⑴ 數控機床材料中有關自動回轉刀架的內容
數控機床自動回轉刀架綜述
摘要：數控機床是裝備製造業的基礎，振興裝備製造業首先要振興數控機床業。一個國家 數控機床業的水平已經成為衡量該國製造業水平、工業現代化程度和國家綜合競爭力的重要 標志，直接關繫到國家經濟建設和國防安全及戰略地位。而數控車床為了能在工件的一次裝 夾中完成工序加工，縮短輔助時間，減少多次裝夾所引起的加工誤差，必須帶有自動回轉刀 架。本文要對自動回轉刀架的總體結構、主要的傳動裝置，以及以PLC 和單片機為控制系統 等方面進行分析。並對自動回轉刀架的性能，要從實踐中的故障分析去了解，並且要提出合 理的解決方法。
關鍵字：數控車床 自動刀架 轉塔刀架 控制電路
0 前言 中國數控機床工業是以利用國際技術資源開始的，在摒棄了以前作為消費者和加工中歷者心 的被動形式下，現在已經發展到了國內企業在立足自主創新的同時開始涉及以利用國際資 源、增強國際競爭能力為主旨的國際投資。近十多年來，機床藉助於微電子、計算機技術 的飛速發展，正向著高精度、多功能、高速化、高效率、復合加工功能、智能化等方向邁進， 明顯地反映出時代的特徵。自動回轉刀架是數控車床的關鍵部件之它用來安裝各種切削加工 刀具，直接影響數控車床的切削性能和工作效率。自動回轉刀架是普遍採用的換刀方式，常 用方刀架和轉塔式回轉刀架數控車床用轉塔動力刀架為國際機床業刀架發展中一項主流應 用產品。現己廣泛被國內外立、卧式中心產品採用。經濟型數控車床都配有電動回轉刀架, 回 轉刀架除了必須具有良好的強度和剛度, 以承受粗加工的切削力和定位精度外, 同時通過 數控系統內置PLC 或獨立PLC 和控制電路完成回轉刀架的自動回轉及找刀定位的全部動作, 所以自動回轉刀架的PLC 程序設計對刀架的運行效率和穩定性具有重要的作用。
1 我國數控機床發展現狀及方向
中國數控機床工業是以利用國際技術資源開始的，在摒棄了以前作為消費者和加工中心 的被動形式下，現在已經發展到了國內企業在立足自主創新的同時開始涉及以利用國際資 源、增強國際競爭能力為主旨的國際投資。其目標主要是：獲取對方國際品牌效應、相應的 動態技術開發力量、國際市場銷售網路以及有效的經營管理體系；用以建立橋頭堡和櫥窗來 推介我方具有市場競爭力但又缺少外銷渠道的產品。如新瑞集團並購寧夏長城機床廠、常州 多棱機床廠；阿波羅集團並購長沙機床廠等。縱觀我國數控車床近幾年的發展並以第十屆中 國國際機床展覽會(CIMT2007)為例主要取得了以下幾點跨越
。發展方向從以下幾點敘述（1） 中國自主出安全的加工平台（2） 突破無芯化（3）五軸聯動數控技術更加成熟（4）即可供 應網路製造（5）復合加工技術（6）數控技術與國產大重型數控機悶爛猛床（7）進入世界高速高 精密數控機床生產國行列（8）進入全數控化螺旋齒錐齒輪銑齒機生產國行列（9）技術上可 靠性的問題有所緩解（10）中國數控系統產業的技術得到國外認可（11）我國數控技術目前 面臨的形勢；發展方向 （1）專業化生產是發展的方向（2）重視舊機床及生產線數控化改 造（3）以市場需求為導向，開發中高檔數控機床（4）重視復合型人才培養
2 數控螞橋刀架在數控機床中的地位及發展方向
