数控机床刀架结构及其常见故障？

（1）数控机床刀架的基本认识。数控刀架的发展趋势是：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。

目前，国内数控刀架以电动为主，分为立式回转刀架和卧式转刀架两种。立式回转刀架主要用于简易数控车床；卧式回转刀架有八、十、十二等工位，可正、反方向旋转，就近选刀，用于全功能数控车床。另外，卧式回转刀架还有液压驱动刀架和伺服驱动刀架。电动刀架是数控车床重要的传统结构，合理的选配电动刀架，并正确实施控制，能够有效地提高劳动生产率，缩短生产准备时间，消除人为误差，提高加工精度和加工精度的一致性等。另外，加工工艺适应性和连续稳定的工作能力也明显提高；尤其是在加工几何形状较复杂的零件时，除了控制系统能提供相应的控制指数外，很重要的一点是数控车床需配备易于控制的电动刀架，以便一次装夹所需的各种刀具，灵活方便地完成各种几何形状的加工。

数控刀架数的市场分析如下：国产数控车床将向中高档发展，中档数控车床采用普及型数控刀架配套，高档数控车床采用动力型刀架，兼有液压驱动刀架、伺服驱动刀架、立式回转刀架等品种。

1）数控车床回转刀架的基本要求。数控刀架作为数控机床必要的功能部件，直接影响机床的性能和可靠性。数控车床回转刀架的基本要求如下：

①转位准确可靠，T.作平稳安全。

②按最短路线就近选位，转位时间短。

③重复定位精度高。

④防水、防屑、密封性优良。

⑤夹紧刚度高，适宜重载荷切削。

2）数控车床立式回转刀架的结构特点：

①设置端齿盘作为精定位元件。

②采用霍尔开关（无触点霍尔元件）作为信号传输控制，避免了机械接触，延长了使用寿命。

③可以借助双重粗定位机构，使刀架回转平稳。

④具有防水防滑作用。

（2）回转刀架的工作过程。机械螺母升降转位式回转刀架的工作过程可分为刀架抬起、刀架转位、刀架定位并压紧等几个步骤。

1）刀架抬起。当数控系统发出换刀指令后，通过接口电路使电动机正转，驱动蜗轮5、蜗杆7带动离合转盘8逆时针旋转，此时由于齿盘3和定轴4上的齿盘处于啮合状态，在离合转盘8转动时，使上刀体产生向上的轴向力，将齿盘松开并抬起，直至齿盘3和定轴4上的齿盘脱离啮合状态，从而带动上刀架和齿盘产生“上台”动作。

2）刀架转位。当蜗杆上的圆套逆时针转过90°时，齿盘3和定轴4上的齿盘完全脱开。此时活动钳2准确进入齿盘3的槽体内，带动刀架体转动。

3）刀架定位。当上刀架转到需要刀位后（旋转90°、180°或270°），数控装置发出的换刀指令使霍尔开关9中的某一个选通，当磁钢10与被选通的霍尔开关对齐后，霍尔开关反馈信号使电动机反转，活动钳2在弹簧力作用下进入齿盘3的槽中进行粗定位，上刀架体停止转动，电动机继续反转，使其在该位置落下，通过蜗杆7使上刀架移到齿盘3和定轴4上齿盘重新啮合，实现精确定位。

4）刀架压紧。刀架精确定位后，电动机允许反转，夹紧刀架，当两齿盘增加到一定夹紧力时，电动机由数控装置停止反转，防止电动机不停反转而过载毁坏，从而完成一次换刀过程。

当数控系统发出换刀信号时，首先继电器K6动作，换刀电动机正转，驱动蜗轮蜗杆机构，使上刀体上升。当上刀体上升到一定的高度时，离合转盘起作用，带动上刀体旋转进行选刀。刀架上方的发信盘中对应的每个刀位邰安装有一个传感器（如霍尔开关、感应开关等），当上刀体旋转到某刀位时，该刀位的传感器向数控系统输出信号，数控系统将刀位信号与指令刀位信号进行比较，当两信号相同时，说明上刀体已旋转到所选刀位。此时数控系统控制继电器K6释放，继电器K7吸合，换力电动机反转。活动销反靠在反靠盘上初定位。在活动销反靠的作用下，螺杆带动上刀体下降，贞至齿盘咬合，完成精定位，并通过蜗轮和蜗杆锁紧螺母，使刀架紧固。此时，数控系统控制继电器K2释放，换刀电动机停转，从而完成换刀动作。

经济型数控车床方刀架是在普通车床四方刀架的基础上发展的一种自动换刀装置，功能和普通四方刀架一样，有四个刀位，能装夹四把不同功能的刀具。方刀架回转90°时，刀具交换一个刀位，但方刀架的回转和刀位号的选择是由加工程序指令控制的。换刀时方刀架的动作顺序是：刀架抬起、刀架转位、刀架定位和夹紧刀架。为完成上述动作要求，要有相应的机构来实现，下面就来说明其具体结构。

该刀架可以安装四把不同的刀具，转位信号由加工程序指定。当换刀指令发出后，小型电动机1启动正转，通过平键套筒联轴器2使蜗杆轴3转动，从而带动蜗轮丝杠4转动。蜗轮的上部外圆柱加工有外螺纹，所以该零件称为蜗轮丝杠。刀架体7内孔加工有内螺纹，与蜗轮丝杠旋合。蜗轮丝杠内孔与刀架中心轴外圆是滑动配合，在转位换刀时，中心轴固定不动，蜗轮丝杠环绕中心轴旋转。当蜗轮开始转动时，由于在刀架底座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，这时刀架体7抬起。当刀架体7抬至一定距离后，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°，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。

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在弹簧的作用下进入粗定位盘6的槽中进行粗定位，同时电刷13、14接触导通，使电动机1反转。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。电动机1继续反转，此时蜗轮停止转动。蜗杆轴3继续转动。译码装置由发信体11与电刷13、14组成，电刷13负责发信，电刷14负责位置判断。刀架偶尔出现过位或不到位时，可松开螺母12调整好发信体11与电刷14的相对位置。随着夹紧力增加，转矩不断增大，达到一定值时，在传感器的控制下，电动机1停止转动。

（3）刀架发信盘的工作原理。电动刀架发信盘是固定在刀架内部中心固定轴上，由尼龙材料作为封装的圆盘部件。发信盘的内部根据刀架工位数设有四个或六个霍尔元件，并与固定在刀架上的磁想钢共同作用来检测刀具的位置。

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