回转刀架
数控车床自动回转刀架机电系统设计
数控车床自动回转刀架机电系统设计数控车床自动回转刀架是一种经常用于车削加工中的设备，其主要作用是在切削过程中快速更换刀具。
为了实现自动化操作，我们可以设计一个机电系统来控制刀架的回转动作。
下面是一个关于数控车床自动回转刀架机电系统设计的概述，其中包括系统的组成、工作原理以及关键技术。
一、机电系统组成1.电机：用于驱动刀架的转动，一般采用步进电机或伺服电机；2.传动装置：将电机的旋转运动转化为刀架的回转运动；3.可编程控制器（PLC）：控制刀架的回转运动以及实现自动化操作；4.感应装置：用于检测刀架的位置，一般采用光电开关或接近开关；5.人机界面：用于人机交互的显示屏和按键。
二、工作原理1.工件加工：数控车床自动回转刀架机电系统安装在数控车床上，工作时根据加工工艺确定刀具的种类和数量，并将刀具安装在刀架上。
2.刀具选择：根据加工过程中所需的刀具类型，PLC通过人机界面接收到相关指令后，控制电机将刀架旋转至相应的刀具位置，光电开关或接近开关检测刀架是否到位。
3.切削过程：数控系统控制数控车床进行切削加工，当需要更换刀具时，PLC发送指令，电机带动刀架旋转至指定刀具位置，完成刀具的更换。
然后PLC再次发送指令，使数控车床继续进行切削加工。
4.刀具回收：加工结束后，刀架需要回到回收位置，等待下一次的切削操作。
三、关键技术1.传动装置设计：根据转速和转动力矩的要求，选择合适的传动方式（如齿轮传动、皮带传动等）来实现电机和刀架之间的动力传递及转动控制。
2.位置检测技术：光电开关或接近开关能够实现对刀架位置的准确检测，确保刀架到位后才能进行切削加工，提高工件加工的精度。
3.控制系统设计：PLC控制系统需要根据刀具种类和数量，编写相应的控制程序，实现自动化操作。
同时，可以根据需要增加串口或网络通信功能，方便与上位系统进行数据交互。
4.人机界面设计：人机界面需要简洁、直观、易用，使操作人员能够方便地进行刀具的选择和刀架的控制等操作。
DUPLOMATIC数控回转刀架故障分析及解决方法
以上 ４种情况任何一种发生 ， 都可使刀架在反转
锁紧 过程 中 ， 滚轮无 法 在 凸台上停 留 ， 造成 回转 刀架无
动力键 滚轮齿盘 缺 口 滚轮 台齿盘 弹簧
法锁紧。
２ ２ ２ 解 决方 法 ．．
图 １ 刀架结构
（） １ 锁紧信 号快 速调整 法
２ 刀架 故 障分 析 及 解 决 方 法
Ｔ ｅ ａ ａｙ ｉ ａ ｄ ｓ ｌｔ ｎ ｏ ｈ ｎ ｌ ｓ ｎ ｏ ｕ ｉ ｆＤＵＰＬ ＭＡＴＩ ＮＣ ｏ ａ ｙ ｃ ｔ ｒｂ ａ ｅ ｏ ｓ ｏ Ｏ Ｃ ｒ ｔ ｒ ｕｔ ｒ ｋ ｄ ｗｎ ｅ
ＳＨＡＮ ｈｕ ｉ Ｓ ｍｅ ① ＺＨＡＮＧ ｈ ａ ｇ Ｓｕｎ①
首先 ， 将锁 紧开关 固定 到某一 位 置 ， 然后 让刀架 向
里， 这种故障频繁发生 ， 我们意识到故障的根本原因还 没有 找到 。经过 查 阅图纸 ， 分析转 位 的过 程 ， 现滚 轮 发 齿 盘带动轴 及 凸 台齿 盘旋 转 到位 ， 定 位 销插 销 使 凸 粗 台齿 盘定位 时 ， 受到 的 冲击 最大 ， 所 而在定 位销 的上 下
Ａ ｓ ａｔ Ｂ ｓｄｏ ｅａ ａ ｓ ｆ Ｕ Ｌ ＭＡ Ｉ Ｃ ｒｔｒ ｃｔ ｒ ｒｋ ｄ ｗ ， ｅｅｐ ｕ ｄｔｅｐｉｃ ｌ ， ｄ ｓ ｂ ｔ ｃ ： ａｅ ｎｔ ｎ ｌ ｉ ｏ Ｐ Ｏ ＴＣ Ｎ ｏ ｙ ｕｔ ａｅ ｏ ｎ ｗ ｘ ｏ ｎ ｈ ｒ ｉ ｅ ａｊ ｔ ｒ ｈ ｙｓ Ｄ ａ ｅｂ ｎｐ ｕ
这 种情况 下 ， 们根 据刀架 转位 的原 理 ， 我 总结 出一套 快
速 调整 的方法 ：
轴连接的 ２ 个镙钉被剪断现象。这样缺 口处掉下的部 分 和断镙 钉卡 在刀架 中 ， 使其无 法转 动 。
刀库形式
刀库的形式根据其组成结构可分为回转刀架式、转塔式和带刀库式。
回转刀架自动换刀装置回转刀架自动换刀装置的刀架可设计为四方形、六角形或其他形式。
