基于单片机的数控车床4刀位刀架的自动换刀装置的设计
数控机床的自动换刀装置设计
第六章数控机床的自动换刀装置第一节自动换刀装置的形式数控机床为了能在工件一次装夹中完成多种甚至所有加工工序，以缩短辅助时间和减少多次安装工件所引起的误差，必须带有自动换刀装置。
数控车床上的回转刀架就是一种简单的自动换刀装置，所不同的是在多工序数控机床出现之后，逐步发展和完善了各类回转刀具的自动换刀装置，扩大了换刀数量，从而能实现更为复杂的换刀操作。
在自动换刀数控机床上，对自动换刀装置的基本要求是：换刀时间短，刀具重复定位精度高，有足够的刀具存储量，刀库占地面积小及安全可靠等。
各类数控机床的自动换刀装置的结构取决于机床的形式、工艺范围及其刀具的种类和数量。
其基本类型有以下几种。
一、转刀架换刀回转刀架是一种最简单的自动换刀装置，常用于数控车床。
可以设计成四方刀架、六角刀架或圆盘式轴向装刀刀架等多种形式。
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。
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，对于数控车床来说，加工过程中刀具位置不进行人工调整，因此更有必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，具有尽可能高的重复定位精度（一般为0.001～0.005mm）。
一般情况下，回转刀架的换刀动作包括刀架抬起、刀架转位及刀架压紧141等。
回转刀架按其工作原理分为若干类型，如图6-1所示。
图6-1a)所示为螺母升降转位刀架，电动机经弹簧安全离合器到蜗轮副带动螺母旋转，螺母举起刀架使上齿盘与下齿盘分离，随即带动刀架旋转到位，然后给系统发信号螺母反转锁紧。
转位刀架刀架内装信号盘上齿盘销钉端齿盘定位开电动机合下齿盘销钉n螺母弹簧安全离合器蜗轮副(a)(b)刀架凸轮凸轮拔爪棘爪上齿盘下齿盘电动机液压缸棘轮摆动阀芯(c)(e)(d)回转刀架的类型及其工作原理图6-1图6-1b)所示为利用十字槽轮来转位及锁紧刀架（还要加定位销），销钉每转一周，刀架便转1/4转（也可设计成六工位等）。
数控车床核心部件：液压转位换刀的立式4工位刀塔结构设计
数控车床核心部件：液压转位换刀的立式4工位刀塔结构设计简介液压刀塔是数控车床的自动换刀装置。
立式液压刀塔有壳体，壳体内有圆柱形腔体，腔体内有上段伸出壳体的刀盘轴，壳体内、刀盘轴的外圆周有圆环形液压缸，圆环形液压缸有进液口和出液口，圆环形液压缸内有定位连在刀盘轴上的圆环形活塞，刀盘轴的前段依次连有活动端齿盘和刀盘，壳体的前端有可与活动端齿盘相啮合的固定端齿盘，刀盘轴的后端连有刀盘轴的旋转驱动装置。
数控车床在使用时，在刀盘上固定有不同加工步骤所需的多个刀具，活动端齿盘与固定端齿盘处于啮合状态，刀盘固定不动，刀盘上的一个刀具准确地固定在工作位置。
数控车床在使用过程中需要换刀具时，先用立式液压刀塔的环形液压缸推动刀盘轴上的环形活塞沿轴向向前运动，驱动刀盘轴和刀盘沿轴向向前运动，使刀盘上的活动端齿盘脱离与固定端齿盘的啮合，然后用刀盘轴的旋转驱动装置驱动刀盘轴旋转，让下一加工步骤所用的新刀具较为准确地转到工作位置，再用环形液压缸推动刀盘轴上的环形活塞沿轴向向后运动，让刀盘上的活动端齿盘与固定端齿盘恢复啮合，压紧端齿盘，刀盘固定不动，让下一加工步骤所用的新刀具精准地固定在工作位置。
为了驱动刀盘轴旋转，现有技术中，刀盘轴的旋转驱动装置有液压旋转驱动装置和电动旋转驱动装置，液压旋转驱动装置有液压马达，液压马达驱动的速度不是很快，把下一加工步骤所用的新刀较转到工作位置也不是很准确，生产准备时间较长，劳动生产率不是很高；伺服电机驱动刀盘轴旋转的电动旋转驱动装置，电动旋转驱动装置转位快、精度高，但电动旋转驱动装置结构复杂、造价较高，电动机外露在立式液压刀塔的侧面，不仅使立式液压刀塔的体积大，使用时数控车床内的润滑冷却液也容易喷溅到电动机上，时间长了会污损电动机，不适于在只需要四工位的数控车床用刀塔。
