A. 数控加工中心常见自动换刀方式的特点是什么
数控加工中心除了和其它数控铣削加工设备一样，具有高效加工复杂曲面工件和异形轮廓工件的加工能力以外。它还具有自动更换加工刀具的先进功能。借助于这一加工特性，可以实现机床对各类型工件特别是多工序复杂工件各工序的自动转接加工。可以做到工件在单台加工设备上，集中自动完成其钻、铣、镗、铰和攻丝等多种工序的加工内容。以至于有人说，数控加工中心是多功能的智能化加工设备。
数控加工中心之所以具有上述较高的自动化加工能力，除了机床配置的控制装置和工件的加工程序以外，硬件方面主要配置有刀库和自动换刀装置两部分。有了刀库可使工件各工序加工刀具可以得到较好的存储和管理，自动换刀机构可使机床每完成一道工序加工时，可以及时的更换下刀工序相应的加工刀具，它们是相互独立而又不可分割的一个整体。根据机床配置刀库的不同其换刀机构也不尽相同。本文就简单介绍一下，数控加工中心常见的自动换刀方式及其特点。
根据数控加工中心加工形式和加工要求的不同，常见的刀库形式主要有斗笠式刀库、圆盘机械手刀库、链式刀库等几种。相对应的换刀方式可分为直接换刀方式、机械手换刀方式和转塔头方式几种，具体我们看一下它们各自的特点：
一、机械手换刀方式
一般配置机械手换刀机构的刀库常使用圆盘式刀库。所谓机械手换刀方式，就是指在换刀时，由机械手进行抓刀、选刀及换刀。负责在刀库和数控加工中心的主轴之间传递刀具，将替换下来的刀具送回到刀库内，再将需要使用的刀具推送到主轴上。这种换刀方式的特点是待使用的新刀和已使用的旧刀同时抓取。也就是说抓刀和换刀同时进行，因此相对其它换刀方式来说，具有换刀速度更快、各机械元件的运动幅度更小等特点。是现在比较主流的换刀方式。
二、直接换刀方式
所谓直接换刀方式是指换刀过程由刀库和主轴箱配合完成，这是一种最直接的换刀方式。一般配置的刀库是斗笠式的。按照换刀过程中，刀库有没有发生位移来区分，直接换刀方式又可以分为刀库移位方式和刀库固定方式两种。刀库移位方式中，刀库是可以移动的，在换刀前，刀库进入换刀工作区，换刀后在退出该区域。这种换刀方式由于刀库发生的运动较多，布局比较讲究，灵活性和适应性较差。刀库固定方式中，主要通过主轴箱的移动进行选刀。刀库可以是保持静止的，也可以只进行位置旋转。前者只能进行顺序选刀，适用于刀具数量较少的数控加工中心，而后者可以实现转位选刀。这种选刀方式减少了刀库的移动，可以大大简化刀库的设计结构，对换刀过程的控制也简单可靠。直接换刀方式的特点是换刀速度慢、故障率高，只在早期的机型上使用。
三、转塔头换刀方式
转塔头方式是通过砖塔的旋转，使需要的刀具移动到相应位置的换刀方式。它一般为顺序换刀，优点是结构紧凑，换刀时间极短，一般较多应用于加工曲轴类等细长类工件且需要完成多道工序的复杂工序加工场合。
转塔头方式的自动换刀装置和直接换刀方式类似，又分为转塔刀架换刀和砖塔主轴头换刀两种方式。转塔刀架换刀方式是通过转塔头的旋转，实现自动换刀动作；转塔主轴头换刀方式也需要配备转塔，但转塔主轴上连接的不是刀架，而是多个不同方位，成章鱼触手状分布的分主轴头，每个主轴头上事先安装有各个工序需要使用的刀具。
在数控加工中心加工中，通过旋转转塔，各主轴头按照程序指令，依次转动到加工位置，从而实现自动换刀动作。这种换刀方式，由于各分主轴都集中在一个转塔上，对转塔主轴的刚度有较高的要求，对刀具主轴的数量也有一定的限制。这种换刀方式主要应用在较小型的数控加工中心上。
B. 数控机床的刀库及自动换刀装置
