数控转塔刀架分类与结构分析
文昌数控刀架说明书
文昌数控刀架说明书一、产品概述文昌数控刀架是一种高精度、高效率的数控机床刀具，可应用于各类金属材料的加工。
本产品采用先进的数控技术，能够实现自动化操作，提高加工效率，降低人力成本。
二、产品结构文昌数控刀架主要由以下部分组成：1. 刀架主体：由整体铸造而成，具有高强度和稳定性。
2. 刀片夹持装置：采用快速换刀系统，可快速更换不同规格的刀片。
3. 伺服电机：驱动刀架实现自动化操作。
4. 控制系统：采用先进的数控技术，可实现多种加工方式。
三、使用方法1. 将需要加工的工件放入机床中，并调整好机床参数。
2. 安装好文昌数控刀架，并将需要使用的刀片安装到夹持装置中。
3. 打开机床电源，并启动文昌数控刀架。
4. 根据加工要求，在控制系统中设置相应的参数和程序。
5. 开始加工。
四、注意事项1. 在使用前请仔细阅读说明书，并按照要求正确操作。
2. 在使用过程中，请勿将手部或其他物品靠近刀片区域，以免发生危险。
3. 在更换刀片时，请务必关闭机床电源，并按照要求正确操作。
4. 在加工过程中，如发现异常情况，请立即停止操作，并检查问题所在。
五、维护保养1. 定期清洁刀架表面和夹持装置，以保证其正常运行。
2. 定期检查伺服电机和控制系统，确保其正常工作。
3. 如出现故障，请及时联系专业维修人员进行处理。
六、技术参数1. 刀架行程：200mm2. 切削速度：0-1000m/min3. 切削深度：0-5mm4. 控制系统：数控系统七、总结文昌数控刀架是一种高精度、高效率的数控机床刀具，可广泛应用于各类金属材料的加工。
使用该产品需要注意安全事项，并定期进行维护保养。
本产品具有高性能和稳定性，可为用户带来良好的加工体验。
自动回转刀架
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. 负载能力与刚度陕西科技大学毕业设计说明书 2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⨯610N10N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。
数控车床刀架典型故障诊断与维修
项目七：数控车床刀架典型故障诊断与维修项目导读：数控车床为了能在工件一次装夹中完成多个工步，缩短辅助时间，减少工件因多次安装引起的误差，都带有刀架系统。
数控车床的刀架是机床的重要组成部分，用于安装和夹持刀具。
它的结构和性能直接影响机床的切削性能和切削效率。
电动刀架作为数控车床的重要配置,在机床运行工作中起着至关重要的作用,一旦出现故障很可能使工件报废,甚至造成卡盘与刀架碰撞的事故,而且刀架故障在数控车床故障中占有很大的比例，常常包括电气方面、机械方面以及液压方面的问题。
本项目通过对数控车床刀架的结构与工作原理的阐述，并以其在日常生产中遇到的常见故障为依据，剖析了生产中刀架出现的故障，并提出相应的维修方案。
一．学习任务：任务一：典型刀架拆装及结构分析任务二：刀架PMC画面调用及功能分析任务三：刀架电气线路检测与工作原理分析任务四：刀架无法运转故障诊断与维修任务五：刀架旋转不停止故障诊断与维修任务六：刀架无法锁紧故障诊断与维修二．项目学习目标：知识目标掌握数控车床典型刀架机构工作原理以及刀架PMC控制原理，理解刀架电路控制过程及霍尔元件工作原理。
技能目标能够熟练进行典型刀架机构拆装，读懂刀架PMC程序，能够熟练运用常用工具对霍尔元件以及刀架电路的进行检测，会对典型刀架故障进行诊断与排除。
教学条件oi Mate TD数控车床实训台，常用机械拆装工具，万用表，讨论桌。
三．案例情境：一台济南第一机床厂CK6136数控车床，系统为FANUC 0i Mate TD,刀架为四工位转盘式刀架。