回转刀架在结构上必须有良好的强度和刚性，以及合理的定位结构，以保证回转刀架在每一次转位之后具有尽可能高的重复定位精度。
其工作循环是：刀架接收数控装置的指令——松开——转到指令要求的位置——夹紧——发出转位结束的信号。
自动转位刀架的结构如图7.12所示。
当自动转位刀架转位时，微电机通过齿轮、蜗轮蜗杆带动丝杠转动，使丝杠螺母连同方刀架一起上升，使端面齿盘脱离啮合，当螺母上升到一定高度时，与丝杠一起旋转的拨块，便通过碰销拨动方刀架转位，方刀架转过一定角度后，粗定位销插入斜面槽，粗定位开关发信号，停转，控制系统将该位置的编码与所需刀具编码加以比较，如相同，则选定此位，控制系统控制电机反转，由于斜面销的棘轮作用，方刀架只能下降而不能转动，使端面齿盘啮合。
当方刀架下降到底后，电机仍继续回转，使方刀架被压紧。
当压紧力到达预定值时，压力开关发出停机信号，整个过程结束。
图7.12 简易数控车床电机驱动自动转位刀架转塔式自动换刀装置转塔式自动换刀装置利用转塔的转位来更换主轴头以实现自动换刀。
主轴头通常有卧式和立式两种。
图7.13所示是数控镗铣床的转塔刀架。
转塔式换刀装置的主要优点是省去了自动松夹、卸刀装刀、夹紧以及刀具搬运等一系列复杂的操作，减少了换刀时间，提高了换刀的可靠性。
其缺点是主轴部件的刚性差且主轴的数目不可能太多。
图7.13 数控镗铣床的转塔刀架带刀库式自动换刀装置带刀库式自动换刀装置分为圆盘式刀库、链式刀库和箱型式刀库，如图7.14所示。
箱型式刀库包括箱型和线型两种。
图7.14 各种不同形式的刀库上一篇下一篇刀具的交换方式刀具的交换方式通常分为两种：由刀库与机床主轴的相对运动实现刀具交换即无机械手交换刀具和机械手交换刀具无机械手交换刀具方式结构简单，成本低，换刀的可靠性较高刀库因结构所限容量不多。
数控车床四工位自动回转刀架的工作原理
数控车床四工位自动回转刀架的工作原理引言：数控车床是一种高精度加工设备，广泛应用于机械加工行业。
四工位自动回转刀架是数控车床的重要组成部分，它能够实现在加工过程中刀具的自动更换，提高生产效率和加工精度。
本文将详细介绍数控车床四工位自动回转刀架的工作原理。
一、工作原理概述四工位自动回转刀架主要由刀架本体、伺服电机、刀杆、刀具等部分组成。
刀架本体安装在数控车床主轴箱上，通过伺服电机驱动刀杆进行回转。
刀杆上装有多个刀具，可在加工过程中根据加工要求自动更换刀具。
下面将详细介绍其工作原理。
二、刀架本体和伺服电机刀架本体是四工位自动回转刀架的核心部分，它通常由高强度铸铁材料制成，具有良好的刚性和稳定性。
伺服电机则用于驱动刀架的回转运动。
通过数控系统对伺服电机进行控制，可以实现刀架的精确定位和回转速度的调节。
三、刀杆和刀具刀杆是连接刀架本体和刀具的重要部分，通常由高强度合金钢制成。
刀杆上安装有多个刀具座，刀具座上则安装有不同类型的刀具。
刀具根据加工要求的不同，可以选择不同的刀具进行自动更换。
这样，数控车床在加工过程中可以根据需要灵活选择刀具，提高加工效率和精度。
四、工作原理详解1. 初始位置设定：在加工前，数控系统会根据加工程序设定初始位置，确定刀架的起始位置和工作方向。
2. 伺服电机驱动：根据加工要求，数控系统通过控制伺服电机的运动，使刀架进行回转。
回转的速度和方向可以通过数控系统进行调节。
3. 刀具选择：在加工过程中，数控系统会根据加工程序的要求，从刀具库中选择合适的刀具。
刀具库中存储了各种类型的刀具，根据加工要求可灵活选择。
4. 刀具更换：当需要更换刀具时，数控系统会通过控制伺服电机，使刀架停在合适的位置。
然后，利用机械装置将当前使用的刀具卸下，并安装新的刀具。
5. 加工过程：在刀具更换完成后，刀架会继续回转，数控车床进行加工作业。
在加工过程中，数控系统可以根据需要调整刀具的进给速度和切削深度，以实现不同形状和精度的加工要求。
数控车床自动回转刀架功能与用途
数控车床自动回转刀架功能与用途一、引言数控车床是一种高精度机床，广泛应用于各种机械加工行业。