不知道你说的是不是数控机床啊?其实数控机床和普通机床完全不同，普通机床有很复杂的传动系统和变速机构．大部分只有一个驱动电机．而数控机床的机械结构就要简单的多，没有复杂的变速机构，因为它的电机是无级变速的．数控机床一般由下列几个部分组成：
●主机，他是数控机床的主题，包括机床身、立柱、主轴、进给机构等机械部件。他是用于完成各种切削加工的机械部件。
●数控装置，是数控机床的核心，包括硬件（印刷电路板、CRT显示器、键盒、纸带阅读机等）以及相应的软件，用于输入数字化的零件程序，并完成输入信息的存储、数据的变换、插补运算以及实现各种控制功能。
●驱动装置，他是数控机床执行机构的驱动部件，包括主轴驱动单元、进给单元、主轴电机及进给电机等。他在数控装置的控制下通过电气或电液伺服系统实现主轴和进给驱动。当几个进给联动时，可以完成定位、直线、平面曲线和空间曲线的加工。
●辅助装置，指数控机床的一些必要的配套部件，用以保证数控机床的运行，如冷却、排屑、润滑、照明、监测等。它包括液压和气动装置、排屑装置、交换工作台、数控转台和数控分度头，还包括刀具及监控检测装置等。
●编程及其他附属设备，可用来在机外进行零件的程序编制、存储等。
自从1952年美国麻省理工学院研制出世界上第一台数控机床以来，数控机床在制造工业，特别是在汽车、航空航天、以及军事工业中被广泛地应用，数控技术无论在硬件和软件方面，都有飞速发展。
加工中心
加工中心是带有刀库和自动换刀装置的一种高度自动化的多功能数控机床。工件在加工中心上经一次装夹后，能对两个以上的表面完成多种工序的加工，并且有多种换刀或选刀功能，从而使生产效率大大提高。
加工中心按其加工工序分为镗铣和车削两大类，按控制轴数可分为三轴、四轴和五轴加工中心。
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C. 数控机床的自动换刀装置都有哪些方式
1、刀具交换方式
数控机床的自动换刀装置中，实现刀库与机床主轴之间传递和装卸刀具的装置称为刀具交换装置。刀具的交换方式和它们的具体结构对机床的生产率和工作可靠性有着直接的影响。
刀具的交换方式很多，一般可分为以下两大类。
（一）无机械手换刀
无机械手换刀，是由刀库和机床主轴的相对运动实现的刀具交换。换刀时，必须首先将用过的刀具送回刀库，然后再从刀库中取出新刀具，这两个动作不可能同时进行，因此，换刀时间长。所示的数控立式镗铣床就是采用这种换刀方式的实例。它的选刀和换刀由三个坐标轴的数控定位系统来完成，因此每交换一次刀具，工作台和主轴箱就必须沿着三个坐标轴作两次来回运动，因而增加了换刀时间。另外，由于刀库置于工作台上，减少了工作台的有效使用面积。
（二）机械手换刀
由于刀库及刀具交换方式的不同，换刀机械手也有多种形式。因为机械手换刀有很大的灵活性，而且还可以减少换刀时间，应用最为广泛。
在各种类型的机械手中，双臂机械手全面地体现了以上优点，为了防止刀具掉落，各机械手的活动爪都必须带有自锁结构。双臂回转机械手的动作比较简单，而且能够同时抓取和装卸机床主轴和刀库中的刀具，因此换刀时间可以进一步缩短。双臂回转机械手，虽不是同时抓取主轴和刀库中的刀具，但是换刀准备时间及将刀具送回刀库的时间（图中实线所示位置）与机械加工时间重合，因而换刀（图中双点划线所示位置）时间较短。
2、机械手形式
在自动换刀数控机床中，机械手的形式也是多种多样，常见的有以下几种形式。
1、单臂单爪回转式机械手
这种机械手的手臂可以回转不同的角度来进行自动换刀，其手臂上只有一个卡爪，不论在刀库上或是在主轴上，均靠这个卡爪来装刀及卸刀，因此换刀时间较长。