液压转位换刀的立式4工位刀塔结构设计壳体 1，壳体内有圆柱形腔体 2，圆柱形腔体内有前段伸出壳体的刀盘轴3，壳体内圆柱形腔体的中段、刀盘轴的外圆周有圆环形液压缸 4，圆环形液压缸内有定位连在刀盘轴上的圆环形活塞 5，刀盘轴的前段依次连有活动端齿盘 6 和刀盘 7，壳体的前端有与活动端齿盘相啮合的固定端齿盘8，刀盘轴的后段连有双缸刀盘轴旋转驱动装置，双缸刀盘轴旋转驱动装置有在壳体内圆柱形腔体后段的鼓形柱转套 9，鼓形柱转套与壳体之间有轴承 10，鼓形柱转套的内圆孔有内齿 11，刀盘轴的后段插入鼓形柱转套的内圆孔里，刀盘轴插入鼓形柱转套的内圆孔里的后段有与鼓形柱转套的内齿相啮合的外齿 12，壳体内、圆柱形腔体的侧面有进出口相串连的第一液压缸 13 和第二液压缸 14，第一液压缸和第二液压缸的轴线互相垂直，第一液压缸和第二液压缸的轴线所在平面与刀盘轴的轴线相垂直，第一液压缸和第二液压缸的轴线与鼓形柱转套轴线之间的距离大于鼓形柱转套内接圆柱面的半径、小于鼓形柱转套外圆柱面的半径，上述液压缸的活塞杆15 前端、靠近鼓形柱转套轴线一侧、有与活塞杆的轴线交角 a 是 10 度 ~20 度的斜面 16。
数控车床四工位刀架设计
即校验下式是否成立：
式中 ........涡轮齿根弯曲应力，单位为Mpa;
..........涡轮齿形系数；
.........螺旋角影响系数
.........涡轮的许用弯曲应力，单位为MPa
由蜗杆头数Z1=1，传动比i=48,可以算出涡轮齿数
则涡轮的当量齿数：
根据涡轮变位系数x2=1和当量齿数ZV2=48.46,得齿形系数 =1.95
2.
GB/T10085----1988推荐采用渐开线蜗杆（Z1蜗杆）和锥面包络蜗杆（ZK蜗杆）。本设计采用结构简单，制造方便的渐开线型圆柱蜗杆(Z1型)。
2.
刀架中的蜗杆副传递的功率不大，但蜗杆转速较高，因此蜗杆的材料选择45钢，其螺旋齿面要求淬火，硬度为45~55HRC，以提高表面耐磨性；涡轮的转速较低，其材料主要考虑耐磨性，选用铸锡磷青铜ZcuSn10P1,采用金属模铸造。
“现代设计与制造综合实践”报告
题目：数控车床设计
学院：机械与电子控制工程
专业：机械工程及其自动化
学生姓名：
学号：
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报告与答辩成绩：
最终成绩：
指导教师：
年月日
摘要
数控车床集计算机技术，电子技术，自动控制技术，传感测量，机械制造，是典型的机电一体化产品。它的发展和应用开创了制造业的新时代，改变了制造业的生产方式，产业结构，管理方式，使世界制造业的格局发生了巨大的变化。本文较为详细的介绍了对车床重要组成部分的设计和它们的结构和工作原理，通过查阅各种资料对这些部分进行结构设计，工艺设计，软件模拟仿真等，让我们对数控车床的了解得到很大提高，同时也熟练掌握了很多专业软件。
按齿面接触疲劳强度进行设计
刀架中的蜗杆副采用闭式传动，多因齿面胶合或点蚀而失效。因此，在进行承载能力计算时，先按齿面接触疲劳强度进行设计，再按齿根弯曲疲劳强度进行校核。
数控车床自动换刀装置的设计
