Ⅰ 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。
Ⅱ 加工中心自动换刀装置的组成部分是什么
加工中心有是由基础的数控铣床发展而来，它综合了数控铣床的所有的特点和功能，与数控铣床不同的是加工中心拥有自动换刀装置，能实现在加工时自动换刀功能。而数控铣床则没有自动换刀装置，不能实现自动换刀功能，这就是数控铣床与加工中心的区别所在。
加工中心自动换刀装置的组成：
加工中心的自动换刀装置是由刀库、机械手臂和驱动机构等部件组成，刀库是存放着加工时所需要的刀具。刀库的类型有很多，主要是根据形状来分类有斗笠式刀库、圆盘式刀库和链条式刀库等多种类型的刀库，这些刀库的容量几把到几百把刀具。在市场上常见加工中心使用的刀库有斗笠式刀库和圆盘式刀库这两种，而链条式刀库由于价格昂贵所以没有什么厂家使用。
加工中心的换刀方式：
1、斗笠式刀库的换刀方式：
斗笠式刀库的换刀方式比较简单，这类刀库没有机械手臂，所以不需要使用机械手臂来完成换刀。其刀库的换刀方式是这样的：刀库向主轴移动来实现换刀。此类具有性价比高、维护方便、结构简单等优点，而缺点就是换刀速度慢。
2、圆盘式刀库的换刀方式：
圆盘式刀库的换刀方式比较复杂，主要是由机械手臂来完成换刀动作，由机械手从刀库取出刀具180°旋转装入主轴中完成换刀。此类刀库具有换刀速度快的优点，其缺点就是结构复杂，维修不便，而且故障率高。
尽管这些刀库的换刀方式、选刀方式、刀具结构等各不相同，但都是由数控系统来控制的，由电机、气压或者液压和机械手来实现刀具的选择与交换。
Ⅲ 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。
Ⅳ 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。
Ⅳ 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
Ⅵ 快速自动换刀技术有什么主要内容
快速自动换刀技术是以减少辅助加工时间为主要目的，综合考虑机床的各方面因素，在尽可能短的时间内完成刀具交换的技术方法。该技术包括刀库的设置、换刀方式、换刀执行机构和适应高速机床的结构特点等。
快速自动换刀技术的主要内容：
（1）换刀速度指标
衡量换刀速度的方法主要有三种：①刀到刀换刀时间：②切削到切削换刀时间：③切屑到切屑换刀时间。由于切屑到切屑换刀时间基本上就是加工中心两次切削之间的时间，反映了加工中心换刀所占用的辅助时间，因此切屑到切屑换刀时间应是衡量加工中心效率高低的最直接指标。而刀到刀换刀时间则主要反映自动换刀装置本身性能的好坏，更适合作为机床自动换刀装置的性能指标。这两种方法通常用来评价换刀速度。至于换刀时间多少才是高速机床的快速自动换刀装置并没有确定的指标，在技术条件可能的情况下，应尽可能提高换刀速度。
（2）提高换刀速度的基本原则
加工中心自动刀具交换的基本出发点是在多种刀具参与的加工过程中，通过自动换刀，减少辅助加工时间。在高速加工中心上，由于切削速度的大幅度提高，自动换刀装置和刀库的配置要考虑尽可能缩短换刀时间，从而和高速切削的机床相配合。
加工中心的换刀装置通常由刀库和刀具交换机构组成，常用的有机械手式和无机械手式等方式。刀库的形式和摆放位置也不一样。为了适合高速运动的需要，高速加工中心在结构上已和传统的加工中心不同，以刀具运动进给为主，减小运动件的质量已成为高速加工中心设计的主流。因此，设计换刀装置时，要充分考虑到高速机床的新结构特征。
在设置高速加工中心上的换刀装置时，时间并不是唯一的考虑因素。首先，应在换刀动作准确、可靠的基础上提高换刀速度。特别是ATC是加工中心功能部件中故障率相对比较高的部分，这一点尤其重要：其次，要根据应用对象和性能价格比选配ATC。在换刀时间对生产过程影响大的应用场合，要尽可能提高换刀速度。例如，在汽车等生产线上，换刀时间和换刀次数要计入零件生产节拍。而在另外一些地方，如模具型腔加工，换刀速度的选择就可以放宽一些。
Ⅶ 加工中心对结构都有哪些要求
