转塔式自动换刀装置及结构改进

数控机床自动换刀系统的设计与优化方法数控机床自动换刀系统作为现代制造业中的关键设备之一，其设计和优化对于提高生产效率和产品质量至关重要。

本文将讨论数控机床自动换刀系统的设计原理、关键技术以及优化方法，旨在指导工程师和研究人员进行相关工作。

首先，数控机床自动换刀系统的设计原理主要包括以下几个方面：刀具库、刀具传递机构和换刀动作控制。

刀具库是存放刀具的地方，通常设计成可自动旋转、抬升和倾斜的结构，以便于刀具的选择和取放。

刀具传递机构用于将所需刀具从刀具库传递到机床主轴上，并确保刀具的正确位置和方向。

换刀动作控制则通过编程和传感器来实现，保证换刀过程的准确性和稳定性。

在设计数控机床自动换刀系统时，我们需要注意一些关键技术。

首先是刀具库的设计，刀具库的容量和结构需要根据实际工作中所涉及到的刀具种类和数量进行合理规划。

其次是刀具传递机构的设计，传递机构需要具备快速、准确的传递能力，同时要考虑到刀具重量对传递机构的负荷影响，确保稳定性。

换刀动作控制需要精确控制刀具的位置和方向，可以采用光电传感器或编码器等传感器，通过编程实现动作的控制和判断。

为了进一步优化数控机床自动换刀系统的性能，我们可以采取一些优化方法。

首先是刀具库的优化，可以采用高效的刀具存放方案，如采用自动尺寸检测技术，将刀具按照尺寸进行分类存放，方便快速选择和取放。

其次是刀具传递机构的优化，可以采用更先进的传递机构设计，如采用电磁吸盘或气动夹持装置等，提高传递速度和准确性。

此外，还可以通过改进换刀动作控制算法，优化换刀过程的稳定性和精度。

在优化设计过程中，还需要充分考虑数控机床自动换刀系统的可靠性和安全性。

可靠性是指系统在长时间运行中的稳定性和故障率，我们可以通过选用高质量的部件和进行严格的测试来提高可靠性。

安全性是指系统在使用过程中的安全保障，我们需要设置安全装置，如机械锁或密码锁等，防止误操作或意外伤害的发生。

总结起来，数控机床自动换刀系统的设计与优化需要考虑刀具库、刀具传递机构和换刀动作控制等关键技术。

55一、前言A K 31 系列刀架是引进于世界著名的数控转塔刀架生产企业—意大利 Baruffaldi 公司的先进技术，由烟台环球机床附件集团有限公司获得生产许可证而生产制造的。

该系列转塔刀架是普及型及高级系数控车床的核心配套附件，可保证零件通过一次装夹自动完成车削外圆、断面、螺纹和镗孔、切槽、切断等加工工序。

我公司有数十台数控车床配备了该系列数控刀架，数控车床刀架的维修量在数控车床故障维修中占 50%以上，成为数控车床维修中的重要工作。

二、产品结构及传动原理图一 AK31 系列数控转塔刀架结构图1-电机 2-电机齿轮 3-齿轮 4-行星齿轮 5-驱动齿轮 6-滚轮架端齿7-沟槽 8-滚轮架 9-滚轮 10-双联齿盘 11-主轴 12-弹簧 13-插销14-动齿盘 15-定齿盘 16-箱体 17-电磁铁 18-预分度接近开关19-锁紧接近开关 20-蝶形弹簧 21-角度编码器 22-后盖 23-空套齿轮本刀架采用三联齿盘作为分度定位元件。

由电机驱动后，通过一对齿轮和一套行星齿轮系进行分度运动。

工作程序为：主机控制系统发出转位信号后，刀架上的电机制动器松开，电源接通，电机开始工作，通过齿轮 2、3 带动行星齿轮系 4 旋转，这时销齿轮 5 为定齿轮，由于与行星轮 4 啮合的齿轮 5、23 齿数不同，行星轮 4 带动空套齿轮 23旋转，空套齿轮带动滚轮架 8 转过预置角度，使端齿盘后面的断面凸轮松开，端齿盘向后移动脱开端齿啮合，滚轮架 8 受到端齿盘后端面键槽的限制停止转动，这时空套齿轮23 成为定齿轮，行星齿轮 4 通过齿轮 5 带动主轴 11 旋转，实现转位分度，当主轴转到预置位置时，角度编码器 21 发出信号，电磁铁 17 向下将插销 13 压入主轴 11 的凹槽中，主轴 11 停止转动，预分度接近开关 18 给电机发出信号，电机开始发现旋转。