2、单臂双爪回转式机械手
这种机械手的手臂上有两个卡爪，两个卡爪有所分工。一个卡爪只执行从主轴上取下“旧刀”送回刀库的任务，另一个卡爪则执行由刀库取出“新刀”送到主轴的任务。其换刀时间较上述单爪回转式机械手要少。
3、双臂回转式机械手
这种机械手的两臂上各有一个卡爪，两个卡爪可同时抓取刀库及主轴上的刀具，回转180°后又同时将刀具放回刀库及装入主轴。这种机械手换刀时间较以上两种单臂机械手均短，是最常用的一种形式。
4、双机械手
这种机械手相当于两个单臂单爪机械手，它们互相配合进行自动换刀。其中一个机械手从主轴上取下“旧刀”送回刀库，另一个由刀库中取出“新刀”装入机床主轴。
5、双臂往复交叉式机械手
这种机械手的两手臂可以往复运动，并交叉成一定的角度。一个手臂从主轴上取下“旧刀”送回刀库，另一个手臂由刀库中取出“新刀”装入主轴。整个机械手可沿某导轨直线移动或绕某个转轴回转，以实现由刀库与主轴间的运刀工作。
6、双臂端面夹紧式机械手
这种机械手只是在夹紧部位上与前几种不同。前几种机械手均靠夹紧刀柄的外圆表面来抓取刀具，这种机械手则是靠夹紧刀柄的两个端面来抓取的。
3、机械手夹持结构
在换刀过程中，由于机械手抓住刀柄要作快速回转，要作拔、插刀具的动作，还要保证刀柄键槽的角度位置对准主轴上的驱动键。因此，机械手的夹持部分要十分可靠，并保证有适当的夹紧力，其活动爪要有锁紧装置，以防止刀具在换刀过程中转动脱落。机械手夹持刀具的方法有以下两种。
（一）柄式夹持
柄式夹持，也称轴向夹持或V形槽夹持。其刀柄前端有V形槽，供机械手夹持用，目前我国数控机床较多采用这种夹持方式。机械手手掌结构示意图。它由固定爪及活动爪组成，活动爪可绕轴回转，其一端在弹簧柱塞的作用下，支靠在挡销上，调整螺钉以保持手掌适当的夹紧力，锁紧销使活动爪牢固地夹持刀柄，防止刀具在交换过程中松脱。锁紧销还可轴向移动，使活动爪放松，以便杈刀从刀柄V形槽中退出。
（二）法兰盘式夹持
法兰盘式夹持，也称径向夹持或碟式夹持。刀柄的前端有供机械手夹持的法兰盘。采用法兰盘式夹持的优点是：当采用中间搬运装置时，可以很方便从一个机械手过渡到另一个辅助机械手上去。对于法兰盘式夹持方式，其换刀动作较多，不如柄式夹持方式应用广泛。
4、自动换刀动作顺序
由于自动换刀装置的布局结构多种多样，其换刀过程动作顺序会不尽相同。下面分别以常见的双臂往复交叉式机械手和钩刀机械手为例用动作分图加以说明。
（一）双臂往复交叉式机械手的换刀过程
（1）开始换刀前状态。主轴正用T05号刀具进行加工，装刀机械手已抓住下一工步需用的T09号刀具，机械手架处于最高位置，为换刀做好了准备；
（2）上一工步结束，机床立柱后退，主轴箱上升，使主轴处于换刀位置。接着下一工步开始，其第一个指令是换刀，机械手架回转180o转向主轴。
（3）卸刀机械手前伸，抓住主轴上已用过的T05号刀具。
（4）机械手架由滑座带动，沿刀具轴线前移，将T05号刀具从主轴上拔出。
（5）卸刀机械手缩回原位。
（6）装刀机械手前伸，使T09号刀具对准主轴。
（7）机械手架后移，将T09号刀具插入主轴。
（8）装刀机械手缩回原位。
（9）机械手架回转180o，使装刀、卸刀机械手转向刀库。
（10）机械手架由横梁带动下降，找第二排刀套链，卸刀机械手将T05号刀具插回P05号刀套中。
（11）刀套链转动把在下一个工步需用的T46号刀具送到换刀位置,机械手一降,找第三排刀链,由装刀机械手将T46号刀具取出。
（12）刀套链反转，把P09号刀套送到换刀位置，同时机械手架上升至最高位置，为再下一工步的换刀做好准备。