数控车床的核心组件之一是自动回转刀架，它具有重要的功能和用途。
本文将详细介绍数控车床自动回转刀架的功能和用途。
二、数控车床自动回转刀架的功能1. 实现多工位切削数控车床自动回转刀架可以实现多工位切削，通过刀架的旋转，可以将多个刀具固定在不同的工位上，实现多种切削操作。
这种功能可以大大提高加工效率和生产能力。
2. 自动换刀自动回转刀架可以实现自动换刀功能，无需人工干预。
在加工过程中，当一把刀具完成任务后，刀架会自动旋转，将下一把刀具送入工作位置，实现快速换刀。
这样可以节省人力成本，提高生产效率。
3. 刀具补偿数控车床自动回转刀架可以进行刀具补偿。
在加工过程中，由于刀具磨损或其他原因，可能会导致加工精度下降。
通过刀具补偿功能，可以自动调整刀具的位置，保证加工精度的稳定性。
4. 实现多角度加工数控车床自动回转刀架可以实现多角度加工。
通过刀架的旋转，可以改变刀具与工件的相对位置，实现不同角度的切削。
这样可以满足复杂工件的加工需求，提高加工质量。
三、数控车床自动回转刀架的用途1. 批量生产数控车床自动回转刀架适用于批量生产。
在生产过程中，可以事先设置好刀具的切削路径和参数，然后通过自动回转刀架实现连续加工。
这样可以大大提高生产效率和产品一致性。
2. 复杂零件加工数控车床自动回转刀架适用于复杂零件的加工。
通过刀架的旋转和刀具的补偿，可以实现多工位、多角度的切削操作，满足复杂零件的加工要求。
这样可以提高加工精度和产品质量。
3. 精密加工数控车床自动回转刀架适用于精密加工。
由于自动回转刀架具有高精度、高稳定性的特点，可以保证加工过程中的精度和稳定性。
这样可以满足对精密零件的加工要求，提高产品质量。
4. 多种切削方式数控车床自动回转刀架适用于多种切削方式。
通过更换不同的刀具，可以实现不同的切削方式，如车削、铣削、攻丝等。
这样可以满足不同工件的加工需求，提高加工的灵活性和多样性。
自动回转刀架说明书最终版
数控车床自动回转刀架机电系统设计摘要数控车床的刀架是机床的重要组成部分。
随着数控车床的发展，数控刀架开始向快速换刀、电液组合驱动和伺服驱动方向发展。
电动刀架是数控车床重要的传统结构，合理地选配电动刀架，并正确实施控制，能够有效的提高劳动生产率，缩短生产准备时间，消除人为误差，提高加工精度与加工精度的一致性等等。
本设计主要是对立式四工位电动刀架机械传动部分的设计，对关键零部件进行了设计校核，并运用Auto CAD软件，做出了回转刀架装配图，对电动刀架有了更直观的了解。
关键词: 数控车床回转刀架结构设计 Auto CADCNC lathe automatic rotary turret Electro-Mechanical Systems DesignAbstractThe CNC lathe machine frame is the important component. Along with the development of CNC lathe, CNC turret began to rapid change,electro-hydraulic servo driver and combination development direction. Electric turret is an important tradition of CNC lathe, reasonable structure, and the correct selection electric turret control, can improve labor productivity and shorten the production preparation time, eliminate human error, the improvement of the machining accuracy and consistency of machining