通过齿轮2 与 3，行星齿轮 4 和空套齿轮 23，带动滚轮架 8 反转，滚轮压紧凸轮，使端齿盘向前移动，端齿盘重新啮合，这时锁紧接近开关 19 发出信号，切断电机电源，电机制动器通电刹紧电机，电磁铁断电，插销 13 被弹簧弹回，转位工作结束，主机可以开始工作。

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。

1．油机刀塔刀架不在中心孔，K4.0=1， K6.0=1，让刀塔松开，用手盘刀架使刀架回到原位置，锁紧.2.若此方法不行，把刀塔后方的的信号盘与免键轴套做个记号，转动刀架到原位置，把信号盘转到原位，重新动作刀架，OK。

3.也可以把后面的齿轮与心轴脱开，动刀架到原位置，把齿轮装上。

一、转塔式自动换刀装置转塔式自动换刀装置又分回转刀架式和转塔头式二种，回转刀架式用于各种数控车床和车削中心机床。

转塔头式多用于数控钻、镗、铣床。

（一）回转刀架换刀回转刀架换刀是一种简单的自动换刀装置。

在回转刀架各刀座安装或夹持各种不同用途的刀具，通过回转刀架的转位实现换刀。

回转刀架可在回转轴径向和轴向安装刀具。

在数控车床上，回转刀架和其上的刀具布置大致有：（1）一个回转刀架，外圆类、内孔类刀具混合放置，如图6-10所示。

（2）两个回转刀架，分别布置外圆和内孔类刀具。

如图6-11所示，上刀架的回转轴与主轴平行，用于装外圆类刀具；下刀架的回转轴与主轴垂直，用于装内孔类刀具。

图6-11 带有两个回转刀架的数控图6-12 双排回转刀架外形图车床（3）一个回转刀架，外圆类、内孔类刀具分别布置在刀架的一侧面，如图6-12所示。

回转刀架的回转轴与主轴倾斜，每个刀位上可装两把刀具，用于加工外圆和内孔。

回转刀架的工位数最多可达20余个，但最常用的是8、10、12和16工位4种。

工位数越多，刀间夹角越小，非加工位置刀具与工件相碰而产生的干涉可能性越大；在刀架布刀时要给予考虑，避免发生干涉现象。

回转刀架在结构上必须具有良好的强度和刚度，以承受粗加工时切削抗力和减小刀架在切削力作用下的位移变形，提高加工精度。

回转刀架还要选择可靠的定位方案和定位结构，以保证回转刀架在每次转位之后具有高的重复定位精度。

图6-13是CK3263系列数控车床回转刀架结构简图。

刀架的升起、转位、夹紧等动作都是由液压驱动的。

其工作过程是：当数控装置发出换刀指令以后，液压油进入液压缸1的右腔，通过活塞推动中心轴2将刀盘3左移，使定位副端齿盘4和5脱离啮合状态，为转位作好准备。

三种自动换刀装置常见于型材加工中心型材加工中心的自动刀具更换系统由刀库和自动刀具更换装置组成。

自动刀具更换系统有两个优点：一是主轴箱内只保留一个主轴，有利于简化主轴结构，提高主轴刚度；二是存放大量不同类型和功能的刀具，便于完成各种复杂多步的加工程序。

因此，自动刀具更换系统是区分数控机床和数控加工中心的重要标志。

型材加工中心自动换刀系统中的自动换刀装置主要分为三种类型：直接换刀、机械手换刀和转塔头。

我们一一介绍直接换刀所谓直接换刀，是指换刀过程由刀库与主轴箱配合完成，顾名思义，这是直接的换刀方式。

根据换刀过程中刀库是否有位移，直接换刀可分为刀库位移和刀库固定两种方式。

在刀库位移方式中，刀库可以移动。

换刀前，刀库进入换刀工作区，换刀后退出该区域。

