自动换刀装置的夹爪

『壹』 数控机床的自动换刀装置有哪些形式

各类数控机床的自动换刀装置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。
②更换主轴头换刀
在带有旋转刀具的数控机床中，更换主轴头是一种比较简单的换刀方式，主轴头通常有卧式和立式两种，而且常用砖塔的转位来更换主轴头，以实现自动换刀，在砖塔的各个主轴头上，预先安装有各工序所需要的旋转刀具，当发出换刀指令时，各主轴头依次的转到加工位置，并接通主运动，使相应的主轴带动刀具旋转，而其他处于不加工位置上的主轴都与主运动脱开。
由于空间位置的限制，主轴部件的结构不可能设计的十分坚实，因为影响了主轴系统的刚度，为了保证主轴的刚度，主轴的数目必须加以限制，否则将会使结构尺寸大为增加。砖塔主轴头换刀方式的主要优点在于省去了自动松夹、卸刀、装刀、夹紧以及刀具搬运等一系列复杂的操作，从而提高了换刀的可能性，并显著的缩短了换刀时间，但由于结构上的原因，砖塔主轴头通常只适用于工序较少，精度要求不太敢的数控机床，如数控钻床等。
③带刀库的自动换刀系统
带刀库的自动换刀系统由刀库和刀具交换装置如机械手等组成，目前他是多工序数控机床上应用最为广泛的换刀方法
整个换刀过程较为复杂，首先把加工过程中需要使用的全部刀具分别安装在标准的刀柄上，在机外进行尺寸育调整之后，按一定的方式放入刀库，换刀时先在到库中进行选刀，并由刀具交换装置分别动刀库和主轴上取出刀具，在进行刀具交换之后，将新道具装入主轴，把就刀具放回刀库。存放刀具的刀库具有较大的容量，它既可安装在主轴箱的侧面或上方，也可作为单独部件安装的机床以外，并有搬运装置运动刀具。
带刀库的自动换到数控机床主轴箱与砖塔主轴头相比较，由于主轴箱内只有一个主轴，设计主轴部件时就有可能充分增强它的刚度，因而能够满足精密加工的要求，另外刀库可以存放数量很大的刀具，因为能够进行复杂零件的多工序加工，这样就明显的提高了机床的适应性和加工效率。所以带刀库的自动换刀装置特别适用于数控钻、铣、镗床。但这种换刀方式的整个过程动作较多，换刀时间长，系统较为复杂，降低了工作可靠性。

『贰』 数控机床电动四方刀架自动换刀时的动作过程

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1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。
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。

如果定位和夹紧动作正常，推杆11与相应的触头12接触，发出信号表示换刀过程已经结束，可以继续进行切削加工。
回转刀架除了采用液压缸转位和定位销定位之外，还可以采用电动机带动离合器定位，以及其他转位和定位机构。

2．更换主轴头换刀

在带有旋转刀具的数控机床中，更换主轴头是一种简单换刀方式。主轴头通常有卧式和立式两种，而且常用转塔的转位来更换主轴头，以实现自动换刀。在转塔的各个主轴头上，预先安装有各工序所需的旋转刀具。当发出换刀指令时，各主轴头依次地转到加工位置，并接通主轴运动，使相应的主轴带动刀具旋转，而其他处于不加工位置上的主轴都与主运动脱开。

图2为卧式八轴转塔头。转塔头上径向分布着八根结构完全相同的主轴7，主轴的回转运动由齿轮12输入。当数控装置发出换刀指令时，先通过液压拨叉将移动齿轮3与齿轮12脱离啮合，同时在中心液压缸14的上腔通压力油。由于活塞杆和活塞15固定在底座上，因此中心液压缸14带着由两个推力轴承17和16支承的转塔刀架体18抬起，离合器2和1脱离啮合。然后压力油进入转位液压缸，推动活塞齿条，再经过中间齿轮使大齿轮4与转塔刀架体18一起回转45º，将下一工序的主轴转到工作位置。转位结束后，压力油进入中心液压缸14的下腔，使转塔头下降，离合器2和1重新啮合，实现了精确的定位。在压力油的作用下，转塔头被压紧，转位液压缸退回原位。最后，通过液压拨叉移动齿轮3，使它与新换上的主轴齿轮12相啮合。为了改善主轴结构的装配工艺性，整个主轴部件装在套筒5内，只要卸去螺钉10，就可以将整个部件抽出。主轴前轴承9采用锥孔双列圆柱滚子轴承，调整时，先卸下端盖6，然后拧紧螺母8，使内环做轴向移动，以便消除轴承的径向间隙。