机械工程学院专业课程设计说明书机械工程学院专业课课程设计说明书设计题目：数控车床自动换刀装置的设计专业：专业设计制造班级：姓名：学号指导教师：2012年12 月30 日目录第1章数控机床的产生 (5)第2章数控机床的发展 (6)2.1 数控系统的发展 (6)2.2 机床的发展趋势 (6)第3章绪论3.1 概述 (8)3.1.1 四刀位数控车床,换刀的故障现象 (8)3.1.2 六刀位数控车床换刀的故障现象 (8)3.2 稳压电源故障 (8)3.3 系统程序锁故障 (9)3.4 结束语 (9)第4章诊断4.1数控机床的故障诊断技术 (9)4.1.1数控系统自诊断 (9)4.1.2在线诊断和离线 (10)4.2数控机床故障的实用诊断方法诊断 (10)4.2.1诊断常用的仪器、仪表及工具万用表-可测电阻、交、直流电压、电流 (11)4.2.2诊断技术资料 (11)4.2.3故障处理 (11)4.2.4数控系统故障诊断方法 (11)4.2.5故障诊断应遵循的原则 (11)4.3数控机床故障的类型与特点 (12)第5章维护5.1主传动链的维护 (13)5.2刀库及换刀装置的维护 (13)5.3液压系统的维护 (14)参考文献 (14)第1章数控机床的产生在机械制造工业中并不是所有的产品零件都具有很大的批量，单件与小批量生产的零件（批量在10～100件）约占机械加工总量的80%以上。
尤其是在造船、航天、航空、机床、重型机械以及国防工业更是如此。
为了满足多品种，小批量的自动化生产，迫切需要一种灵活的，通用的，能够适用产品频繁变化的柔性自动化机床。
数控机床就是在这样的背景下诞生与发展起来的。
它为单件、小批量生产的精密复杂零件提供了自动化的加工手段。
根据国家标准ＧＢ／Ｔ８１２９－１９９７，对机床数字控制的定义：用数字控制的装置（简称数控装置），在运行过程中，不断地引入数字数据，从而对某一生产过程实现自动控制，叫数字控制，简称数控。
数控机床的自动换刀装置设计
第六章数控机床的自动换刀装置第一节自动换刀装置的形式数控机床为了能在工件一次装夹中完成多种甚至所有加工工序，以缩短辅助时间和减少多次安装工件所引起的误差，必须带有自动换刀装置。
数控车床上的回转刀架就是一种简单的自动换刀装置，所不同的是在多工序数控机床出现之后，逐步发展和完善了各类回转刀具的自动换刀装置，扩大了换刀数量，从而能实现更为复杂的换刀操作。
在自动换刀数控机床上，对自动换刀装置的基本要求是：换刀时间短，刀具重复定位精度高，有足够的刀具存储量，刀库占地面积小及安全可靠等。
各类数控机床的自动换刀装置的结构取决于机床的形式、工艺范围及其刀具的种类和数量。
其基本类型有以下几种。
一、转刀架换刀回转刀架是一种最简单的自动换刀装置，常用于数控车床。
可以设计成四方刀架、六角刀架或圆盘式轴向装刀刀架等多种形式。
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。
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，对于数控车床来说，加工过程中刀具位置不进行人工调整，因此更有必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，具有尽可能高的重复定位精度（一般为0.001～0.005mm）。
一般情况下，回转刀架的换刀动作包括刀架抬起、刀架转位及刀架压紧等。
回转刀架按其工作原理分为若干类型，如图6-1所示。
图6-1a)所示为螺母升降转位刀架，电动机经弹簧安全离合器到蜗轮副带动螺母旋转，螺母举起刀架使上齿盘与下齿盘分离，随即带动刀架旋转到位，然后给系统发信号螺母反转锁紧。
图6-1 回转刀架的类型及其工作原理图6-1b)所示为利用十字槽轮来转位及锁紧刀架（还要加定位销），销钉每转一周，刀架便转1/4转（也可设计成六工位等）。
图6-1c)所示为凸台棘爪式刀架，蜗轮带动下凸轮台相对于上凸轮台转动，使其上、下端齿盘分离，继续旋转，则棘轮机构推动刀架转90º，然后利用一个接触开关或霍尔元件发出电动机反转信号，重新锁紧刀架。