由于刀库运动较多，布局精致，灵活性和适应性差。

在刀库的固定模式下，刀主要通过主轴箱的移动进行选择。

刀库可以保持静止，也可以只旋转位置。

前者只能有序选择刀具，适用于刀具数量较少的数控加工中心，后者可以实现转位选择刀具。

这种刀具选择减少了刀库的移动，可以大大简化刀库的设计结构，控制刀具更换过程简单可靠。

机械手换刀所谓机械手换刀方式，是指机械手在换刀时操作，负责在刀库和主轴之间传输刀具，将所需的刀具推到主轴上，然后将更换的刀具送回刀库。

虽然这种换刀方式不像以前那么直接，但它避免了刀库和主轴移动换刀，而是由机械手取代。

这降低了机械元件的运动范围，更快地完成换刀，设计布局更灵活，因此广泛应用于大多数型材加工中心。

如果每个刀具都用自己独立的机械手切换，则称为专用换刀机械手；相反，更多的刀具使用公共机械手切换，称为公共换刀机械手方式。

后者有三种类型：换刀机械手、双手换刀机械手和刀具传输机械手。

转塔头方式转动塔头的方法是通过砖塔的旋转将所需的刀具移动到相应的位置。

一般是顺序换刀，结构紧凑，换刀时间短，一般用于加工曲轴等细工件，需要完成多个工序。

塔式自动换刀装置分为塔式刀架换刀和砖塔主轴头换刀两种方式。

数控机床自动换刀装置及其控制研究一、本文概述随着现代制造业的飞速发展，数控机床作为重要的加工设备，其自动化、智能化水平的高低直接决定了生产效率与加工质量。

自动换刀装置（Automatic Tool Changer, ATC）作为数控机床的关键组成部分，其性能直接影响到机床的加工效率与灵活性。

本文旨在对数控机床自动换刀装置及其控制进行深入的研究，探讨其结构特点、工作原理、控制策略以及优化方法，以期为提高数控机床的整体性能提供理论支持和实践指导。

文章首先对数控机床自动换刀装置的基本概念和分类进行介绍，明确研究对象和范围。

接着，分析不同类型自动换刀装置的结构特点和工作原理，包括刀库类型、换刀方式、换刀时间等关键因素。

在此基础上，研究自动换刀装置的控制策略，包括换刀过程的控制逻辑、运动轨迹规划、故障检测与处理等。

同时，结合实际应用案例，探讨自动换刀装置在实际生产中的性能表现及优化空间。

文章对数控机床自动换刀装置的发展趋势进行展望，提出未来研究方向和建议。

通过本文的研究，旨在为数控机床自动换刀装置的设计、制造和应用提供有益的参考和借鉴，推动现代制造业的持续发展。

二、数控机床自动换刀装置概述随着制造业的快速发展，数控机床作为高精度、高效率的加工设备，其应用越来越广泛。

在数控机床中，自动换刀装置（Automatic Tool Changer，简称ATC）是一项关键技术，它能够在加工过程中自动更换刀具，从而大幅提高加工效率。

本章节将对数控机床自动换刀装置进行概述，包括其工作原理、主要类型以及发展趋势。

工作原理：自动换刀装置主要通过刀库和换刀机构两部分实现刀具的自动更换。

刀库负责存储多把刀具，而换刀机构则负责在需要时从刀库中选取合适的刀具，并将其安装到主轴上。

整个换刀过程由数控系统控制，确保换刀过程精确、快速。

主要类型：根据换刀方式和结构特点，自动换刀装置可以分为多种类型，如转塔式、盘式、链式等。

转塔式换刀装置通过旋转转塔来选取刀具，结构紧凑但刀具容量有限盘式换刀装置利用旋转刀盘进行刀具更换，刀具容量较大链式换刀装置则通过链条或传送带将刀具输送到指定位置，适用于大型数控机床。