图2 卧式八轴转塔头
1、2一离合器 3、4、12一齿轮 5一套筒 6一端盖 7一主轴 8一螺母
9、16、17一轴承 10一螺钉 1l一推动杆 13一操纵杆 14一液压缸 15一活塞 18一转塔刀架体
为了便于卸出主轴锥孔内的刀具，每根主轴都有操纵杆13，只要按压操纵杆，就能通过斜面推动杆11，顶出刀具。

转塔主轴头的转位、定位和压紧方式与鼠齿盘式分度工作台极为相似，但因为在转塔上分布着许多回转主轴部件，使结构更为复杂。

由于空间位置的限制，主轴部件的结构不可能设计得十分坚实，因而影响了主轴系统的刚度。为了保证主轴的刚度，主轴数目必须加以限制，否则将会使结构尺寸大为增加。

转塔主轴头换刀方式的主要优点在于省去了自动松夹、卸刀、装刀、夹紧以及刀具搬运等一系列复杂的操作。从而提高了换刀的可靠性，并显著地缩短了换刀时间。但由于上述结构上的原因，转塔主轴头通常只是用于工序较少、精度要求不太高的机床，例如数控钻床等。

3．带刀库的自动换刀系统

带刀库的自动换刀系统由刀库和刀具交换机构组成。首先把加工过程中需要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中去。换刀时先在刀库中进行选刀，并由刀具交换装置从刀库和主轴上取出刀具，在进行交换刀具之后，将新刀具装入主轴，把旧刀具放回刀库。存放刀具的刀库具有较大的容量，它既可以安装在主轴箱的侧面或上方，也可作为单独部件安装到机床以外，并由搬运装置运送刀具。

与转塔主轴头相比较，由于带刀库的自动换刀装置数控机床主轴箱内只有一个主轴，设计主轴部件就有可能充分增强它的刚度，因而能满足精密加工的要求。另外，刀库可以存放数量很大的刀具，因而能够进行复杂零件的多工序加工，这样就明显提高了机床的适应性和加工效率。所以带刀库的自动换刀装置特别适用于数控钻床、数控铣床和数控镗床。

『叁』 加工中心的自动换刀装置由什么组成

，由主轴定向机构、主轴 松刀机构、刀库升降机构、刀库移动机构及刀库组 成，其特回征在于：与弹答性夹头，连接的杠杆，铰连在主 轴箱上，且与装连在立往上的凸轮块工作时相接； 安装在立柱上的曲杆与刀库支架连接，且设置 在与主轴箱装连的凸轮板上；与刀库相连的摆动臂 装在刀库支架上，且设置在与立柱连接的凸轮 板

『肆』 换刀装置中常用的双臂机械手有哪几种手爪结构他们在换刀过程中要完成那些基本动作

双臂单爪换刀机械手和链式刀库自动换刀装置设计（自动换刀机械手设计） 加工中心是现代机械加工中用得最多的设备之一，
而自动换刀装置作为加工中心的核心部件，一直处在不断改进之中。
设计一台小型加工中心的刀库及自动换刀装置。
首先，主要针对目前机床上常用的几种类型的刀库（鼓盘式刀库、链式刀库、格子盒式刀库等）进行了比较分析，
最终选用链式刀库结构，
选择伺服电机驱动，
采用蜗杆蜗轮装置减速，
并完成了链条的选择和链轮的设计计算。
另外，选择双臂单爪机械手结构，
对其运动作了详细的分析，
最终将换刀运动分解为手臂的伸缩，
手架的伸缩和回转三个动作。
全部采用液压系统进行控制。
在合理选用液压缸之后，
绘制出了液压系统控制图、
机械手动作原理图，
基本完成了自动换刀装置的设计工作。