（二）钩刀机械手的换刀过程
作为最常用的一种换刀形式，换刀一次所需的基本动作如下。
1）抓刀。手臂旋转90?，同时抓住刀库和主轴上的刀具。
（2）拔刀。主轴夹头松开刀具，机械手同时将刀库和主轴上的刀具拔出。
（3）换刀。手臂旋转180?，新旧刀具更换。
（4）插刀。机械手同时将新旧刀具分别插入主轴和刀库，然后主轴夹头夹紧刀具；
（5）复位。转动手臂，回到原始位置。
D. 数控机床对自动换刀装置有什么基本要求
1．自动回转刀架
自动回转刀架是数控车床上使用的一种简单的自动换刀装置，有四方刀架和六角刀架等多种形式，回转刀架上分别安装有四把、六把或更多的刀具，并按数控指令进行换刀。回转刀架又有立式和卧式两种，立式回转刀架的回转轴与机床主轴成垂直布置，结构比较简单，经济型数控车床多采用这种刀架。
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少刀架在切削力作用下的变形，提高加工精度。回转刀架还要选择可靠的定位方案和合理的定位结构，以保证回转刀架在每次转位之后具有较高的重复定位精度（一般为0.001～0.005mm）。图1所示为螺旋升降式四方刀架，它的换刀过程如下：
（1）刀架抬起 当数控装置发出换刀指令后，电机22正转，并经联轴套16、轴17，由滑键（或花键）带动蜗杆18、蜗轮2、轴1、轴套10转动。轴套10的外圆上有两处凸起，可在套筒9内孔中的螺旋槽内滑动，从而举起与套筒9相连的刀架8及上端齿盘6，使6与下端齿盘5分开，完成刀架抬起动作。
1，17—轴；2—蜗轮；3—刀座；4—密封圈；5，6—齿盘；7—压盖；8—刀架；9，20—套简；10—轴套；11—垫圈；12—螺母；13—销；14—底盘；15—轴承；16—联轴套；18—蜗杆；19—微动开关；21—压缩弹簧；22—电机
（2）刀架转位 刀架抬起后，轴套10仍在继续转动，同时带动刀架8转过90°，180°，270°或360°，并由微动开关19发出信号给数控装置。具体转过的度数由数控装置的控制信号确定，刀架上的刀具位置一般采用编码盘来确定。
（3）刀架压紧 刀架转位后，由微动开关发出的信号使电机22反转，销11使刀架8定位而不随轴套10回转，于是刀架8向下移动。上下端齿盘5、6合拢压紧。蜗杆18继续转动则产生轴向位移，压缩弹簧21，套筒20的外圆曲面，微动开关19使电机22停止旋转，从而完成一次转位。
2．转塔头式换刀装置
带有旋转刀具的数控机床常采用转塔头式换刀装置，如数控钻镗床的多轴转塔头等。转塔头上装有几个主轴，每个主轴上均装一把刀具，加工过程中转塔头可自动转位实现自动换刀。主轴转塔头就相当于一个转塔刀库，其优点是结构简单，换刀时间短，仅为2秒左右。由于受空间位置的限制，主轴数目不能太多，主轴部件结构不能设计得十分坚实，影响了主轴系统的刚度，通常只适用于工序较少、精度要求不太高的机床，如数控钻床、数控铣床等。近年来出现了一种用机械手和转塔头配合刀库进行换刀的自动换刀装置，如图2所示。它实际上是转塔头换刀装置和刀库式换刀装置的结合。其工作原理如下：
1—刀库；2—机械手；3，4—刀具主轴；5—转塔头；6—工件；7—工作台
转塔头5上有两个刀具主轴3和4，当用刀具主轴4上的刀具进行加工时，可由机械手2将下一步需用的刀具换至不工作的刀具主轴3上，待本工序完成后，转塔头回转180°，完成换刀。因其换刀时间大部分和加工时间重合，真正换刀时间只需转塔头转位的时间。这种换刀方式主要用于数控钻床和数控铣镗床。