加工中心有各种类型，虽然外形结构各异，但总体上是由以下几大部分组成。
1、基础部件：由床身、立柱和工作台等大件组成，它们是加工中心结构中的基础部件。这些大件有铸铁件，也有焊接的钢结构件，它们要承受加工中心的静载荷以及在加工时的切削负载，因此必须具备更高的静动刚度，也是加工中心中质量和体积最大的部件。
2、主轴部件：由主轴箱、主袖电动机、主轴和主轴轴承等零件组成。主轴的启动、停止等动作和转速均由数控系统控制，并通过装在主轴上的刀具进行切削。主轴部件是切削加工的功率输出部件，是加工中心的关键部件，其结构的好坏，对加工中心的性能有很大的影响。
3、数控系统：由CNC装置、可编程序控制器、伺眼驱动装置以及电动机等部分组成。是加工中心执行顺序控制动作和控制加工过程的中心。
4、自动换刀装置（ATC）：加工中心与一般数控机床的显著区别是具有对零件进行多工序加工的能力，有一套自动换刀装置。
加工中心对结构的要求：
1、具备更高的静动刚度
加工中心价格昂贵，其加工费用比传统机床要高得多，这就要求必须采取措施大幅度地压缩单件加工时间。压缩单件加工时间包括两个方面：一方面是新型刀具材料的发展，使切削速度成倍地提高，大大缩短了切削时间；另一方面，采用自动换刀系统，加快装夹变换等操作，这又大大减少了辅助时间。这些措施大幅度地提高了生产率，获得了好的经济效益，然而，也明显地增加了机床的负载及运转时间。另外，机床床身、导轨、工作台、刀架和主轴箱等部件的结构刚度将影响它们本身的几何精度及因变形所产生的误差．所有这些因素都要求数控机床具有更高的静刚度。
切削过程中的振动不仅直接影响零件的加工精度和表面质量，还会降低刀具寿命，影响生产率。而加工中心又是连续作业，不可能在加工中作人为调整（如改变切削用量或改变刀具的几何角度）来消除或减少振动，因此，还必须提高加工中心的动刚度。
在设计加工中心结构时，考虑到这些因素，其基础大件通常采用封闭箱形结构，合理布局且加强筋板以及加强各部件的接触刚度，有效地提高机床的静刚度。另外，调整构件的质量可改变系统的自振频率，增加阻尼可改善机床的阻尼特性，是提高机床动刚度的有效措施。
2、更小的热变形
加工中心在加工中受切削热、摩擦热等内外热源的影响，各部件将发生不同程度的热变形，这将影响工件的加工精度。由于加工中心的主轴转速、进给速度及切削量等都大于传统机床，而且工艺过程自动化，常常是连续加工，因而产生的热量也多于传统机床，这就要求必须采取措施减少热变形对加工精度的影响。主要措施有：对发热源采取有效的液冷、风冷等方法来控制温升；改善机床结构，使构件的热变形发生在非误差敏感方向上。例如卧式加工中心的立柱采用框式双立柱结构，左右对称；热变形对主轴轴线产生垂直方向的平移，它可以由坐标修正量进行补偿，减少发热，尽可能将热源从主机中分离出去。
3、运动件间的摩擦小，并消除传动系统间隙
加工中心工作台的位移，以脉冲当量作为它的最小单位，在对刀、工件找正等情况下，工作台常以极低的速度运动。这就要求工作台能对数控装置发出的指令作出准确响应，它与运动件的摩擦特性有关。加工中心采用滚动导轨和静压导轨，滚动导轨和加压导轨的静摩擦力较小，并且在润滑油的作用下，它们的摩擦力随运动速度的提高而加大，这就有效地避免了低速爬行现象，从而使加工中心的运动平稳性和定位精度都有所提高。进给系统中采用滚珠丝杠代替滑动丝杠，也是基于同样的道理。另外，采用脉冲补偿装置进行螺距补偿，消除了进给传动系统的间隙；有的机床采用无间隙传动副。
4、寿命高、精度保持性好
良好的润滑系统保证了加工中心的寿命，导轨、进给丝杠及主轴部件都采用新型的耐磨材料．使加工中心在长期使用过程中能够保持良好的精度。
5、宜人性
加工中心采用多主轴、多刀架及自动换刀装置，一次装卡完成各工序的加工，节省了大量装卡换刀时间。由于不需要人工操作，故采用了封闭或半封闭式加工，使人机界面明快、干净、协调。机床各部分的互镇能力强，可防止事故发生，改善了操作者的观察、操作和维护条件，并设有紧急停车装置，以避免发生意外事故．所有操作都集中在一个操作面板上，一目了然，减少了误操作。