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。
-基于单片机的车床刀架控制系统(MCS-51)的设计详解
成都工业学院成教院毕业设计（论文）论文题目：基于单片机的车床刀架控制系统(MCS-51) 的设计教学点：重庆学院指导老师：职称：讲师学生姓名：### 学号:专业：机电一体化技术成都工业学院成教院制二〇一四年三月二十一日成都工业学院成教院毕业设计（论文）任务书题目：基于单片机的车床刀架控制系统(MCS-51) 的设计任务与要求：以MCS-51系列8031单片机为控制核心的总体改造设计方案模型； ,微机数控系统硬件组成与软件设计及工作流程；实现并增强其自动化加工、稳定质量、提高工效和适用性。
时间： 2013年 11月 28 日至 2014 年 4 月 17 日共 20 周教学点：重庆科创职业学院学生姓名：学号：专业: 机电一体化技术指导单位或教研室：重庆学院指导教师：职称：讲师成都工业学院成教院制毕业设计(论文)进度计划表日期工作内容执行情况指导教师签字2013.11.28-2013.12.20查找资料，选题2013.12.22-2014.1.31完成论文的初稿2014.2.1-2014.3.15完成论文二稿的写作2014.3.16-2014.4.5完成论文的终稿及格式修改2014.4.6-2014.4.20 定稿，打印论文，做好评阅的准备2014.4.21-2014.4.25论文评阅教师对进度计划实施情况总评签名年月日本表作评定学生平时成绩的依据之一。
摘要了解数控机床的概念，所谓数字控制是按照含有机床(刀具)运动信息程序所指定的顺序自动执行操作的过程。
数控技术是用数字信息对机械运动和工作过程进行控制的技术 ,而数控装备是以数控技术为代表的新技术对传统制造产业和新兴制造业的渗透形成的机电一体化产品 ,其技术范围覆盖很多领域。
而计算机数控机床就是数控机床在计算机监控下进行工作。
它的优点很多,可以在同一机床上一次装夹可完成多个操作，生产率显著提高等优点，但它的价格昂贵。
由于本文论述了选择PHILPS公司的89C58微控制器，采用I/O接口向系统各部分发出各种命令，同时对车床的参数进行巡回监测、数据处理以及控制计算、逻辑判断，使机床的X、Z轴的动作精度得到控制、刀架实现自动切换。
四工位立式刀架机械设计
四工位立式刀架机械设计四工位立式刀架是一种在数控机床上常用的自动换刀装置。
它的主要作用是在加工过程中实现刀具的自动更换，以提高生产效率。
以下是对四工位立式刀架机械设计的简要介绍：1. 结构设计：四工位立式刀架通常由刀架本体、传动装置、控制系统、刀具安装部位等组成。
刀架本体通常为立式结构，具有四个刀位，可以安装不同类型的刀具。
传动装置负责实现刀架转体时无需抬起，解决刀架密封问题。
2. 传动方式：四工位立式刀架的传动方式有多种，例如蜗轮蜗杆传动、齿轮传动、丝杠螺母传动等。
蜗轮蜗杆传动具有结构简单、传动比稳定、噪音低等优点；齿轮传动具有传动比准确、承载能力高等优点；丝杠螺母传动具有响应速度快、精度高等优点。
3. 控制系统：四工位立式刀架的控制系统是整个装置的核心部分，负责实现刀架的自动换刀和刀具的保护。
控制系统通常采用数控系统，可以接收来自机床的指令，实现刀架的定位、旋转和锁紧等动作。
此外，控制系统还具有故障诊断和预警功能，有助于确保设备的安全运行。
4. 刀具安装部位：四工位立式刀架的刀具安装部位可根据刀具类型和加工需求进行配置。
常见的刀具类型包括铣刀、钻头、切削刀等。
为了确保刀具的稳定性和加工精度，刀具安装部位需要具有较高的刚性和精度。
5. 安全性设计：在四工位立式刀架的设计中，安全性至关重要。