3．带刀库的自动换刀系统
由于回转刀架、转塔头式换刀装置容纳的刀具数量不能太多，不能满足复杂零件的加工需要，因此，自动换刀数控机床多采用带刀库的自动换刀装置。带刀库的自动换刀装置由刀库和换刀机构组成，换刀过程较为复杂。首先要把加工过程中使用的全部刀具分别安装在标准刀柄上，在机外进行尺寸预调整后，按一定的方式放入刀库。换刀时，先在刀库中选刀，再由换刀装置从刀库或主轴上取出刀具，进行交换，将新刀装入主轴，旧刀放回刀库。刀库具有较大的容量，既可安装在主轴箱的侧面或上方。由于带刀库的自动换刀装置的数控机床的主轴箱内只有一根主轴，主轴部件的刚度要高，以满足精密加工要求。
另外，刀库内刀具数量较大，因而能够进行复杂零件的多工序加工，大大提高了机床的适应性和加工效率。带刀库的自动换刀系统适用于数控钻削中心和加工中心。
E. 数控钻床自动换刀装置包含哪些东西
各类数控机复床的自动换刀装置制的结构取决于机床的形式、工艺范围以及刀具的种类和数量等，主要可以分为以下几种形式
①回转刀架换刀
数控机床上使用的回转刀架是一种最简单的自动换刀装置，根据加工对象的不同，可以设计成四方刀架和六角刀架等多种形式，分别安装着四把、六把或更多的刀具，并按数控装置的指令换刀。回转刀架的结构上必须具有良好的强度和刚性，以承受粗加工时的切削抗力，由于车削加工精度在很大程度上取决于刀尖位置，而加工工程中对刀尖位置一般不进行人工调整，因此更有必要选择可靠地定位方案和合理的定位结构，以保证回转刀架在每次转位之后，具有尽可能高的重复定位精度
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，他的动作分为四个步骤：刀架抬起。刀架转位。刀架压紧。转位油缸复位
回转刀架除了采用液压缸驱动转位和定位销定位以外，还可以采用电机/马氏机构转位和鼠齿定位，以及其他转位和定位机构。
F. 自动回转刀架的工作原理是什么
数控车床上使用的回转刀架是一种最简单的自动换刀装置，根据不同加工对象，专可以设计成四属方刀架和六角刀架等多种形式。回转刀架上分别安装着四把、六把或更多的刀具，并按数控装置的指令换刀。
G. 数控机床的结构特点有哪些
在数控机床发展的最初阶段，其机械结构与通用机床相比没有多大的变化，只是在自动变速、刀架和工作台自动转位和手柄操作等方面作些改变。随着数控技术的发展，考虑到它的控制方式和使用特点，才对机床的生产率、加工精度和寿命提出了更高的要求。
数控机床的主体机构有以下特点：
1、由于采用了高性能的无级变速主轴及伺服传动系统，数控机床的极限传动结构大为简化，传动链也大大缩短；
2、为适应连续的自动化加工和提高加工生产率，数控机床机械结构具有较高的静、动态刚度和阻尼精度，以及较高的耐磨性，而且热变形小；
3、为减小摩擦、消除传动间隙和获得更高的加工精度，更多地采用了高效传动部件，如滚珠丝杠副和滚动导轨、消隙齿轮传动副等；
4、为了改善劳动条件、减少辅助时间、改善操作性、提高劳动生产率，采用了刀具自动夹紧装置、刀库与自动换刀装置及自动排屑装置等辅助装置。
根据数控机床的适用场合和机构特点，对数控机床结构因提出以下要求：
(一)较高的机床静、动刚度
数控机床是按照数控编程或手动输入数据方式提供的指令自动进行加工的。由于机械结构(如机床床身、导轨、工作台、刀架和主轴箱等)的几何精度与变形产生的定位误差在加工过程中不能人为地调整与补偿，因此，必须把各处机械结构部件产生的弹性变形控制在最小限度内，以保证所要求的加工精度与表面质量。