故障现象为：运行换刀指令T0202，刀架无换刀动作，过了10秒后，系统界面跳出1004报警“Tool change over time”。
机床无法实现换刀，直接影响后道加工，给整套产品的生产进度造成了麻烦。
刀架的故障位置在哪里？怎么样才能快速排除刀架故障?要及时快速排除数控机床的刀架故障，维修人员首先必须熟练掌握刀架的结构、工作原理和控制流程，针对故障现象作出准确的判断；其次要能够读懂机床使用企业提供的资料信息，包括参数、梯形图以及电气原理图等等；同时能够利用系统的状态显示功能监测刀架的运行状态，掌握常用检测仪器和工具的使用方法，结合刀架换刀机构动作状态确定故障点。
数控车床刀架的设计
数控车床刀架的设计1.刀架结构设计C型结构刀架适用于较大的切削力，具有较高的刚性和稳定性。
它的设计遵循了最佳结构参数，能够在工作时提供稳定的支撑力。
刀具安装在刀塔上，在刀塔内部发生旋转，进行加工。
Y型结构刀架适用于较小的切削力，具有较高的刚性和稳定性。
它的结构设计使得刀具可以在Y轴方向上移动，提供了更多的加工空间。
刀具安装在横梁上，横梁通过线性导轨进行移动。
2.刀具的安装方式机械夹持是一种常见的刀具安装方式，可以直接将刀具夹在刀架上。
机械夹持方式简单实用，适用于刀具较少或加工要求较低的场景。
快速换刀系统采用刀具和刀杆分离的设计，通过快速刀杆换装系统，实现快速刀具更换。
这种方式适用于需要频繁更换刀具的情况，可以提高生产效率。
3.刀具的换刀方式手动换刀方式需要操作人员手动更换刀具，耗时较长，适用于刀具更换次数较少的情况。
半自动换刀方式需要操作人员进行辅助工作，但大部分换刀过程由机械设备完成，可以提高换刀效率，适用于中等刀具更换频率的情况。
全自动换刀方式由数控系统控制，刀具更换过程完全由机械设备完成，可以实现快速、准确的换刀过程，适用于需要频繁更换刀具的情况。
总结：数控车床刀架的设计需要考虑刀架结构、刀具安装方式和刀具换刀方式等因素。
合理设计数控车床刀架可以提高加工精度和效率，适应不同的加工需求。
刀架结构的选择要考虑到刚性和稳定性，刀具安装方式的选择要考虑到刀具数量和加工要求，刀具换刀方式的选择要考虑到刀具更换频率和工作效率。
通过合理的设计，数控车床刀架可以提高数控车床的加工效果，满足不同的加工需求。
AK31系列刀台工作原理及维修实例解析
55一、前言A K 31 系列刀架是引进于世界著名的数控转塔刀架生产企业—意大利 Baruffaldi 公司的先进技术，由烟台环球机床附件集团有限公司获得生产许可证而生产制造的。
该系列转塔刀架是普及型及高级系数控车床的核心配套附件，可保证零件通过一次装夹自动完成车削外圆、断面、螺纹和镗孔、切槽、切断等加工工序。
我公司有数十台数控车床配备了该系列数控刀架，数控车床刀架的维修量在数控车床故障维修中占 50%以上，成为数控车床维修中的重要工作。
二、产品结构及传动原理图一 AK31 系列数控转塔刀架结构图1-电机 2-电机齿轮 3-齿轮 4-行星齿轮 5-驱动齿轮 6-滚轮架端齿7-沟槽 8-滚轮架 9-滚轮 10-双联齿盘 11-主轴 12-弹簧 13-插销14-动齿盘 15-定齿盘 16-箱体 17-电磁铁 18-预分度接近开关19-锁紧接近开关 20-蝶形弹簧 21-角度编码器 22-后盖 23-空套齿轮本刀架采用三联齿盘作为分度定位元件。
由电机驱动后，通过一对齿轮和一套行星齿轮系进行分度运动。