例如，设置限位开关以防止刀架旋转过位；在刀架升降过程中，采用有限位装置以确保刀架在指定位置停止；此外，还应考虑电缆、气路等元件的防护措施，防止在加工过程中发生意外损坏。
总之，在四工位立式刀架的机械设计中，需要综合考虑结构、传动方式、控制系统、刀具安装部位和安全性等因素，以实现高效、安全、稳定的刀具更换功能。
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毕业设计（论文）任务书摘要数控车床的发展与应用，大大降低了零件加工的辅助时间，极大的提高了生产效率。
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。
根据加工对象不同，有四方刀架，六角刀架和八或更多工位的圆盘式轴向装刀刀架等多种形式。
回转刀架上分别安装四把，六把或更多刀具，并按数控装置的指令换刀。
自动换刀装置应当满足换刀时间短、安全可靠等基本要求。
本课题主要对四工位立式自动回转刀架的机械设计和用PLC编程对控制部分的设计。
并对以上部分运用ATUOCAD作图，对自动回转刀架有更直观的了解。
目录第一章引言1.1概述1.2 数控车床自动回转刀架的发展趋势1.3 刀架的设计准则第二章数控车床自动回转刀架的设计2.1 数控车床刀架应满足的要求2.1.1 动力刀架的整体方案设计2.1.2 数控机床刀架的类型选择2.2 刀架的工作原理2.3 步进电机的选用2.4 蜗杆及蜗轮的选用与校核2.4.1 选择传动的类型2.4.2 选择材料和确定许用应力2.4.3 按接触强度确定主要参数2.5蜗杆轴的设计2.5.1 蜗杆轴的材料选择，确定许用应力2.5.2按扭转强度初步估算轴的最小直径2.5.3确定各轴段的直径和长度2.5.4蜗杆轴的校核2.5.5键的选取与校核2.6 蜗轮轴的设计2.6.1蜗轮轴材料的选择，确定需用应力2.6.2按扭转强度，初步估计轴的最小直径2.6.3确定各轴段的直径和长度2.7中心轴的设计2.7.1刀架轴的结构设计及计算2.7.2确定各轴段的直径和长度2.7.3轴的校核2.8齿盘的设计2.8.1齿盘的材料选择和精度等级2.8.2确定齿盘参数2.8.3按接触疲劳强度进行计算2.9轴承的选择2.9.1轴承内部结构2.9.2轴承分类与特点2.9.3滚动轴承的配合2.9.4滚动轴承的润滑2.9.5滚动轴承的密封装置第三章PLC控制单元设计3.1 PLC与工业控制计算机（IPC）和集散控制系统（DSC）的比较3.1.2 刀架换刀控制方式的选定3.2 控制电路硬件接线图3.3 PLC控制流程图总结参考文献第一章引言1.1 概述数控车床的刀架是机床的重要组成部分。
刀架用于夹持切削用的刀具，因此其结构直接影响机床的切削性能和切削效率。
在一定程度上，刀架的结构和性能体现了机床的设计和制造技术水平。
随着数控车床的不断发展，刀架结构形式也在不断翻新。
其中按换刀方式的不同，数控车床的刀架系统主要有回转刀架、排式刀架和带刀库的自动换刀装置等多种形式。
其中，带刀库的数控加工中心自动换刀装置自1958年研制成功以来，其机械结构和控制方式不断得到改进和完善。
自动换刀装置时加工中心的重要执行机构，它的形式多种多样，目前常见的有更换主轴头换刀以及带刀库的自动换刀系统。
1.2 数控车床自动回转刀架的发展趋势数控刀架的发展趋势是：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。
目前国内数控刀架以电动为主，分为立式（如图1-1）和卧式（如图1-2）两种。
立式主要用于简易数控车床；卧式刀架有八、十、十二等工位，可正、反方向旋转，就近选刀，用于全功能数控车床。
另外，卧式刀架还有液动刀架和伺服驱动刀架。
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。