为了提高数控机床主轴的刚度，不但经常采用三支撑结构，而且选用钢性很好的双列短圆柱滚子轴承和角接触向心推力轴承铰接出相信忒力轴承，以减小主轴的径向和轴向变形。为了提高机床大件的刚度，采用封闭界面的床身，并采用液力平衡减少移动部件因位置变动造成的机床变形。为了提高机床各部件的接触刚度，增加机床的承载能力，采用刮研的方法增加单位面积上的接触点，并在结合面之间施加足够大的预加载荷，以增加接触面积。这些措施都能有效地提高接触刚度。
为了充分发挥数控机床的高效加工能力，并能进行稳定切削，在保证静态刚度的前提下，还必须提高动态刚度。常用的措施主要有提高系统的刚度、增加阻尼以及调整构件的自振频率等。试验表明，提高阻尼系数是改善抗振性的有效方法。钢板的焊接结构既可以增加静刚度、减轻结构重量，又可以增加构件本身的阻尼。因此，近年来在数控机床上采用了钢板焊接结构的床身、立柱、横梁和工作台。封砂铸件也有利于振动衰减，对提高抗振性也有较好的效果。
(二)减少机床的热变形
在内外热源的影响下，机床各部件将发生不同程度的热变形，使工件与刀具之间的相对运动关系遭到破环，也是机床季度下降。对于数控机床来说，因为全部加工过程是计算的指令控制的，热变形的影响就更为严重。为了减少热变形，在数控机床结构中通常采用以下措施。
1、减少发热
机床内部发热时产生热变形的主要热源，应当尽可能地将热源从主机中分离出去。
2、控制温升
在采取了一系列减少热源的措施后，热变形的情况将有所改善。但要完全消除机床的内外热源通常是十分困难的，甚至是不可能的。所以必须通过良好的散热和冷却来控制温升，以减少热源的影响。其中部较有效的方法是在机床的发热部位强制冷却，也可以在机床低温部分通过加热的方法，使机床各点的温度趋于一致，这样可以减少由于温差造成的翘曲变形。
3、改善机床机构
在同样发热条件下，机床机构对热变形也有很大影响。如数控机床过去采用的单立柱机构有可能被双柱机构所代替。由于左右对称，双立柱机构受热后的主轴线除产生垂直方向的平移外，其它方向的变形很小，而垂直方向的轴线移动可以方便地用一个坐标的修正量进行补偿。
对于数控车床的主轴箱，应尽量使主轴的热变形发生在刀具切入的垂直方向上。这就可以使主轴热变形对加工直径的影响降低到最小限度。在结构上还应尽可能减小主轴中心与主轴向地面的距离，以减少热变形的总量，同时应使主轴箱的前后温升一致，避免主轴变形后出现倾斜。
数控机床中的滚珠丝杠常在预计载荷大、转速高以及散热差的条件下工作，因此丝杠容易发热。滚珠丝杠热生产造成的后果是严重的，尤其是在开环系统中，它会使进给系统丧失定位精度。目前某些机床用预拉的方法减少丝杠的热变形。对于采取了上述措施仍不能消除的热变形，可以根据测量结果由数控系统发出补偿脉冲加以修正。
(三)减少运动间的摩擦和消除传动间隙
为了使工作台能对数控装置的指令作出准确响应，就必须采取相应的措施。目前常用的滑动导轨、滚动导轨和静压导轨在摩擦阻尼特性方面存在着明显的差别。在进给系统中用滚珠丝杠代替滑动丝杠也可以收到同样的效果。目前，数控机床几乎无一例外地采用滚珠丝杠传动。
数控机床(尤其是开环系统的数控机床)的加工精度在很大程度上取决于进给传动链的精度。除了减少传动齿轮和滚珠丝杠的加工误差之外，另一个重要措施是采用无间隙传动副。对于滚珠丝杠螺距的累积误差，通常采用脉冲补偿装置进行螺距补偿。
(四)提高机床的寿命和精度保持性
为了提高机床的寿命和精度保持性，在设计时应充分考虑数控机场零部件的耐磨性，尤其是机床导轨、进给伺港机主轴部件等影响进度的主要零件的耐磨性。在使用过程中，应保证数控机床各部件润滑良好。
