数控车床六工位刀架设计
2.3刀架的几种典型结构
（1）螺旋转位刀架
如图 3-1 所示，电机经弹簧安全离合器至蜗轮副带动螺母旋转，螺母举起刀架使端齿盘的上盘与下盘分离，随即带动刀架旋转到位，然后发信号使电机反转锁紧，使刀架换位，进行切削加工。螺母升降式零件多，但加力可靠，精度较高，许多刀架都利用这种原理设计。
图3-1 螺旋转位刀架
1-内装信号盘 2-刀架 3-端齿盘 4-电机 5-安全离合器
（2）数控车床方刀架
经济型数控车床方刀架是在普通车床四方刀架的基础上发展的一种自动换刀装置，其功能和普通四方刀架一样：有四个刀位，能装夹六把不同的刀具，方刀架回转90`时，刀具变换一个刀位，但方刀架的回转和刀位号的选择是由加工程序指令控制的。换刀时方刀架的动作顺序是：刀架抬起、刀架转位、刀架定位和刀架夹紧。完成上述动作要求，有相应的机构来实现。
（3）转塔回转刀架
转塔回转刀架适用与盘类零件加工。在加工轴类零件时，可以换用四方回转刀架。由于两者底部安装尺寸相同，更换刀架十分方便。回转刀架动作根据数控指令进行，由液压系统通过电磁换向阀进行控制，其动作过程分为如下四个步骤：（1）、刀架抬起，（2）、刀架转位、（3）、刀架压紧，（4）、转位液压缸复位。如果定位、压紧动作正常，刀架会发出信号表示已完成换刀过程，可进行切削加工。
（4）盘形自动回转刀架
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数控车床六工位刀架设计
盘形自动回转刀架根据刀位又可分为A型、B型和C型，其中A型和B型刀架可配置12把刀具，C型可配置8把刀具。A、B型回转刀盘的外切刀可使用25mm*150mm标准刀具和刀杆截面为25mm*25mm的可调工具，C型可用尺寸为20mm*20mm*125mm的标准刀具。镗刀杆直径最大为32mm。该种刀架更换和对刀十分方便。刀位选择由刷形选择器进行，松开、夹紧位置检测由微动开关控制。整个刀架控制是一个纯电气系统，结构简单。
（5）车削中心的动力刀架
车削中心的动力刀架的刀盘上可以安装各种非动力辅助刀夹（车刀夹、镗刀夹、弹簧刀夹、莫氏刀柄），夹持刀具进行加工，还可安装动力刀夹进行主动切削，配合主机完成车、铣、钻、镗等各种复杂工序，实现加工程序自动化、高效化。该刀架采用端齿盘作为分度定位元件，刀架转位由三相异步电机驱动，电动机内部带有制动机构，刀位由二进制绝对编码起器识别，并可双向转位和任意刀位就近选刀。动力刀具由交流伺服电机驱动，通过同步齿形带、传动轴、传动齿轮、端面齿离合器将动力传递到动力刀夹，再通过刀夹内部的齿轮传动，刀具回转，实现主动切削。
第三节 换刀工作原理
数控车床的刀架是车床自动换刀的机构，是车床上一个重要的部件。刀架具有很多种类。有霍尔元件检测刀位的简易刀架，有带位置编码可双相换刀的自动刀架，有可带动刀具的自动刀架，控制刀架旋转有的使用普通异步电动机，有的使用伺服电极。有很多刀架的控制厂为车床提供各种各样的刀架。每个厂家生产的刀架控制方法有所差别，就是同一厂家提供不同型号的刀架，其控制时序也不是百分百相同。
3.1数控车床编码器刀架换刀工作原理
在本课题中以六工位刀架为例，首先需要根据当前的刀具位置确定出刀架就近旋转到目标刀位的方向，并启动刀架电机按该方向旋转，同时检测有刀架位置编码器信号发出的实际刀位和选通信号。当检测到实际刀位等于目标位，且选通信号的下降沿出现时，PLC应用程序则控制预定位电磁铁动作。这时PLC应用程序继续监控预定位传感器的下降沿，在下降沿出现后，控制电机方向相反方向转动，这时刀架进入锁紧过程。锁紧过程启动后，PLC应用程序监控当前刀位以及选通信号的上升沿。一旦当前刀位等于目标刀位，且选通信号的上升沿出现时，控制预定位电磁铁关闭，刀架电机停止，整个换刀过程完成。
另外应减少控制回路中滞后的中间环节，如刀架电机的正转、反转不应在
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PLC数字输出和接触器之间通过继电器接力控制，应采用24V直流接触器直接控制，见图3.1支流接触器直接控制刀架电机。这样才能保证预定位电磁铁的动作时间和刀架正转、反转的切换时间。