另外，加工工艺适应性和连续稳定的工作能力也明显提高：尤其是在加工几何形状较复杂的零件时，除了控制系统能提供相应的控制指令外，很重要的一点是数控车床需配备易于控制的电动刀架，以便一次装夹所需的各种刀具，灵活方便地完成各种几何形状的加工。
数控刀架的市场分析：国产数控车床将向中高档发展，中档采用普及型数控刀架配套，高档采用动力型刀架，兼有液压刀架、伺服刀架、立式刀架等品种。
图 1-1 立式回转刀架图1-2 卧式回转刀架1.3 刀架的设计准则我们设计主过程，本着一下几条设计准则：1）创造性的利用所需要的物理性能和控制；2）预测意外载荷；3）创造有利的载荷条件；4）提高合理的应力分布和刚度面；5）辨别功能载荷及其意义；6）重量尽量轻；7）应用基本公式求相称尺寸和最佳尺寸；8）根据性能组合选择材料；9）在储备零件与整体零件之间进行选择；10）进行功能设计以适应制造工艺和降低成本的要求。
第二章数控车床自动回转刀架的设计2.1 数控车床刀架应满足的要求1）满足工艺过程所提出的要求。
机床依靠刀具和工件间相对运动形成工件表面，而工件的表面形状和表面位置的不同，要求刀架能够布置足够多的刀具，而且能够方便而正确地加工各工件表面，为了实现在工件的一次安装中完成多工序加工，所以要求刀架可以方便地转位。
2）在刀架以要能牢固地安装刀具，在刀架上安装刀具进还应能精确地调整刀具的位置，采用自动交换刀具时，应能保证刀具交换前后都能处于正确位置。
以保证刀具和工件间准确的相对位置。
刀架的运动精度将直接反映到加工工件的几何形状精度和表面粗糙度上，为此，刀架的运动轨迹必须准确，运动应平稳，刀架运转的终点到位应准确。
面且这种精度保持性要好，以便长期保持刀具的正确位置。
3）刀架应具有足够的刚度。
由于刀具的类型、尺寸各异，重量相差很大，刀具在自动转换过程中方向变换较复杂，而且有些刀架还直接承受切削力。
考虑到采用新型刀具材料和先进的切削用量，所以刀架必须具有足够的刚度，以使切削过程和换刀过程平稳。
4）可靠性高。
由于刀架在机床工作过程中，使用次数很多，而且使用频率也高，所以必须充分重视它的可靠性。
5）刀架是为了提高机床自动化而出现的，因而它的换刀时间应尽可能缩短，以利于提高生产率。
目前自动换刀装置的换刀时间在0.8—6秒之间不等。
而且还在进一步缩短。
6）操作方便和安全。
刀架是工人经常操作的机床部件之一，因此它的操作是否方便和安全，往往是评价刀架设计好坏的指标。
刀架上应便于工人装刀和调刀，切屑流出方向不能朝向工人，而且操作调整刀架的手柄（或手轮）要省力，应尽量设置在便于操作的地方。
2.1.1 动力刀架的整体方案设计刀架是车床的重要组成部分，加工中心的动力刀架可安装各种非动力辅助刀夹和动力刀夹进行加工，用于夹持加工用的刀具,因此其结构直接影响到车床的加工性能和加工效率。
刀架采用端齿分度，转位由步进电动机驱动，刀位由二进制绝对编码器识别，动力刀具由变频电机驱动，通过同步齿形带等将动力传递到刀夹。
各类数控机床的自动换到装置的结构取决于机床的类型、工艺范围、使用刀具种类和数量。
数控机床常用的自动换刀装置的类型、特点、适用范围见表2-1表2-12.1.2 数控机床刀架的类型选择按换刀方式的不同，数控车床的刀架系统主要有回转刀架、排式刀架和带刀库的自动换刀装置等多种形式，下面对这三种形式的刀架作简单的介绍。
1）排式刀架：排式刀架一般用于小规格数控车床，以加工棒料或盘类零件为主。
其结构形式为：夹持着各种不同用途刀具的刀夹沿着机床的X坐标轴方向排列在横向滑板上。
刀具的典型布置方式如下图所示。
这种刀架在刀具布置和机床调整等方面都较为方便，可以根据具体工件的车削工艺要求，任意组合各种不同用途的刀具，一把刀具完成车削任务后，横向滑板只要按程序沿X轴移动预先设定的距离后，第二把刀就到达加工位置，这样就完成了机床的换刀动作。