數控機床是多品種小批量生產的高效自動化的技術群體, 它是把多工序加工、切削處 理、刀具磨損和測量等各種功能集為一體的自動化機床。隨著科學技術的迅猛發展, 各種數 控機床已經進入實用化階段, 成為生產現場的主力軍。在各種數控機床中，對數控車床來說, 無論是它的開發到利用, 無論是它的使用上的優良性能和價格均很可觀。在進入實用階段後, 實現了高可靠性、高速度和高效率。目前數控車床向數控車削中心發展, 而其中數控車床與 數控車削中心的一個重要組成部分是數控轉塔刀架。數控轉塔刀架的工作質量直接影響到數 控機床尤其是加工中心的質量。數控轉塔刀架的工作質量主要表現在換刀時間和故障率。加 工中心的故障率有 50 %以上與自動換刀裝置有關, 自動換刀裝置的投資常常占整台機床的 30%--50 %[ 5] 。為了相應降低整機的價格, 應在滿足使用條件的前提下, 盡量選擇結構簡 單和可靠性高的自動換刀裝置。發展方向從(1)刀架轉位時間最短, 且轉位準確。(2)刀架定 位精度高、動作迅速、穩定可靠。(3)可多刀夾持, 雙向轉位和任意刀位就近選刀。(4)應用 范圍廣, 維修方便等特點。
3 現代典型數控轉塔刀架的結構分析
液壓式這類刀架用液壓缸實現刀盤鎖緊，低速大扭矩液壓馬達驅動刀盤轉位。液壓缸可獲 得很大的鎖緊力，故刀架剛性很好。該機構適用於重負荷切削，且易雙向轉位就近換刀，大型 數控車床應用較多。
液壓機械式這類刀架用液壓缸鎖緊刀盤，轉位和預分度則用點電機通過機械傳動裝置實 現, 如槽輪機構。目前趨向採用動態性能較好的間歇凸輪轉位機構。
電動勢有以下幾種（1）單面凸爪鎖緊式是我國自行開發的小型產品刀盤主軸上固聯有 單向凸爪離合器的右半。電機經蝸輪傳動使主動凸爪(離合器左半)正向旋轉，兩個半離合器 結合，兩定位多齒盤覺分開嚙合，刀盤轉位。到位後反向旋轉，刀盤轉動被預分度機構
構的定位 銷阻止，由於凸爪斜面作用使離合器左右兩半分離，使刀盤右移實現定位鎖緊。（2）雙插銷 反靠式這類刀架以 T 形絲杠螺母機構產生鎖緊力。電機正轉時絲杠移動使兩多齒盤分離， 再由反靠盤及插銷帶動刀盤轉動到位，檢測裝置發訊時電機反轉，插銷向預分度糟反靠實現 預分度。由於另一端插銷斜面作用，反靠盤與之分離，電機繼續反轉則使絲杠連同刀盤反向位 移至多齒盤嚙合鎖緊。（3）雙向滾子端面凸輪鎖緊式類刀架採用正反方向均可實現轉位鎖 緊的滾子端面凸輪機構，能就近換刀
4 刀架整體結構和工作原理
4.1 結構設計
自動回轉刀架必須有很好的強度和剛性結構，可以承受切削抗力。它還需要有可靠的定 位和合理的結構，保證定位的精度。刀架的自動換刀功能由驅動電路和控制系統完成。本文 採用立式轉位刀架結構，因此選擇蝸桿副減速。蝸桿副傳動能夠改變運動方向，獲得傳動比 大，確保傳動的平穩性和高精度，整個裝置小巧靈活。其上刀體的鎖進玉定位機構選擇端面 齒盤，使上下刀體的配合面變成梯形端面齒。當刀架鎖緊時，上下端面齒嚙合，此時上刀體 無法繞刀架軸旋轉；進行換刀時電動機正轉，上刀體抬起，等到上下端面齒脫開，上刀體圍 繞中心軸轉動，實現轉位。本文選擇螺桿一螺母副使上刀體抬起，上刀體有內螺紋，電動機 帶動蝸桿繞中心軸轉動時，上刀體當作螺母轉動或者上下移動。當刀架鎖緊時，上下刀體的 端面齒嚙合，此時上刀體不和螺桿一起轉動，上刀體是向上移動的。當端面齒脫離時，上刀 體才和螺桿一起轉動。
4.2 換刀工作原理
電動機正轉→驅動蝸桿正轉→蝸輪正轉→蝸輪帶動連體的螺桿旋轉→螺桿上的螺母即 上刀體向上移動→上刀體與下刀體的定位齒分離→上刀體正轉→所選擇的刀到達工作位置 →開關接通→電動機反轉→蝸輪反轉→蝸輪帶動連體的螺桿旋轉→上刀體慣性作用沖過工 作位置→上刀體和蝸輪帶動連體螺桿相對旋轉→上刀體向下並反轉→上刀體和下刀體的定 位齒接觸→上刀體停止轉動並向下壓緊下刀體→電動機電流增大→電動機停電→上刀體完 成換刀。該系統存在的缺點是故障率高，特別是換刀時上刀架一直轉動停不下來等故障。 原 因是塔式罩內清乾爽並密封後仍然會進水，並不斷增加刀位置感測器開關接觸不良，此外， 原來的控制器使用了W 個小繼電器，也易造成其觸點接觸不良。經過改進實驗和經驗總結， 設計了全新控制系統。
