A. 数控车床加装数控刀架有什么作用
数控车床加装数控刀架作用：
很多客户在购买数控车床后都需要在上面加装一个辅助装置--数控刀架，数控刀架它可使数控车床在工件一次装夹中完成多种甚至所有的加工工序，以缩短加工的辅助时间，减少加工过程中由于多次安装工件而引起的误差，从而提高机床的加工效率和加工精度。分为排式刀架，回转刀架和带刀库的自动换刀装置！又分为通用刀架和专用刀架！
数控刀架有什么作用呢？数控机床上的刀架是安放刀具的重要部件，许多刀架还直接参与切削工作，如卧式车床上的四方刀架，转塔车床的转塔刀架，回轮式转塔车床的回轮刀架，自动车床的转塔刀架和天平刀架等。这些刀架既安放刀具，而且还直接参与切削，承受极大的切削力作用，所以它往往成为工艺系统中的较薄弱环节。随着自动化技术的发展，机床的刀架也有了许多变化，特别是数控车床上采用电(液)换位的自动刀架，有的还使用两个回转刀盘。加工中心则进一步采用了刀库和换刀机械手，定现了大容量存储刀具和自动交换刀具的功能，这种刀库安放刀具的数量从几十把到上百把，自动交换刀具的时间从十几秒减少到几秒甚至零点几秒。因此，刀架的性能和结构往往直接影响到机床的切削性能、切削效率和体现了机床的设计和制造技术水平。数控车床刀架原理图
B. 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。
C. 刀库的发展趋势
德杰刀库目前，世界先进制造技术不断兴起，超高速切削、超精密加工等技术的应
用，柔性制造系统的迅速发展和计算机集成系统的不断成熟，对数控加工技术提
出了更高的要求。当今数控机床正在朝着以下几个方向发展：
1．德杰刀库高速度、高精度化。速度和精度是数控机床的两个重要指标，它直接关
系到加工效率和产品质量。目前，数控系统采用位数、频率更高的处理器，以提
高系统的基本运算速度。同时，采用超大规模的集成电路和多微处理器结构，以
提高系统的数据处理能力，即提高插补运算的速度和精度，并采用直线电动机直
接驱动机床工作台的直线伺服进给方式，其高速度和动态响应特性相当优越。采
用前馈控制技术，使追踪滞后误差大大减小，从而改善拐角切削的加工精度。
为适应超高速加工的要求，数控机床采用主轴电动机与机床主轴合二为一的
结构形式，实现了变频电动机与机床主轴一体化，主轴电机的轴承采用磁浮轴
承、液体动静压轴承或陶瓷滚动轴承等形式。目前，陶瓷刀具和金刚石涂层刀具
已开始得到应用。
2．德杰刀库多功能化。配有自动换刀机构（德杰刀库容量可达100把以上）的各类加
工中心，能在同一台机床上同时实现铣削、镗削、钻削、车削、铰孔、扩孔、攻
螺纹等多种工序加工，现代数控机床还采用了多主轴、多面体切削，即同时对一
个零件的不同部位进行不同方式的切削加工。数控系统由于采用了多CPU结构
和分级中断控制方式，即可在一台机床上同时进行零件加工和程序编制，实现所
谓的“前台加工，后台编辑”。为了适应柔性制造系统和计算机集成系统的要
求，数控系统具有远距离串行接口，甚至可以联网，实现数控机床之间的数据通
信，也可以直接对多台数控机床进行控制。
3．智能化。现代数控机床将引进自适应控制技术，根据切削条件的变化，
自动调节工作参数，使加工过程中能保持最佳工作状态，从而得到较高的加工精
度和较小的表面粗糙度，同时也能提高刀具的使用寿命和设备的生产效率。具有
自诊断、自修复功能，在整个工作状态中，系统随时对CNC系统本身以及与其
相连的各种设备进行自诊断、检查。一旦出现故障时，立即采用停机等措施，并
进行故障报警，提示发生故障的部位、原因等。还可以自动使故障模块脱机，而
接通备用模块，以确保无人化工作环境的要求。为实现更高的故障诊断要求，其
发展趋势是采用人工智能专家诊断系统。
4．数控编程自动化。随着计算机应用技术的发展，目前CAD／CAM图
形交互式自动编程已得到较多的应用，是数控技术发展的新趋势。它是利用CA
D绘制的零件加工图样，再经计算机内的刀具轨迹数据进行计算和后置处理，从
而自动生成NC零件加工程序，以实现CAD与CAM的集成。随着CIMS技
术的发展，当前又出现了CAD／CAPP／CAM集成的全自动编程方式，它
与CAD／CAM系统编程的最大区别是其编程所需的加工工艺参数不必由人工
参与，直接从系统内的CAPP数据库获得。
5．可靠性最大化。数控机床的可靠性一直是用户最关心的主要指标。数控
系统将采用更高集成度的电路芯片，利用大规模或超大规模的专用及混合式集成
电路，以减少元器件的数量，来提高可靠性。通过硬件功能软件化，以适应各种
控制功能的要求，同时采用硬件结构机床本体的模块化、标准化和通用化及系列
化，使得既提高硬件生产批量，又便于组织生产和质量把关。还通过自动运行启
动诊断、在线诊断、离线诊断等多种诊断程序，实现对系统内硬件、软件和各种
外部设备进行故障诊断和报警。利用报警提示，及时排除故障；利用容错技术，
对重要部件采用“冗余”设计，以实现故障自恢复；利用各种测试、监控技术，
当生产超程、刀损、干扰、断电等各种意外时，自动进行相应的保护。
6．控制系统小型化。数控系统小型化便于将机、电装置结合为一体。目前
主要采用超大规模集成元件、多层印刷电路板，采用三维安装方法，使电子元器
件得以高密度安装，较大规模缩小系统的占有空间。而利用新型的彩色液晶薄型
显示器替代传统的阴极射线管，将使数控操作系统进一步小型化。这样可以方便
地将它安装在机床设备上，更便于对数控机床的操作使用。
D. 主轴与刀库合为一体的自动换刀装置(转塔头式换刀装置)的用途
1．自动回转刀架
自动回转刀架是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。
E. 1.弧面分度凸轮的分度功能在加工中心刀库换刀机构中是怎么实现的
弧面分度凸轮在加工中心刀库换刀机构中的实现方式是：将弧面分度凸轮固定在刀库的凸轮轴上，通过刀库换刀时机械手和气动或液压装置等控制凸轮在合适的位置旋转一定角度，使得换刀机构能够精准地将所需的刀具从刀库中取出并安装到主轴上。
影响分度运动的曲面有以下几个：
凸轮的基础圆形曲面
凸轮的分度沟槽曲面
滚子的接触曲线
这些曲面的形状、大小和相对位置都会影响分度运动的精度和稳定性。
展成法加工是一种在数控加工中用来加工弯曲、自由曲面的方法。其步骤如下：
根据设计要求，绘制出待加工曲面的二维截面图，并确定标准尺寸和坐标系。
将二维截面图进行展开，生成展成图。
在展成图上绘制出加工路径和切削线，确定加工方向和角度。
根据展成图上的加工路径和切削线，编写数控加工程序。
在数控加工中心上进行加工，通过自动化的运动控制系统按照设定的路径和角度精确地切削加工出所需的三维曲面。
该方法适用于复杂形状的弯曲曲面，具有高精度、高效率、高灵活性等优点。
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