀座进行配合，使刀具能够稳定地固定在刀架上，与工件进行切削。

数控车床刀架的原理是在数控车床控制系统的指令下，通过调整刀架的位置和角度，实现对工件的精确切削。数控车床通过发送指令，控制刀架沿着各个坐标轴进行线性或旋转运动，使切削刀具得以按指定的路径和深度切削工件。通过改变刀架的位置和运动轨迹，可以实现不同形状和尺寸的切削加工。

总之，数控车床刀架的原理是通过刀体和刀杆的连接，将刀具固定在数控车床上，并通过控制系统的指令使刀架进行精确的运动，实现对工件的切削加工。

数控车床四工位自动回转刀架的工作原理

引言：

数控车床是一种高精度加工设备，广泛应用于机械加工行业。四工位自动回转刀架是数控车床的重要组成部分，它能够实现在加工过程中刀具的自动更换，提高生产效率和加工精度。本文将详细介绍数控车床四工位自动回转刀架的工作原理。

一、工作原理概述

四工位自动回转刀架主要由刀架本体、伺服电机、刀杆、刀具等部分组成。刀架本体安装在数控车床主轴箱上，通过伺服电机驱动刀杆进行回转。刀杆上装有多个刀具，可在加工过程中根据加工要求自动更换刀具。下面将详细介绍其工作原理。

二、刀架本体和伺服电机

刀架本体是四工位自动回转刀架的核心部分，它通常由高强度铸铁材料制成，具有良好的刚性和稳定性。伺服电机则用于驱动刀架的回转运动。通过数控系统对伺服电机进行控制，可以实现刀架的精确定位和回转速度的调节。

三、刀杆和刀具

刀杆是连接刀架本体和刀具的重要部分，通常由高强度合金钢制成。刀杆上安装有多个刀具座，刀具座上则安装有不同类型的刀具。刀具根据加工要求的不同，可以选择不同的刀具进行自动更换。这样，数控车床在加工过程中可以根据需要灵活选择刀具，提高加工效率和精度。

四、工作原理详解

1. 初始位置设定：在加工前，数控系统会根据加工程序设定初始位置，确定刀架的起始位置和工作方向。

2. 伺服电机驱动：根据加工要求，数控系统通过控制伺服电机的运动，使刀架进行回转。回转的速度和方向可以通过数控系统进行调节。

3. 刀具选择：在加工过程中，数控系统会根据加工程序的要求，从刀具库中选择合适的刀具。刀具库中存储了各种类型的刀具，根据加工要求可灵活选择。

4. 刀具更换：当需要更换刀具时，数控系统会通过控制伺服电机，使刀架停在合适的位置。然后，利用机械装置将当前使用的刀具卸下，并安装新的刀具。

5. 加工过程：在刀具更换完成后，刀架会继续回转，数控车床进行加工作业。在加工过程中，数控系统可以根据需要调整刀具的进给速度和切削深度，以实现不同形状和精度的加工要求。