(五)减少辅助时间和改善操作性能
在数控机床的单件加工中，辅助时间(非切屑时间)占有较大的比重。要进一步提高机床的生产率，就必须采取促使最大限度地压缩辅助时间。目前已经有很多数控机床采用了多主轴、多刀架、以及带刀库的自动换刀装置等，以减少换刀时间。对于切屑用量加大的数控机床，床身机构必须有利于排屑。
H. 数控机床自动换刀装置的分类和特点及具体应用
数控机床自动换来刀装置分为转塔自式和刀库式
转塔式分为回转刀架和转塔头
刀库式分为刀库与主轴之间直接换刀、用机械手配合刀库进行换刀和（用机械手、运输装置配合刀库进行换刀）三种
回转刀架多为顺序换刀，换刀时间短，结构紧凑，容纳刀具较少 用于数控车床、数控车削中心机床
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I. 什么是自动换刀装置
一、自动换刀装置的形式
自动换刀装置是数控机床的重要执行机构，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；
2．排式刀架换刀；
3．更换主轴头换刀；
4．带刀库的自动换刀系统
在这里我对数控机床常见的这几种换刀系统逐一介绍，首先介绍一下回转刀架换刀系统。
二、回转刀架
数控机床使用的回转刀架是比较简单的自动换刀装置，常用的类型有四方刀架、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。下面我们结合一台四工位的四方刀架了解一下其换刀过程及原理。并结合换刀原理分析一下四方刀架的常见故障现象及原因。常见机床四方刀架如图一（左）。
图一数控机床刀架或刀库是由机床PLC来进行控制，对于普通的四工位刀架来说，控制比较简单，一般用于普通的车床。我们分析车床刀架的控制原理其实就是指刀架的整个换刀过程，刀架的换刀过程其实是通过PLC对控制刀架的所有I/O信号进行逻辑处理及计算。实现刀架的顺序控制。另外为了保证换刀能够正确进行，系统一般还要设置一些相应的系统参数来对换刀过程进行调整。下面我们分析PLC控制下的换刀过程。在分析之前，我们首先了解刀架控制的电气部分。刀架电气控制部分如图二所示。图二中的a是刀架控制的强电部分，主要是控制刀架电机的正转和反转，来控制刀架的正转和反转；图b是刀架控制的交流控制回路，主要是控制两个交流接触器的导通和关闭来实现a中的强电控制；图c部分是刀架控制的继电器控制回路及PLC的输入及输出回路，整个过程的控制最终是由这个模块来完成的。 图中各器件的作用如下：
序号 名称 含义
1 M2 刀架电动机
2 QF3 刀架电动机带过载保护的电源空开
3 KM5、KM6 刀架电动机正、反转控制交流接触器
4 KA1 由急停控制的中间继电器
5 KA6、KA7 刀架电动机正、反转控制中间继电器
6 S1~S4 刀位检测霍尔开关
7 SB11 手动刀位选择按钮
8 SB12 手动换刀启动按钮
9 RC3 三相灭弧器
10 RC9、RC10 单相灭弧器
自动刀架控制涉及到的I/O信号如下：
PLC输入信号：
X2.7：刀架电动机过热报警输入；
X3.0~X3.3：1~4号刀到位信号输入；
X30.6：手动刀位选择按钮信号输入；
X30.7：手动换刀启动按钮信号输入；
PLC输出信号：
Y0.6：刀架正转继电器控制输出；
Y0.7：刀架反转继电器控制输出。
我们现在已经清楚了刀架控制的I/O信号，下面我们结合这些信号来分析一下换刀过程，刀架换刀有两种模式，一种是手动换刀，一种是通过T指令进行自动换刀。我们以手动状态为例，介绍一下换刀过程及常见故障。