工作程序为：主机控制系统发出转位信号后，刀架上的电机制动器松开，电源接通，电机开始工作，通过齿轮 2、3 带动行星齿轮系 4 旋转，这时销齿轮 5 为定齿轮，由于与行星轮 4 啮合的齿轮 5、23 齿数不同，行星轮 4 带动空套齿轮 23旋转，空套齿轮带动滚轮架 8 转过预置角度，使端齿盘后面的断面凸轮松开，端齿盘向后移动脱开端齿啮合，滚轮架 8 受到端齿盘后端面键槽的限制停止转动，这时空套齿轮23 成为定齿轮，行星齿轮 4 通过齿轮 5 带动主轴 11 旋转，实现转位分度，当主轴转到预置位置时，角度编码器 21 发出信号，电磁铁 17 向下将插销 13 压入主轴 11 的凹槽中，主轴 11 停止转动，预分度接近开关 18 给电机发出信号，电机开始发现旋转。
通过齿轮2 与 3，行星齿轮 4 和空套齿轮 23，带动滚轮架 8 反转，滚轮压紧凸轮，使端齿盘向前移动，端齿盘重新啮合，这时锁紧接近开关 19 发出信号，切断电机电源，电机制动器通电刹紧电机，电磁铁断电，插销 13 被弹簧弹回，转位工作结束，主机可以开始工作。
数控机床转塔刀架
自动回转刀架的工作原理自动回转刀架的换刀流程如图2.1所示。
图2.1自动回转刀架的换刀流程图2.2表示自动回转刀架在换刀过程中有关的销的位置。
其中上部的圆柱销2和下部的反靠销6起着重要作用。
当刀架处于锁紧状态时,两销的情况如图a所示，此时反靠销6落在反靠圆盘7的十字槽内，上刀体4的端面齿和下刀的端面齿处于啮合状态（上下端面齿在图a中未画出）。
需要换刀时，控制系统发出刀架的转位信号，三相异步电动机正向旋转，通过蜗杆副带动螺杆正向转动，与螺杆配合的上刀体4逐渐抬起，上刀体4与下刀体之间的端面齿慢慢脱开；与此同时，上盖圆盘1也随着螺杆正向转动（上盖圆盘1通过圆柱销与螺杆联接），当转过约150度时，上盖圆盘1直槽的另一端转到圆柱销2的正上方，由于弹簧3的作用，圆柱销2落入直槽内，于是上盖圆盘1就通过圆柱销2使得上刀体4转动起来（此时端面齿已完全脱开），如图b所示。
上盖圆盘1、圆柱销2以及上刀体4在正转的过程中，反靠销6能够从反靠圆盘7中十字槽的左侧斜坡滑出，而不影响上刀体4寻找刀位时的正向转动，如图c所示。
上刀体4带动磁铁转到需要的刀位时，发信盘上对应的霍尔元件输出低电平信号，控制系统收到后，立即控制刀架电动机反转，上盖圆盘1通过圆柱销2带动上刀体4开始反转，反靠销6马上就会落入反靠圆盘7的十字槽内，至此，完成粗定位，如图d所示。
此时反靠销6从反靠圆盘7的十字槽内爬不上来，于是上刀体4停止转动，开始下降，而上盖圆盘1继续反转，其直槽的左侧斜坡将圆柱销2的头部压入上刀体4的销孔内，之后，上盖圆盘1的下表面开始与圆柱销2的头部滑动。
在些期间，上、下刀本的端面齿逐渐啮合，实现定位，经过设定的延时时间后，刀架电动机停转，整个换刀过和结束。
由于蜗杆副具有自锁功能，所以刀架可稳定的工作。
a) b)c) d)图2.2 刀架转位过程中销的位置1—上盖圆盘2—圆柱销3—弹簧4—上刀体5—圆柱销6—反靠销7—反靠圆盘a)换刀开始时，圆柱销2与上盖圆盘1可以相对滑动b)上刀体4完全抬起后，圆柱销2落入上盖圆盘1槽内，上盖圆盘1将带动圆柱销2及上刀体4一起转动c)上刀体4连续转动时，反靠销6可从反靠圆盘7的槽左侧斜坡滑出d)找到刀位后，刀架电动机反转，反靠销6反靠，上刀体停转，实现粗定位3 总体结构设计3.1 减速机构的设计电动机的选择电动机选择三步异相电动机，额定功率为90W，额定转速为1440r/min，而刀架转速设定30r/min，由于转速较高不能直接驱动刀架，因此必须经过适当的减速。
数控车床转塔刀架原理分析与故障诊断
０ 引 言
转塔刀架是 数控 车床 的核 心部 件 ， 也是 机 床 的重 要组成部分 ， 换刀 过程的好坏关 系到机 床的可靠 运行 ， 直接影响到数 控机 床 的使用 效率 。就 目前而 言 ， 塔 转 刀架种类 繁 多 ， 更新 换代快 ， 从早 期 的液压 、 尔元 件 霍
控制 ， 发展 至今 的编码器 电动控制 、 服控制 。控 制方 伺