5 自動回轉刀架控制系統
刀架的換刀過程通過PLC對控制刀架的所有I/O信號進行邏輯處理及計算, 實現刀架的 順序控制,
另外為了保證換刀能夠正確進行, 系統還要設置一些相應的系統參數來對換刀 過程進行調整。本設計採用西門子S7 -200 編程軟體進行程序設計。數控刀架換刀有兩種模 式, 一種是手動換刀, 另一種是通過T 指令進行自動換刀。手動換刀是指將機床調至手動狀 態, 通過刀位選擇按鍵進行目的刀位選擇，有的系統是利用波段開關的形式進行實現, 有的 系統是利用記數的形式來實現, 比如說通過檢測刀位選擇信號的狀態, 如果按下刀位選擇 按鍵, 計數器的數值會發生改變, 系統選擇也會發生相應的改變。也可以採用單鍵換刀, 一 個短促的按鍵可以換下一個刀位。T 指令換刀是直接通過編程刀號作為目的刀位進行換刀。 刀架電機順時針旋轉時為選刀過程, 逆時針旋轉時為鎖緊過程, 選刀監控時間和鎖緊監控 時間由PLC 定時器決定。
6 自動回轉刀架典型故障的分析與排除
對於刀架，要使其正常工作，均涉及到機械、電氣、控制系統等多方面的穩定、可靠 工作。刀架一旦出現某種故障現象，則可能是機械原因，也有可能是電氣、控制系統方面的 原因。因此，應根據不同故障類型，找准原因，准確迅速確定故障點，方能及時排除故障。 對於刀架，要使其正常工作，均涉及到機械、電氣、控制系統等多方面的穩定、可靠工作。 刀架一旦出現某種故障現象，則可能是機械原因，也有可能是電氣、控制系統方面的原因。 因此，應根據不同故障類型，找准原因，准確迅速確定故障點，方能及時排除故障。故障現 象一：刀架不能啟動（1）機械方面的原因1)刀架預緊力過大。2)刀架內部機械卡死。當從 蝸桿端部轉動蝸桿時，順時針方向轉不動，其原因是機械卡死。首先，檢查夾緊裝置反靠定 位銷是否在反靠棘輪槽內，若在，則需將反靠棘輪與螺桿連接銷孔回轉一個角度重新打孔連 接；其次，檢查主軸螺母是否鎖死，如螺母鎖死，應重新調整；再次，由於潤滑不良造成旋 轉件研死，此時，應拆開，觀察實際情況，加以潤滑處理。（2）電器方面的原因1)電源不 通、電機不轉。檢查溶芯是否完好、電源開關是否良好接通、開關位置是否正確。當用萬用 表測量電容時，電壓值是否在規定范圍內，可通過更換保險、調整開關位置、使接通部位接 觸良好等相應措施來排除。除此以外，電源不通的原因還可考慮刀架至控制器斷線、刀架內 部斷線、電刷式霍爾元件位置變化導致不能正常通斷等情況。2)電源通，電機反轉。可確定 為電機相序接反。通過檢查線路，變換相序排除。3)手動換刀正常、機控不換刀。此時應重 點檢查微機與刀架控制器引線、微機I／O 介面及刀
架到位回答信號。故障現象二：刀架連 續運轉、到位不停由於刀架能夠連續運轉，所以，機械方面出現故障的可能性較小，主要從 電氣方面檢查。1）檢查刀架到位信號是否發出，若沒有到位信號，則是發訊盤故障。此時 可檢查：發訊盤彈性觸頭是否磨壞、發訊盤地線是否斷路或接觸不良或漏接，是否需要更換 彈性片觸頭或重修，針對其線路中的繼電器接觸情況、到位開關接觸情況、線路連接情況相 應地進行線路故障排除。2）當僅出現某號刀不能定位時，則一般是由於該號刀位線斷路所 至。故障現象三：刀架越位過沖或轉不到位刀架越位過沖故障的機械原因可能性較大。主要 是後靠裝置不起征作用。1）檢查後靠定位銷是否靈活，彈簧是否疲勞。此時應修復定位銷 使其靈活或更換彈簧。2）檢查後靠棘輪與蝸桿連接是否斷開，若斷開，需更換連接銷。若 仍出現過沖現象則可能是由於刀具太長過重，應更換彈性模量稍大的定位銷彈簧。3）出現 刀架運轉不到位(有時中途位置突然停留)，主要是由於發訊盤觸點與彈性片觸點錯位，即刀 位信號膠木盤位置固定偏移所至。此時，應重新調整發訊盤與彈性片觸頭位置並固定牢靠。 4）若仍不能排除故障，則可能是發訊盤夾緊螺母松動，造成位置移動。
