數控機床刀架結構及其常見故障？

（1）數控機床刀架的基本認識。數控刀架的發展趨勢是：隨著數控車床的發展，數控刀架開始向快速換刀、電液組合驅動和伺服驅動方向發展。

目前，國內數控刀架以電動為主，分為立式回轉刀架和臥式轉刀架兩種。立式回轉刀架主要用于簡易數控車床；臥式回轉刀架有八、十、十二等工位，可正、反方向旋轉，就近選刀，用于全功能數控車床。另外，臥式回轉刀架還有液壓驅動刀架和伺服驅動刀架。電動刀架是數控車床重要的傳統結構，合理的選配電動刀架，并正確實施控制，能夠有效地提高勞動生產率，縮短生產準備時間，消除人為誤差，提高加工精度和加工精度的一致性等。另外，加工工藝適應性和連續穩定的工作能力也明顯提高；尤其是在加工幾何形狀較復雜的零件時，除了控制系統能提供相應的控制指數外，很重要的一點是數控車床需配備易于控制的電動刀架，以便一次裝夾所需的各種刀具，靈活方便地完成各種幾何形狀的加工。

數控刀架數的市場分析如下：國產數控車床將向中高檔發展，中檔數控車床采用普及型數控刀架配套，高檔數控車床采用動力型刀架，兼有液壓驅動刀架、伺服驅動刀架、立式回轉刀架等品種。

1）數控車床回轉刀架的基本要求。數控刀架作為數控機床必要的功能部件，直接影響機床的性能和可靠性。數控車床回轉刀架的基本要求如下：

①轉位準確可靠，T.作平穩安全。

②按最短路線就近選位，轉位時間短。

③重復定位精度高。

④防水、防屑、密封性優良。

⑤夾緊剛度高，適宜重載荷切削。

2）數控車床立式回轉刀架的結構特點：

①設置端齒盤作為精定位元件。

②采用霍爾開關（無觸點霍爾元件）作為信號傳輸控制，避免了機械接觸，延長了使用壽命。

③可以借助雙重粗定位機構，使刀架回轉平穩。

④具有防水防滑作用。

（2）回轉刀架的工作過程。機械螺母升降轉位式回轉刀架的工作過程可分為刀架抬起、刀架轉位、刀架定位并壓緊等幾個步驟。

1）刀架抬起。當數控系統發出換刀指令后，通過接口電路使電動機正轉，驅動蝸輪5、蝸桿7帶動離合轉盤8逆時針旋轉，此時由于齒盤3和定軸4上的齒盤處于嚙合狀態，在離合轉盤8轉動時，使上刀體產生向上的軸向力，將齒盤松開并抬起，直至齒盤3和定軸4上的齒盤脫離嚙合狀態，從而帶動上刀架和齒盤產生“上臺”動作。

2）刀架轉位。當蝸桿上的圓套逆時針轉過90°時，齒盤3和定軸4上的齒盤完全脫開。此時活動鉗2準確進入齒盤3的槽體內，帶動刀架體轉動。

3）刀架定位。當上刀架轉到需要刀位后（旋轉90°、180°或270°），數控裝置發出的換刀指令使霍爾開關9中的某一個選通，當磁鋼10與被選通的霍爾開關對齊后，霍爾開關反饋信號使電動機反轉，活動鉗2在彈簧力作用下進入齒盤3的槽中進行粗定位，上刀架體停止轉動，電動機繼續反轉，使其在該位置落下，通過蝸桿7使上刀架移到齒盤3和定軸4上齒盤重新嚙合，實現精確定位。

4）刀架壓緊。刀架精確定位后，電動機允許反轉，夾緊刀架，當兩齒盤增加到一定夾緊力時，電動機由數控裝置停止反轉，防止電動機不停反轉而過載毀壞，從而完成一次換刀過程。

當數控系統發出換刀信號時，首先繼電器K6動作，換刀電動機正轉，驅動蝸輪蝸桿機構，使上刀體上升。當上刀體上升到一定的高度時，離合轉盤起作用，帶動上刀體旋轉進行選刀。刀架上方的發信盤中對應的每個刀位邰安裝有一個傳感器（如霍爾開關、感應開關等），當上刀體旋轉到某刀位時，該刀位的傳感器向數控系統輸出信號，數控系統將刀位信號與指令刀位信號進行比較，當兩信號相同時，說明上刀體已旋轉到所選刀位。此時數控系統控制繼電器K6釋放，繼電器K7吸合，換力電動機反轉。活動銷反靠在反靠盤上初定位。在活動銷反靠的作用下，螺桿帶動上刀體下降，貞至齒盤咬合，完成精定位，并通過蝸輪和蝸桿鎖緊螺母，使刀架緊固。此時，數控系統控制繼電器K2釋放，換刀電動機停轉，從而完成換刀動作。

經濟型數控車床方刀架是在普通車床四方刀架的基礎上發展的一種自動換刀裝置，功能和普通四方刀架一樣，有四個刀位，能裝夾四把不同功能的刀具。方刀架回轉90°時，刀具交換一個刀位，但方刀架的回轉和刀位號的選擇是由加工程序指令控制的。換刀時方刀架的動作順序是：刀架抬起、刀架轉位、刀架定位和夾緊刀架。為完成上述動作要求，要有相應的機構來實現，下面就來說明其具體結構。

該刀架可以安裝四把不同的刀具，轉位信號由加工程序指定。當換刀指令發出后，小型電動機1啟動正轉，通過平鍵套筒聯軸器2使蝸桿軸3轉動，從而帶動蝸輪絲杠4轉動。蝸輪的上部外圓柱加工有外螺紋，所以該零件稱為蝸輪絲杠。刀架體7內孔加工有內螺紋，與蝸輪絲杠旋合。蝸輪絲杠內孔與刀架中心軸外圓是滑動配合，在轉位換刀時，中心軸固定不動，蝸輪絲杠環繞中心軸旋轉。當蝸輪開始轉動時，由于在刀架底座5和刀架體7上的端面齒處在嚙合狀態，且蝸輪絲杠軸向固定，這時刀架體7抬起。當刀架體7抬至一定距離后，端面齒脫開。轉位套9用銷釘與蝸輪絲杠4聯接，隨蝸輪絲杠一同轉動，當端面齒完全脫開時，轉位套正好轉過160°，球頭銷8在彈簧力的作用下進入轉位套9的槽中，帶動刀架體轉位。

刀架體7轉動時帶著電刷座10轉動，當轉到程序指定的刀號時，粗定位銷15在彈簧的作用下進入粗定位盤6的槽中進行粗定位，同時電刷13、14接觸導通，使電動機1反轉。由于粗定位槽的限制，刀架體7不能轉動，使其在該位置垂直落下，刀架體7和刀架底座5上的端面齒嚙合，實現精確定位。電動機1繼續反轉，此時蝸輪停止轉動。蝸桿軸3繼續轉動。譯碼裝置由發信體11與電刷13、14組成，電刷13負責發信，電刷14負責位置判斷。刀架偶爾出現過位或不到位時，可松開螺母12調整好發信體11與電刷14的相對位置。隨著夾緊力增加，轉矩不斷增大，達到一定值時，在傳感器的控制下，電動機1停止轉動。

（3）刀架發信盤的工作原理。電動刀架發信盤是固定在刀架內部中心固定軸上，由尼龍材料作為封裝的圓盤部件。發信盤的內部根據刀架工位數設有四個或六個霍爾元件，并與固定在刀架上的磁想鋼共同作用來檢測刀具的位置。

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