发出后 ， 位会有微 动 ， 刀 常伴 有 “ 嗡嗡 ” ， 时刀架 电 声 此 机处于堵转 状态 ， 有保 护开 关跳 闸等 情况 发生 。遇 到 上述情 况 ， 要 拆 下 定 位 销 后 面 的 电 磁 铁 （ ３所 需 图 示 ） 摘除定位销上 面的弹簧 ， ， 检查 或更换 定位销 ， 同时 对刀盘重新进行 调整 。许多应用 厂家 由于对刀架 的机 械结构和工作原理 缺乏 了解 ， 对该 故障不知如何处理 。
统； 置（ 配 ４～８ 工 位 德 国 Ｓ Ｕ Ｅ ） Ａ Ｔ Ｒ或 意 大 利 Ｄ Ｐ － Ｕ Ｌ
ＭＡ Ｉ ＴＣ转塔 刀架 ； 主轴 交 流伺服 ， 挡无 级调 速 ； Ｚ 分 Ｘ， 二轴交 流伺服驱动 ， 配有 光栅 尺实 现位 置调谐 闭环控
制 ；Ｉ Ｍ Ｎ Ｌ ７— ０ ＳＥ Ｅ ＳＰ Ｃ Ｓ ３ ０逻 辑 控制 ； ｒｆ ｕ 接 口等 Ｐｏ ｂ ｓ ｉ
为： 数控 系统 发 出选 刀指令 一 Ｐ Ｃ逻 辑分 析处 理一 刀 Ｌ 架松开一 刀位抬起转位一选 刀指令与 目标刀位 比较一
障部位 ， 检查各 接 口连接是 否 良好 、 点是 否有 松 动 ， 触 信号线有 没有 断 线 。② 编码 器 信 号输 出状 态 是 否 正 常、 连接有没有松动 、 窜位。此情况需要更 换或 重新 调 整编码器 。③霍 尔元 件控 制 的转塔 刀架 ， 需要 检 查霍
刀架的分类
刀架的分类方式有很多，按照形状可以分为以下几种：
1. 直立式刀架：刀具垂直于刀座，并且在水平方向上旋转。
适用于较大直径的刀具，操作方便，切削面在同一平面，是一种常用的刀架。
2. 倾斜式刀架：刀具与刀座成倾斜角度，并且可以在水平方向上旋转。
适用于不同角度切割和加工，操作灵活性高。
3. 摆动式刀架：主轴可以左右摆动，可实现不同角度和曲线形状的切削。
适用于扇形、圆弧等形状的加工，精度高。
4. 索引式刀架：刀具可以沿某一角度定位，使用简单方便，精度高。
5. 万能式刀架：多功能的刀架，可以实现不同角度、不同形状和多种加工方式，是一种比较常见的刀架类型。
此外，根据结构来分的话，刀架主要有两片式刀架、一体刀架、分体刀架、数控车床的刀架、塑料刀架、不锈钢刀架、木质刀架等类型。
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动力刀架钻孔、攻螺纹
动力刀架铣削槽口
动力刀架角度钻孔、铣削 曲面
Do In One
动力刀架铣侧平面
图2.5车铣概念复合机功能 在新世代车铣复合机中，不论是具分度的C轴头部、副主轴、Y轴等，都必须搭配动力刀塔才 能具备车铣复合的功能，因此一座功能性佳、精度高的C轴动力刀塔，将使新世代车铣复合机 更臻完善。
2.2.3动力刀架分类
（1）动力刀架是根据动力刀和刀盘换刀是否用同一个动力源将 动力刀架分为：
➢单伺服刀架（图2.6） ➢双伺服刀架（图2.7）
图2.6 单伺服动力刀架
图2.7双伺服动力刀架
（2）动力刀架又根据动力刀与刀架轴线的角度分为：
➢轴向伺服刀架（其刀盘如图2.8） ➢径向伺服刀架（其刀盘如图2.8） ➢皇冠型伺服刀架（如图2.8）
2.数控刀架种类
❖ 数控转塔刀架是数控车床上的核心功能部件之一，其分类如图2.1所示：
数控刀架
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
非动力刀架
动力刀架
电动刀架
液压刀架 伺服刀架 直驱刀架
双动力刀架
单动力刀架
复合型刀架
Y轴单动力刀架
径 向 双 动 力
轴 向 双 动 力
径 向 单 动 力
皇 冠 型 单 动 力
轴 向 单 动 力
Y轴轴向单动力 Y轴径向单动力 Y轴皇冠型刀架
1.2我国数控刀架发展现状及未来发展要求
❖ 发展现状:
➢ 起步阶段，品种单一，不可靠。 ➢ 与世界先进制造行业相比，存在很大的差距。 ➢ 国内配套厂家较少 。