1、首先我们将机床调至手动状态，通过刀位选择按键进行目的刀位选择，有的系统是利用波段开关的形式进行实现，有的系统是利用记数的形式来实现，比如说通过检测刀位选择信号（X30.6）的状态，如果按下刀位选择按键，X30.6的状态应该会改变一次，计数器的数值会发生改变，系统选择的目的刀具也会发生相应的改变。
2、选择目的刀具完成以后，下面就是将机床刀架的当前刀位转换到目的刀位。我们按下刀位转换按键X30.7以后。这时系统PLC输出一个刀架正转信号Y0.6，KA6吸合；KM5吸合，这时刀架电机开始正向旋转，刀架开始正转。
3、刀架在正向旋转的过程中不停的对刀位输入信号进行检测，如图3所示，每把刀具各有一个霍尔位置检测开关。各刀具按顺序依次经过发磁体位置产生相应的刀位信号。当产生的刀位信号和目的刀位寄存器中的刀位相一致的时候，PLC认为所选刀具已经到位。
图34、刀具到位以后，刀架仍继续正向旋转一段时间，然后停止正向旋转（Y0.6停止输出），延时一段时间以后，刀架反转控制信号Y0.7有效，此时刀架开始反转，反转过程其实就是刀架锁紧的过程，此过程延续一段时间，直到刀架锁紧到位，但反转时间不宜过长或过短。过长就有可能烧坏电机或造成电机过热空开跳闸，时间过短有可能造成刀架不能够锁紧。刀架锁紧以后，整个换刀过程结束。
安全互锁
1、架电动机长时间旋转，而检测不到刀位信号，则认为刀架出现故障，立即停止刀架电动机，以防止将其损坏并报警提示；
2、刀架电动机过热报警时，停止换刀过程，并禁止自动加工；
我们现在已经对此种刀架的换刀原理有所了解，那么对于此种刀架在工作过程中常见的一些故障我们应该很容易分析出他的原因。常见的故障现象如下：
故障现象一：选择了目标刀位，按下刀位转换按钮以后，电动刀架不转；
故障现象二：选择了目标刀位，按下刀位转换按钮以后，电动刀架转个不停；
我们现在就以这两种比较典型的故障现象来分析一下故障原因，希望大家有所收获，比如故障现象一；这是比较常见的一种故障现象，出现此现象后我们应该利用怎样的方法才能够比较容易去解决。
从上面的叙述中我们已经了解了换刀的整个过程， 如图四，如果刀架不动，我们应该怎么样去检修呢？
1、首先我们可以利用现象比较明显，比较容易观察到的地方来进行判断，在这里我们可以把接触器作为一个特殊点，以接触器为分界点，作出一个初步判断，可以观察一下接触器是否动作，如果接触器动作我们可以听到接触器吸合的声音，相反则听不到。
2、接触器吸合的情况下，我们可以判断出换刀过程中的① ④没有问题。那么问题应该在⑤ 或 ⑥上，具体原因如下：
1）电机电源缺相或电压过低；
2）接触器主触点被烧坏或接触不良；
3）刀架电机电源相序错，造成电机旋转方向发生改变，刀架选刀的过程变成刀架锁紧的过程；
4）电机被烧坏；
5）刀架锁得太紧或被机械卡死等。
3、接触器在没有吸合的情况下，我们可以判断出故障原因有可能出在①⑤这几步上，具体分析过程如下：
1）KM5没有吸合的情况下，观察KA6是否吸合，如果KA6已经动作，那么可以测量一下KM5线圈有没有烧坏，控制电缆有没有断线，KA6的触点接触是否良好。
2）如果KA6没有动作，可以通过观察PLC的输入输出寄存器的状态来确定刀架正转信号Y0.6是否有输出，如果有输出，可以检测一下继电器KA6线圈是否被烧坏，PLC输出板是否有问题，系统PLC到KA6的连线是否有问题。如果没有输出，则检查一下是否PLC编写有误，是否有些换刀条件没有满足。