这种换刀方式迅速省时，有利于提高机床的生产效率。
宝鸡机床厂生产的CK7620P全功能数控车床配置的就是排式刀架。
2）回转刀架：回转刀架是数控车床最常用的一种典型换刀刀架，一般通过液压系统或电气来实现机床的自动换刀动作，根据加工要求可设计成四方、六方刀架或圆盘式刀架，并相应地安装4把、6把或更多的刀具。
回转刀架的换刀动作可分为刀架抬起、刀架转位和刀架锁紧等几个步骤。
它的动作是由数控系统发出指令完成的。
回转刀架根据刀架回转轴与安装底面的相对位置，分为立式刀架和卧式刀架两种。
3）带刀库的自动换刀装置：上述排式刀架和回转刀架所安装的刀具都不可能太多，即使是装备两个刀架，对刀具的数目也有一定限制。
当由于某种原因需要数量较多的刀具时，应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刀具交换机构组成。
本次设计的刀架是四工位刀架，刀位较少，且要求精度较高，所以可以选择回转刀架和排式刀架，且一次装夹中完成多工序加工，缩短辅助时间，减少多次安装所引起的加工误差保证转位具有高的重复定位精度具有转位快，定位精度高，切向扭矩大的特点。
而电动机最低转速为35r/min，最高转速为4000r/min，额定转速为ne=2000 r/min刀具顺利换刀，因此需要很高的稳定性。
对于以上三种刀架，排式刀架加工棒料或盘类零件为主，局限性较大，同时定位精度不高，况且排式刀架往复运动幅度较大，占用空间多。
综上，本次设计选用回转刀架作为设计对象，其具有换刀时间短、结构简单紧凑、容纳刀具较少的特点，所以较为合适，对于回转刀架根据安装方式的不同可分为立式和卧式两种根据机械定位方式的不同，自动回转刀架又可分为端齿盘定位型和三齿盘定位型等。
其中断齿盘定位型换刀时刀架需抬起，换刀速度较慢且密封性较差，但其结构较简单。
三齿盘定位型又叫免抬型，其特点是换刀时刀架不抬起，因此换刀时速度快且密封性好，但其结构较复杂。
由于本人初次设计数控刀架，所以选择较为简单的端齿盘定位，结构简单。
同时，自动回转刀架在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。
为了保证转位具有高的重复定位精度，自动回转刀架还要选择可靠的定位方案和合理的定位结构。
自动回转刀架的自动换刀时由控制系统和驱动电路来实现的。
发信转位采用霍尔元件，使用寿命长。
根据以上对机床刀架类型、性能及其使用场合的综合比较，并结合现有数控车床的实例，本次设计的动力刀架为伺服电机驱动的转塔式自动回转刀架。
2.2 刀架的工作原理回转刀架的工作原理为机械螺纹升降转位式。
工作过程可分为刀架抬起、刀架转位、刀架定位并压紧等几个步骤。
图2.1为自动回转刀架，其工作过程如下：1) 刀架抬起当数控系统发出换刀指令后, 通过接口电路使电机正转, 经传动装置驱动蜗杆蜗轮机构3、蜗轮螺纹即螺母机构延逆时针旋转 ,此时由于上下齿盘40、6处于啮合状态，在丝杆螺母机构转动时，使上刀架体产生向上的轴向力将上齿盘40松开并抬起,直至两定位齿盘40、6脱离啮合状态,从而带动上刀架和齿盘产生“上台”动作。
2) 刀架转位当圆套13逆时针转过150°时，齿盘40、6完全脱开，此时销钉准确进入圆套13中的凹槽中，带动刀架体转位。
3) 刀架定位当上刀架转到需要到位后（旋转90°、180°或270°），数控装置发出的换刀指令使霍尔开关19中的某一个选通,当磁性板18 与被选通的霍尔开关对齐后,霍尔开关反馈信号使电机反转,插销39在弹簧力作用下进入反靠盘7地槽中进行粗定位，上刀架体停止转动，电机继续反转，使其在该位置落下，通过螺母丝杆机构使上刀架移到齿盘40、6 重新啮合, 实现精确定位。