❖未来发展要求： ➢刀架转位时间最短，且转位准确。 ➢刀架定位精度高、动作迅速、稳定可靠。 ➢可多刀夹持，双向转位和任意刀位就近选刀； ➢应用范围广，维修方便等特点 。
图2.2 LDB4电动刀架
❖液压刀架是集机、电、液于一体的主要机床附件，已广泛应用于各 类中高档数控车床。动力驱动是由液压旋转马达和液压伸缩缸来完成， 而位置控制是由光电编码器系统和机械定位副齿牙盘来控制。液压刀 架换刀动作包括松开、分度、预定位、精定位、夹紧五个主要动作。
图2.3 液压刀架
❖伺服电动刀架主要用于 高档数控机床，其机械结 构简单，刚性好，锁紧迅 速可靠。系统由刀架控制 器、伺服电机、减速器、 液压锁紧系统等构成，可 完成刀盘的转位、转速、 初定位、精定位动作和锁 紧及选刀控制等动作。
2.2动力刀架
2.2.1动力刀架含义：
➢具有刀具传动装置的刀架一般称为动力刀架。比如，在转塔（回轮）刀 架上装有回转刀具时，转塔（回轮）刀架就兼有钻、铣等功能。
2.2.2动力刀架的用途
➢ 伴随加工件的日益复杂化、精度等级以及加工效率的进步，多轴向、高 转速成为工具机必备的条件，除了加工中心机走向机能复合化外，车床 方面已由早期的卧式车床开发出许多新的加工型态，例如双刀塔、立式 车床、倒立车床、以及车铣概念机种，以顺应新时代加工方式的需求。
图2.4 非动力伺服刀架
➢由于伺服刀架的出现，使伺服刀架本体上加装动力模块的动力刀架 也应运而生，这种双伺服的动力刀架主要配置在中端的车削中心上， 动力刀架的转位和动力刀具的驱动采用的都是伺服电机，因而结构 上有进一步整合和发展的空间。1990年代，出现了单伺服动力刀架 产品，这种动力刀架主要搭配在各种高端的车削中心和车铣复合加 工中心上，其结构复杂，技术含量高。
数控转塔刀架分类与结构分析
1.绪论
1.1刀架的发展
刀架，作为机床的重要组成部分，刀架的发展是伴随着机床的发 展的。
➢最早是在40年代初，由美国北密支安的一个小型飞机工业承包商派尔 逊斯公司（Parsons Corporation）实现数字技术进行机械加工的。 ➢1952年，麻省理工学院在一台立式铣床上，装上了一套试验性的数控 系统，成功地实现了同时控制三轴的运动。这台数控机床被大家称为世 界上第一台数控机床。
➢ 双联齿盘方式 ➢ 三联齿盘方式（如图2.11）
圆型轴向刀盘
多角型径向刀盘
皇冠型刀架
图2.8
（3）动力刀架上动力刀的进给一般是依赖于刀架的进给 系统，为提高动力刀的加工范围部分动力刀架增加Y轴和B 轴，形成Y轴动力刀架（如图2.9）和B轴动力刀架（如图 2.10）。
图2.9 Y轴动力刀架
图2.10 B轴动力刀架
（4）刀架锁紧方式
❖ 刀架的锁紧方式直接影响到刀加的精度以及切削时的 刚性，主要可分为
B轴单动力刀架
图2.1 数控刀架分类
2.1非动力刀架
➢非动力刀架一般根据驱动方式分为： 普通电机驱动的电动刀架; 液压马达驱动的液压刀架; 伺服电机驱动的伺服刀架; 力矩电机直接驱动的直驱刀架。
❖电动刀架是数控机床进行换刀的实现机构，实现刀架上刀盘的转动 和刀盘的初定位、定位与夹紧的运动，以实现刀具的自动转换，具有 传动机械结构、电气正反转控制、PLC编程控制等功能。常见的电动 刀架中具有典型的结构有TND360 刀架和LDB4刀架，这两种刀架采用 了不同的传动升降结构，不同定位控制；但都实现了刀盘的正向换刀 和反向锁紧，刀盘的圆周定位功能。
➢19543年11月，在派尔逊斯专利的基础上，第一台工业用的数控机床由
美国本迪克斯公司（Bendix Cooperation）正式生产出来。 ➢1959年3月，由美国卡耐•;特雷克公司（Keaney & Trecker Corp.）开
发出 4第一台具有自动换刀装置的数控机床。
➢1980年代，在电动刀架和液压刀架的本体基础上外加动力刀具驱动模 块的形式，构成了动力刀架。