precision, etc. This design is mainly to the vertical 4 electric turret mechanical transmission parts design, the design of the key parts. and using Auto CAD software , rotary cutter made assembly, to have more intuitive electric turret .Keywords:CNC lathe rotary cutter structure design Auto CAD目录摘要 (1)Abstract (2)第一章绪论 (4)1.1国内发展情况 (4)1.2国外发展情况 (4)1.3结构组成与动作循环 (5)1.4技术性能和发展趋势 (5)1.5 数控车床背景意义 (7)1.6 数控车床自动回转刀架的概述 (7)1.7 研究的实际社会意义及应用效果 (8)第二章设计任务 (9)第三章总体结构设计 (9)3.1 减速传动机构设计 (9)3.2 上刀体锁紧与精定位机构的设计 (9)3.3 刀架抬起机构的设计 (9)第四章自动回转刀架的工作原理 (11)第五章主要传动部件的设计 (14)5.1 蜗杆副的设计计算 (14)5.2 螺杆的设计计算 (19)5.3 轴承的选用 (20)第六章电器控制部分的设计 (21)6.1硬件电路设计 (21)6.1.1 收信电路 (21)6.1.2 发信电路 (22)6.1.3 单片机8031控制系统 (24)6.1.4 I/O接口芯片及其扩展电路设计 (27)6.1.5 8255并行I/O接口芯片 (33)6.2 控制软件设计 (36)第七章总结 (39)致谢 (40)参考文献 (41)一绪论1.1. 国内发展情况我国的刀架生产还处在发展阶段，品种、规格、可靠性等方面还需要有一个完善的过程，远远没有达到成熟。
自动换刀装置的形式---回转刀架换刀
8.4.1 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8-17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。
图8-17 数控车床六角回转刀架1－活塞2－刀架体3、7－齿轮4－齿圈5－空套齿轮6－活塞8－齿条9－固定插销10、11－推杆12－触头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。
自动回转刀架的工作原理
自动回转刀架的工作原理自动回转刀架是一种能够实现自动刀具更换和定位的设备，广泛应用于数控机床等领域。
其工作原理主要包括控制系统、传动系统和回转机构。
控制系统是自动回转刀架工作的核心。
它由计算机数控系统控制，通过发出相应的指令来控制刀架的运动和刀具的更换。
控制系统接收来自数控系统的指令，将其转化为电信号，并通过接口板送到伺服控制器。
伺服控制器根据电信号的变化来控制刀架的运动。
控制系统通过广义线轨进行位置控制，能够实现刀架在各个位置的精确定位。
传动系统是自动回转刀架的重要组成部分，其主要通过电机、减速器和传动装置实现。
电机是传动系统的驱动源，能够通过输入电信号来带动整个系统的运动。
减速器将电机的高速旋转转化为刀架的低速运动，从而提供更稳定的力矩输出。
传动装置则将减速器的输出转化为刀架的运动，使刀架能够按照指定的路径和速度进行回转。
回转机构是实现刀架自动回转的关键部件。
它由电机、轴承和转盘组成。
电机通过电信号驱动转盘的转动，从而实现刀架的回转。
轴承则在转盘和支撑座之间提供支撑和转动的功能，保证刀架的稳定运行和精确定位。
回转机构通过起到回转作用，使刀架能够实现不同刀具之间的自动更换。
同时，它还能够通过改变电机的转速和方向来实现刀架的旋转运动。
自动回转刀架的工作原理是通过控制系统驱动传动系统和回转机构，实现刀架的自动定位和刀具的自动更换。