『伍』 数控机床材料中有关自动回转刀架的内容

数控机床自动回转刀架综述

摘要：数控机床是装备制造业的基础，振兴装备制造业首先要振兴数控机床业。一个国家 数控机床业的水平已经成为衡量该国制造业水平、工业现代化程度和国家综合竞争力的重要 标志，直接关系到国家经济建设和国防安全及战略地位。而数控车床为了能在工件的一次装 夹中完成工序加工，缩短辅助时间，减少多次装夹所引起的加工误差，必须带有自动回转刀 架。本文要对自动回转刀架的总体结构、主要的传动装置，以及以PLC 和单片机为控制系统 等方面进行分析。并对自动回转刀架的性能，要从实践中的故障分析去了解，并且要提出合 理的解决方法。

关键字：数控车床 自动刀架 转塔刀架 控制电路

0 前言 中国数控机床工业是以利用国际技术资源开始的，在摒弃了以前作为消费者和加工中历者心 的被动形式下，现在已经发展到了国内企业在立足自主创新的同时开始涉及以利用国际资 源、增强国际竞争能力为主旨的国际投资。近十多年来，机床借助于微电子、计算机技术 的飞速发展，正向着高精度、多功能、高速化、高效率、复合加工功能、智能化等方向迈进， 明显地反映出时代的特征。自动回转刀架是数控车床的关键部件之它用来安装各种切削加工 刀具，直接影响数控车床的切削性能和工作效率。自动回转刀架是普遍采用的换刀方式，常 用方刀架和转塔式回转刀架数控车床用转塔动力刀架为国际机床业刀架发展中一项主流应 用产品。现己广泛被国内外立、卧式中心产品采用。经济型数控车床都配有电动回转刀架, 回 转刀架除了必须具有良好的强度和刚度, 以承受粗加工的切削力和定位精度外, 同时通过 数控系统内置PLC 或独立PLC 和控制电路完成回转刀架的自动回转及找刀定位的全部动作, 所以自动回转刀架的PLC 程序设计对刀架的运行效率和稳定性具有重要的作用。

1 我国数控机床发展现状及方向

中国数控机床工业是以利用国际技术资源开始的，在摒弃了以前作为消费者和加工中心 的被动形式下，现在已经发展到了国内企业在立足自主创新的同时开始涉及以利用国际资 源、增强国际竞争能力为主旨的国际投资。其目标主要是：获取对方国际品牌效应、相应的 动态技术开发力量、国际市场销售网络以及有效的经营管理体系；用以建立桥头堡和橱窗来 推介我方具有市场竞争力但又缺少外销渠道的产品。如新瑞集团并购宁夏长城机床厂、常州 多棱机床厂；阿波罗集团并购长沙机床厂等。纵观我国数控车床近几年的发展并以第十届中 国国际机床展览会(CIMT2007)为例主要取得了以下几点跨越

。发展方向从以下几点叙述（1） 中国自主出安全的加工平台（2） 突破无芯化（3）五轴联动数控技术更加成熟（4）即可供 应网络制造（5）复合加工技术（6）数控技术与国产大重型数控机闷烂猛床（7）进入世界高速高 精密数控机床生产国行列（8）进入全数控化螺旋齿锥齿轮铣齿机生产国行列（9）技术上可 靠性的问题有所缓解（10）中国数控系统产业的技术得到国外认可（11）我国数控技术目前 面临的形势；发展方向 （1）专业化生产是发展的方向（2）重视旧机床及生产线数控化改 造（3）以市场需求为导向，开发中高档数控机床（4）重视复合型人才培养

2 数控蚂桥刀架在数控机床中的地位及发展方向

数控机床是多品种小批量生产的高效自动化的技术群体, 它是把多工序加工、切削处 理、刀具磨损和测量等各种功能集为一体的自动化机床。随着科学技术的迅猛发展, 各种数 控机床已经进入实用化阶段, 成为生产现场的主力军。在各种数控机床中，对数控车床来说, 无论是它的开发到利用, 无论是它的使用上的优良性能和价格均很可观。在进入实用阶段后, 实现了高可靠性、高速度和高效率。目前数控车床向数控车削中心发展, 而其中数控车床与 数控车削中心的一个重要组成部分是数控转塔刀架。数控转塔刀架的工作质量直接影响到数 控机床尤其是加工中心的质量。数控转塔刀架的工作质量主要表现在换刀时间和故障率。加 工中心的故障率有 50 %以上与自动换刀装置有关, 自动换刀装置的投资常常占整台机床的 30%--50 %[ 5] 。为了相应降低整机的价格, 应在满足使用条件的前提下, 尽量选择结构简 单和可靠性高的自动换刀装置。发展方向从(1)刀架转位时间最短, 且转位准确。(2)刀架定 位精度高、动作迅速、稳定可靠。(3)可多刀夹持, 双向转位和任意刀位就近选刀。(4)应用 范围广, 维修方便等特点。