結語
近年來，世界傳統機床製造業強國正處於調整期。國內數控機床企業應抓住這一機遇， 從基本國情的角度出發，以國家的戰略需求和國民經濟的市場需求為導向，如注重機床的數 控改造以及功能部件的可靠性和專業化生產。並繼續通過並購海外先進企業或合資經營等方 式，加強國際合作，善借「外腦」助創薪提升自身技術水平。經濟型數控機床價格低適合我 國市場需要，是當前的主流產品。數控車床在工件一次裝夾中實現多工序加工，以減少誤差、 縮短時間， 而帶有自動回轉刀架。刀架要求具備很好的剛度和堅硬的強度、合理的結構等 使其能高精度重復定位。它通過驅動電路和控制系統實現其功能。自動回轉刀架在數控車床 中佔有極其重要的地位。在數控機床使用過程中，難免會出現各種故障，在日常故障中，我 們常見的是刀架類、主軸類、螺紋加工類、系統顯示類、驅動類、通信類等故障。而刀架故 障在其中佔有很大比例。維修數控機床結構和控制電路比較復雜。掌握一些數控設備維修技 術可以快速判斷故障所在，縮短維修時間，以降低維修成本。
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數控機床自動回轉刀架綜述
數控機床自動回轉刀架綜述
摘要：數控機床是裝備製造業的基礎，振興裝備製造業首先要振興數控機床業。一個國家 數控機床業的水平已經成為衡量該國製造業水平、工業現代化程度和國家綜合競爭力的重要 標志，直接關繫到國家經濟建設和國防安全及戰略地位。而數控車床為了能在工件的一次裝 夾中完成工序加工，縮短輔助時間，減少多次裝夾所引起的加工誤差，必須帶有自動回轉刀 架。本文要對自動回轉刀架的總體結構、主要的傳動裝置，以及以PLC 和單片機為控制系統 等方面進行分析。並對自動回轉刀架的性能，要從實踐中的故障分析去了解，並且要提出合 理的解決方法。
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關鍵字：數控車床 自動刀架 轉塔刀架 控制電路
0 前言 中國數控機床工業是以利用國際技術資源開始的，在摒棄了以前作為消費者和加工中心 的被動形式下，現在已經發展到了國內企業在立足自主創新的同時開始涉及以利用國際資 源、增強國際競爭能力為主旨的國際投資。近十多年來，機床藉助於微電子、計算機技術 的飛速發展，正向著高精度、多功能、高速化、高效率、復合加工功能、智能化等方向邁進， 明顯地反映出時代的特徵。自動回轉刀架是數控車床的關鍵部件之它用來安裝各種切削加工 刀具，直接影響數控車床的切削性能和工作效率。自動回轉刀架是普遍採用的換刀方式，常 用方刀架和轉塔式回轉刀架
⑵ 怎麼用機械原理使物體轉動指定的角度
利用兩個直齒齒輪，經兩個錐度齒輪轉向可以使物體轉動指定的角度傳動，角度小，齒輪齒數多；角度大，齒輪齒數少。
⑶ 回轉機構中,極限力矩限制器的作用與工作原理及調整
極限力矩限制裝置通常選擇兩種：1彈簧和凸台結構的配合，是可恢復和重復作用的一種力矩限制機構。這個可以調節彈簧壓力改變力矩限制值。2 使用保險銷釘結構，作為防止重要機構損壞的預防裝置，屬於不可恢復的最終保護。重新使用需要另行配置銷釘。