首先，控制系统接收来自数控系统的指令，计算出刀具的更换位置。
然后，传动系统根据控制信号驱动电机和减速器，将刀架带到相应的位置。
最后，回转机构通过转盘驱动刀架实现刀具的旋转更换，完成刀具更换的动作。
除了刀具更换，自动回转刀架还能够实现刀架的自动定位。
在加工过程中，控制系统可以根据程序要求实时改变刀架的位置，使刀具能够按照顺序完成加工操作。
这种自动定位功能可以大大提高加工效率和精度。
总之，自动回转刀架通过控制系统、传动系统和回转机构的协同作用，实现刀架的自动定位和刀具的自动更换。
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1.3. 结构组成与动作循环
典型的数控转塔刀架一般有动力源（电极或油缸，液压马达）、机械传动机构、预分度机构、定位机构、锁紧机构、检测装置、接口电路、刀具安装台（刀盘）、动力刀座等组成。
数控转塔刀架的动作循环为：
T指令（换刀指令）→刀盘放松（抬起）→转位→刀位检测→预分度→精确定位→刀具锁紧→结束，答复信号。
1.4. 技术性能与发展趋势
数控转塔刀架的技术发展很快，现正逐步形成标准定型产品。
我国数控转塔刀架标准草案中所规定的主要技术性能如下：
1.4.1. 精度
定位精度要求高，一般要求工位目标位置重复定位精度在4"10"
—，刀槽的工作位置定位精度在0.03-0.05mm。
各种形位公差为0.020.03mm
-。
因此定位机构均采用精密多齿盘。
先进工艺用浮硬齿面对研,重复定位精度可高达"1另外,刀盘加工趋向用淬火硬磨削,以获得刀槽精度的长期保持性及高的刚度。
1.4.
2. 运转性能
主要是转位时间和转位频率。
先进水平一次转位周期0.3—ls,最快己达0.lS。
分度频率为600—1000次/h 。
双向转位就近换刀(最短路程换刀)的结构正在开发应用,如双向滚子端面凸轮机构 , 可显著缩短换到周期。
为了克服刀盘高速转位引起的惯性冲击,使用恰当的缓冲元件是其发展趋势。
1.4.3. 润滑与密封
目前趋向于开发能终生润滑的产品,即在使用全过程中,不需要用户再采取任何润滑措施。
因工作环境恶劣,对密封性能要求很高,通常规定在刀架体内棋道压力105pa气路 ,浸入装有防锈液的试验箱内,在规定时间内,不得有漏气现象。
1.4.4. 负载能力与刚度
数控转塔刀架的负载能力与刚度,除了与有关零件的尺寸、形状、结构等有关外 , 受刀盘锁紧力影响也很大。
一般小型产品锁紧力为3
610N
⨯
10N左右,高性能产品可达4
以上。
对数控转塔刀架的静刚度目前尚无规范要求,有的企业标准已经提出测详见定, 但缺乏数据指示。
对动刚度,动态性能,在生产实践中反映出其影响明显,但也无可靠数据指示提出,这些方面是今后研究开发中的重要方向。
1.4.5 可靠性方面
可靠性是产品性能的综合反映。
对转塔刀架目前一般要求平均无故障时间(MTBF)为4
⨯次以上,国内产品在设方面亟待提高。
210N
510N
⨯次,高级的已经达到4
1.5 现代典型数控转塔刀架的结构分析
1.5.1. 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。
近年已开发出将液压马达和滚珠式预分度机构合为一体的液压分度马达(Index Motor) 。
可使刀架简化,重复定位精度可达"
±。
刀盘加速时间仅为0.1S,有较好的应
0.1
用前景。
1.5.
2. 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。
1.5.3. 电动势
这类刀架以电机为动力源,使用方便,应用最多。
主要形式有以下几种：（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。
此形式结构紧凑,但锁紧力靠机构的弹性变形产生,调整较难,主轴刚度不宜大,适用于低速低载,如仪表及床上使用。
（2）双插销反靠式。