3 现代典型数控转塔刀架的结构分析

液压式这类刀架用液压缸实现刀盘锁紧，低速大扭矩液压马达驱动刀盘转位。液压缸可获 得很大的锁紧力，故刀架刚性很好。该机构适用于重负荷切削，且易双向转位就近换刀，大型 数控车床应用较多。

液压机械式这类刀架用液压缸锁紧刀盘，转位和预分度则用点电机通过机械传动装置实 现, 如槽轮机构。目前趋向采用动态性能较好的间歇凸轮转位机构。

电动势有以下几种（1）单面凸爪锁紧式是我国自行开发的小型产品刀盘主轴上固联有 单向凸爪离合器的右半。电机经蜗轮传动使主动凸爪(离合器左半)正向旋转，两个半离合器 结合，两定位多齿盘觉分开啮合，刀盘转位。到位后反向旋转，刀盘转动被预分度机构

构的定位 销阻止，由于凸爪斜面作用使离合器左右两半分离，使刀盘右移实现定位锁紧。（2）双插销 反靠式这类刀架以 T 形丝杠螺母机构产生锁紧力。电机正转时丝杠移动使两多齿盘分离， 再由反靠盘及插销带动刀盘转动到位，检测装置发讯时电机反转，插销向预分度糟反靠实现 预分度。由于另一端插销斜面作用，反靠盘与之分离，电机继续反转则使丝杠连同刀盘反向位 移至多齿盘啮合锁紧。（3）双向滚子端面凸轮锁紧式类刀架采用正反方向均可实现转位锁 紧的滚子端面凸轮机构，能就近换刀

4 刀架整体结构和工作原理

4.1 结构设计

自动回转刀架必须有很好的强度和刚性结构，可以承受切削抗力。它还需要有可靠的定 位和合理的结构，保证定位的精度。刀架的自动换刀功能由驱动电路和控制系统完成。本文 采用立式转位刀架结构，因此选择蜗杆副减速。蜗杆副传动能够改变运动方向，获得传动比 大，确保传动的平稳性和高精度，整个装置小巧灵活。其上刀体的锁进玉定位机构选择端面 齿盘，使上下刀体的配合面变成梯形端面齿。当刀架锁紧时，上下端面齿啮合，此时上刀体 无法绕刀架轴旋转；进行换刀时电动机正转，上刀体抬起，等到上下端面齿脱开，上刀体围 绕中心轴转动，实现转位。本文选择螺杆一螺母副使上刀体抬起，上刀体有内螺纹，电动机 带动蜗杆绕中心轴转动时，上刀体当作螺母转动或者上下移动。当刀架锁紧时，上下刀体的 端面齿啮合，此时上刀体不和螺杆一起转动，上刀体是向上移动的。当端面齿脱离时，上刀 体才和螺杆一起转动。

4.2 换刀工作原理

电动机正转→驱动蜗杆正转→蜗轮正转→蜗轮带动连体的螺杆旋转→螺杆上的螺母即 上刀体向上移动→上刀体与下刀体的定位齿分离→上刀体正转→所选择的刀到达工作位置 →开关接通→电动机反转→蜗轮反转→蜗轮带动连体的螺杆旋转→上刀体惯性作用冲过工 作位置→上刀体和蜗轮带动连体螺杆相对旋转→上刀体向下并反转→上刀体和下刀体的定 位齿接触→上刀体停止转动并向下压紧下刀体→电动机电流增大→电动机停电→上刀体完 成换刀。该系统存在的缺点是故障率高，特别是换刀时上刀架一直转动停不下来等故障。 原 因是塔式罩内清干爽并密封后仍然会进水，并不断增加刀位置传感器开关接触不良，此外， 原来的控制器使用了W 个小继电器，也易造成其触点接触不良。经过改进实验和经验总结， 设计了全新控制系统。