380V AC出输字数KM1KM2KM1KM224V直流接触器M3~直流接触器直接控制刀架电机刀架电机
图3.1支流接触器直接控制刀架电机
对于六工位自动回转刀架来说，它最多装有六把刀具，微机系统控制的任务，就是选中任意一把刀具，让其回转到工作位置。
3.2 编码器真值表 位置 02 12 22 1 1 0 0 1 2 0 1 0 1 1 3 1 1 0 1 0 4 0 0 1 1 1 5 1 0 1 1 0 6 0 1 1 1 0 选通 奇偶校验 1 3.3 刀架编码器工作原理
码盘、狭缝、发光组件和接收器组合在一起，就实现了刀架工位编码器的光电转换。
发光管与接收器分别布置在狭缝两侧，三者相对固定，发光管发出的红光穿过狭缝上对应的小孔接收器接收，转变为光电流输出，但由于狭缝和接收器之间还安装有可转码盘，接收器能否被红外光照射还取决与码盘上透光的一段段圆环所处的角度位置。当码盘上的透光去恰好位于狭缝上小孔位置时，接收管才
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能被光的照射输出电流。接收器上是否有电流输出只取决与码盘上的码道和码盘角度位置。而码盘由于刀架同步运动，这样就将刀架工位位置转换为刀架编码器的与刀架工位位置一一对应的BCD码输出。
3.4刀架转位过程
经济型数控车床刀架式在普通车床六方位刀架的基础上发展的一种自动换刀装置，其功能和普通六方位刀架一样：有6个刀位，能夹持六把不同功能的刀具，方刀架回转60°时，刀架交换一个刀位，但方刀架回转和刀位号的选择是由加工程序指令控制的。下面就以六工位刀架为例来说明其结构与原理，如下图3.2所示。
图3.2 盘行自动回转刀架结构示意图
1—刀架； 2、3—鼠牙盘； 4—滑块； 5—蜗轮； 6—轴； 7—蜗杆 8,9,10—传动齿轮； 11—电动机； 12—微动开关； 13—小轴；14—圆盘；15—压板； 16—调节锲铁
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该刀架的工作过程为：刀架松开---刀架转位---刀架定位锁紧---刀架转位结束。
1刀架松开
转位开始时，电动机11开始转动，通过齿轮8、9、10带动蜗杆7旋转，使涡轮5转动。蜗轮内孔有螺纹，与轴6上的螺纹配合。这时轴6不能回转，当蜗轮转动时，使轴6沿轴向左移动，因为刀架1与轴6,活动鼠牙盘2是固定在一起的，所以刀盘和鼠牙盘也向左移动，鼠牙盘2和3脱开。
2刀架转位
在轴6上有两个对称槽，内装滑块4，在鼠牙盘脱开后，蜗轮转到一定角度与蜗轮固定在一起的圆环14上的凸块便碰到滑块4，蜗轮便通过圆盘14上的凸块带动滑块4，连同轴6、刀盘一起进行转位。
3刀架定位锁紧
当转到要求位置后，刷形选位器发出信号，使电动机反转，圆盘14上的凸块与滑块4脱离，不再带动轴6转动，蜗轮5与轴6上的螺纹使轴6右移，鼠牙盘2、3结合定位，电磁制动器通电，维持电动机轴上的反转力矩，保证鼠牙盘之间有一定的压紧力。
4刀架转位结束
最后电动机断电，同时轴6右端的小轴13压下微动开关12，发出转位结束信号。刀具在刀盘上由压板15及调节锲铁16来夹紧，更换刀具和对刀十分方便。刀架的选位由刷形选位器进行。松开、夹紧位置检测则由微动开关12实行，整个刀架是一个纯电气系统，结构简单。
第四节 数控车刀架电器控制系统设计
电气是机械的大脑，通过对电气原理的设计可以执行复杂的机械动作。本章主要讲述的是数控刀架电气知识，通过对编码器、刀架的接线原理图和具体的经济型刀架换刀过程的梯形图介绍让我们对刀架的电气原理运用有更深一步的认识。
4.1刀架的控制和接口
控制部分主要采用可编程控制器进行控制，可以方便灵活的调整控制过程以及控制速度，检测是否到所需要的刀位，我们采用编码器进行到位检测，是否压紧则采用行程开关进行检测。
任何一个NC系统都有硬件和软件两部分组成，硬件是一个NC系统的基
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