5 自动回转刀架控制系统

刀架的换刀过程通过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, 系统还要设置一些相应的系统参数来对换刀 过程进行调整。本设计采用西门子S7 -200 编程软件进行程序设计。数控刀架换刀有两种模 式, 一种是手动换刀, 另一种是通过T 指令进行自动换刀。手动换刀是指将机床调至手动状 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的状态, 如果按下刀位选择 按键, 计数器的数值会发生改变, 系统选择也会发生相应的改变。也可以采用单键换刀, 一 个短促的按键可以换下一个刀位。T 指令换刀是直接通过编程刀号作为目的刀位进行换刀。 刀架电机顺时针旋转时为选刀过程, 逆时针旋转时为锁紧过程, 选刀监控时间和锁紧监控 时间由PLC 定时器决定。

6 自动回转刀架典型故障的分析与排除

对于刀架，要使其正常工作，均涉及到机械、电气、控制系统等多方面的稳定、可靠 工作。刀架一旦出现某种故障现象，则可能是机械原因，也有可能是电气、控制系统方面的 原因。因此，应根据不同故障类型，找准原因，准确迅速确定故障点，方能及时排除故障。 对于刀架，要使其正常工作，均涉及到机械、电气、控制系统等多方面的稳定、可靠工作。 刀架一旦出现某种故障现象，则可能是机械原因，也有可能是电气、控制系统方面的原因。 因此，应根据不同故障类型，找准原因，准确迅速确定故障点，方能及时排除故障。故障现 象一：刀架不能启动（1）机械方面的原因1)刀架预紧力过大。2)刀架内部机械卡死。当从 蜗杆端部转动蜗杆时，顺时针方向转不动，其原因是机械卡死。首先，检查夹紧装置反靠定 位销是否在反靠棘轮槽内，若在，则需将反靠棘轮与螺杆连接销孔回转一个角度重新打孔连 接；其次，检查主轴螺母是否锁死，如螺母锁死，应重新调整；再次，由于润滑不良造成旋 转件研死，此时，应拆开，观察实际情况，加以润滑处理。（2）电器方面的原因1)电源不 通、电机不转。检查溶芯是否完好、电源开关是否良好接通、开关位置是否正确。当用万用 表测量电容时，电压值是否在规定范围内，可通过更换保险、调整开关位置、使接通部位接 触良好等相应措施来排除。除此以外，电源不通的原因还可考虑刀架至控制器断线、刀架内 部断线、电刷式霍尔元件位置变化导致不能正常通断等情况。2)电源通，电机反转。可确定 为电机相序接反。通过检查线路，变换相序排除。3)手动换刀正常、机控不换刀。此时应重 点检查微机与刀架控制器引线、微机I／O 接口及刀

架到位回答信号。故障现象二：刀架连 续运转、到位不停由于刀架能够连续运转，所以，机械方面出现故障的可能性较小，主要从 电气方面检查。1）检查刀架到位信号是否发出，若没有到位信号，则是发讯盘故障。此时 可检查：发讯盘弹性触头是否磨坏、发讯盘地线是否断路或接触不良或漏接，是否需要更换 弹性片触头或重修，针对其线路中的继电器接触情况、到位开关接触情况、线路连接情况相 应地进行线路故障排除。2）当仅出现某号刀不能定位时，则一般是由于该号刀位线断路所 至。故障现象三：刀架越位过冲或转不到位刀架越位过冲故障的机械原因可能性较大。主要 是后靠装置不起征作用。1）检查后靠定位销是否灵活，弹簧是否疲劳。此时应修复定位销 使其灵活或更换弹簧。2）检查后靠棘轮与蜗杆连接是否断开，若断开，需更换连接销。若 仍出现过冲现象则可能是由于刀具太长过重，应更换弹性模量稍大的定位销弹簧。3）出现 刀架运转不到位(有时中途位置突然停留)，主要是由于发讯盘触点与弹性片触点错位，即刀 位信号胶木盘位置固定偏移所至。此时，应重新调整发讯盘与弹性片触头位置并固定牢靠。 4）若仍不能排除故障，则可能是发讯盘夹紧螺母松动，造成位置移动。

结语

近年来，世界传统机床制造业强国正处于调整期。国内数控机床企业应抓住这一机遇， 从基本国情的角度出发，以国家的战略需求和国民经济的市场需求为导向，如注重机床的数 控改造以及功能部件的可靠性和专业化生产。并继续通过并购海外先进企业或合资经营等方 式，加强国际合作，善借“外脑”助创薪提升自身技术水平。经济型数控机床价格低适合我 国市场需要，是当前的主流产品。数控车床在工件一次装夹中实现多工序加工，以减少误差、 缩短时间， 而带有自动回转刀架。刀架要求具备很好的刚度和坚硬的强度、合理的结构等 使其能高精度重复定位。它通过驱动电路和控制系统实现其功能。自动回转刀架在数控车床 中占有极其重要的地位。在数控机床使用过程中，难免会出现各种故障，在日常故障中，我 们常见的是刀架类、主轴类、螺纹加工类、系统显示类、驱动类、通信类等故障。而刀架故 障在其中占有很大比例。维修数控机床结构和控制电路比较复杂。掌握一些数控设备维修技 术可以快速判断故障所在，缩短维修时间，以降低维修成本。

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数控机床自动回转刀架综述
数控机床自动回转刀架综述

摘要：数控机床是装备制造业的基础，振兴装备制造业首先要振兴数控机床业。一个国家 数控机床业的水平已经成为衡量该国制造业水平、工业现代化程度和国家综合竞争力的重要 标志，直接关系到国家经济建设和国防安全及战略地位。而数控车床为了能在工件的一次装 夹中完成工序加工，缩短辅助时间，减少多次装夹所引起的加工误差，必须带有自动回转刀 架。本文要对自动回转刀架的总体结构、主要的传动装置，以及以PLC 和单片机为控制系统 等方面进行分析。并对自动回转刀架的性能，要从实践中的故障分析去了解，并且要提出合 理的解决方法。

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关键字：数控车床 自动刀架 转塔刀架 控制电路

0 前言 中国数控机床工业是以利用国际技术资源开始的，在摒弃了以前作为消费者和加工中心 的被动形式下，现在已经发展到了国内企业在立足自主创新的同时开始涉及以利用国际资 源、增强国际竞争能力为主旨的国际投资。近十多年来，机床借助于微电子、计算机技术 的飞速发展，正向着高精度、多功能、高速化、高效率、复合加工功能、智能化等方向迈进， 明显地反映出时代的特征。自动回转刀架是数控车床的关键部件之它用来安装各种切削加工 刀具，直接影响数控车床的切削性能和工作效率。自动回转刀架是普遍采用的换刀方式，常 用方刀架和转塔式回转刀架

『陆』 加工中心机械手换刀的工作原理

下面是以在螺栓数控铣床的自动换刀装置中采用这种上机械手换刀的工作原理。

该机械手安装在主轴的左侧面，随同主轴箱一起运动。机械手由机械手臂与45°的斜壳体组成。机械手臂1形状对称。固定在回转轴4上，回转轴与主轴成45°角，安装在壳体3上，5为手臂托，可由气压缸带动（图中未标出），机械手有伸缩、回转、抓刀、松刀等动作。

伸缩动作：气压缸（图中未标出）带动手臂托架5沿主轴轴向移动。

回转动作：气压缸2中的齿条轮通过齿轮带动回转轴4转动。从而实现手臂正向和反向180°的旋转运动。

抓刀、松刀动作：机械手对刀具的夹紧和松开是通过气压缸6。碟形弹簧7及拉杆8、杠杆9、活动爪10来实现。碟形弹簧实现夹紧，气压缸实现松开。在活动爪中有两个销子11，当夹紧刀具时，插入刀柄凸缘的孔内，确保安全、可靠。

2)

机械手的自动换刀过程的动作顺序

（a） （b） （c） （d）

图4-6 换刀机械手的换刀过程

自动换刀装置的换刀过程由选刀和换刀两部分组成。

选刀即刀库按照选刀命令（或信息）自动将要用的刀具移动到换刀位置，完成选刀过程，为下面换刀做好准备，换刀即是机械手把主轴上用过的刀具取下，将选好的刀具安装在主轴之上。

换刀动作的大致过程为：

1)主轴箱回到最高处（z坐标零点），同时实现“主轴准停”。即主轴停止回转并准确停止在一个固定不变的角度方位上，保证主轴端面的键也在一个固定的方位，使刀柄上的键槽能恰好对正端面键。

2)机械手抓住主轴和刀库上的刀具。

3)把卡紧在主轴和发库上的刀具松开

4)活塞杆推动机械手下行，从主轴和刀库上取出刀具

5)机械手回转180°，交换刀具位置，

6)将更换后的刀具装入主轴和刀库

7)分别夹紧主轴和刀库上的刀具

8)机械手松开主轴和刀库上的刀具

9)当机械手松开具后，限位开关发出“换刀完毕”的信号，主轴自由，可以开始加工或其他程序动作。

『柒』 快速自动换刀技术都有哪些结构装置

除了在传统换刀装置的基础上提高动作速度外，还出现了一些新方法和新结构换刀装置。
（1）多主轴换刀
这种机床没有传统的刀库和换刀装置，而是采用多个主轴并排固定在主轴架上，一般为3～18个。每个主轴由各自的电动机直接驱动，并且每个主轴上安装了不同的刀具。换刀时不是主轴上的刀具交换，而是安装在夹具上的工件快速从一个主轴的加工位置移动到另一个装有不同刀具的主轴，实现换刀并立即加工。这个移动时间就是换刀时间，而且非常短。由夹具快速移动完成换刀，省去了复杂的换刀机构。这种结构的机床和通常的加工中心结构已大不相同。不仅可以用于需要快速换刀的加工，而且可以多轴同时加工，适合在高效率生产线上使用。
（2）双主轴换刀
加工中心有两个工作主轴，但不是同时用于切削加工。一个主轴用于加工，另一个主轴在此期间更换刀具。但需要换刀时，加工的主轴迅速退出，换好刀具的主轴立即进入加工。由于两个过程可以同时进行，换刀时间实际就是已经装好刀具的两个主轴的换位时间，使辅助时间减到最少，即机床切屑到切屑换刀时间达到最短。由于有两个主轴，这种机床的刀库和换刀机械手可以是一套，也可以是两套。两个主轴可以用1.0～1.5s的时间移动到加工位置并启动加速到加工的最大速度。具体的交换时间取决于机床的尺寸。
（3）刀库布置在主轴周围的转塔方式
这种方式，刀库本身就相当于机械手，即通过刀库拔插刀并采用顺序换刀，使机床切屑到切屑换刀时间较短。这种方式如果要实现任意换刀，则就随所选刀在刀库的位置不同而存在时间长短不等，最远的刀可能切屑到切屑换刀时间较长。因此，这种方式作为高速自动换刀装置只能采用顺序选刀的方式。
（4）多机械手方式
同样，刀库布置在主轴的周围，但采用每把刀有一个机械手的方式使换刀几乎没有时间的损失，并可以采用任意选刀的方式。
根据高速机床新的结构特点设计刀库和换刀装置的形式和位置。例如，传统的立式加工中心的刀库和换刀装置多装在立柱一侧：而高速加工中心则多为立柱移动的进给方式，为减轻运动件质量，刀库和换刀装置不宜再装在立柱上。
采用新方法进行刀具快速交换。不用刀库和机械手方式，而改用其它方式换刀。例如不用换刀，用换主轴的方法。
利用新开发的加工中心的主轴部件可作6自由度高速运动这一特点，让主轴直接参与换刀过程，不仅可使刀库配置位置灵活，而且可减少刀库运动的自由度，显著简化刀库和换刀装置的结构。
适合于高速加工中心的刀柄。HSK刀柄质量轻，拔插刀行程短，可以使自动换刀装置的速度提高。快速自动换刀装置采用HSK空心短锥柄刀是发展的趋势。

『捌』 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。

『玖』 立式加工中心自动方式抓不住刀，手动管用。是哪里故障

一般情况下是2种
1硬件有问题，三抓啊坏了等这个需要厂家过来人了。
2软件，系统出错或者认为参数改动了。需要厂家或者参照系统说明书进行修理。
一般3抓换刀流程是
1机床Z值回参考点,同时机床主轴转动接着定转！（每次都转到同一个位置上）
2下刀接着抓刀
3机床吐气然后3抓下移动。
4三抓转回
5装刀
6机床吸气锁住刀具。
如果机床定转位置不对可以参照说明书可以改动解决。