刀架换刀过程工作原理:换刀信号?电机正转?刀架抬起?刀架转位?刀位信号?电机反转?初定位?精定位刀架压紧?电机过流停转?换刀结束。

　　(1)切削刀具数量较多，可安装多种形式的刀具，至少应能安装同类表面加工所需各种的各种车外圆刀具或孔加工刀具，并且刀具易于更换和调正;

　　相邻刀具之间要有合适的距离，避免刀具对工件、卡盘、尾座等发生干涉和碰撞;刀架大小要合理;

　　(3)换刀快速准确，在PC可编程序器及其软件配合下，可实现最短路线)结构简单，定位夹紧可靠，强度高，能承受机床强力切削和连续长时间正常工作;

　　(5)定位精度高，且应具有较高的精度稳定性和保持性。2.1.1液压式结构

　　六角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,其换刀动作可以分为以下四个步骤。

　　(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，活塞上升，刀架体抬起使定位活动插销与固定插销脱开。同时，活塞杆下端的端齿离合器与空套齿轮结合。(2)刀架转位当刀架抬起之后，压力油由C孔转入液压缸左腔，活塞向右移动，通过连接板带动齿条移动，使空套齿轮做逆时针方向转动，通过端齿离合器使刀架转过60?。活塞的行程应等于齿轮节圆周长的1/6，并由限位开关控制。

　　(3)刀架压紧刀架转位之后，压力油由B孔进入压紧液压缸的上腔，活塞带动刀架体下降。中心轴轴套的底盘上精确的安装着六个带斜楔的圆柱固定插销，利用活动插销消除定位销与孔之间的间隙，从而实现可靠定位。刀架体下降时，定位活动插销与另一个固定插销卡紧，同时中心轴轴套与刀架套的锥面接触，刀架

　　在新的位置定位并压紧。这里，端齿离合器与空套齿轮脱开。(4)转位液压缸复位发架压紧之后，压力油由D孔进入转位液压缸右腔，活塞带动齿条复位。由于此时端齿离合器已脱开，齿条带动齿轮在轴上空转。推杆与相应的角头接触，发出信号表示换刀过程已经完成

　　(1)刀架抬起当数控装置发出换刀指令后，电机正转，并经联轴器、轴，滑键带动蜗杆、蜗轮、轴、轴套转动。轴套的外圆上有两处凸起，可在套筒内孔中的螺旋槽内滑动，从而举起与套筒相连的刀架及上端齿盘，使上齿盘与下端齿盘分开，完成刀架抬起动作。

　　(2)刀架转位刀架抬起后，轴套仍在继续转动，同时带动刀架转过60?(若不到位，刀架还可继续转位120?、180?、240?、

　　300?、360?)，并由微动开关发出信号给数控装置。(3)刀架压紧刀架转到位后，由微动开关发出的控制信号使电机反转，销使刀架定位而不随轴套回转，于是刀架向下移动，上、下端六分度齿盘合拢压紧进行精确定位，而电机继续反转从而使中心轴产生向上的轴向力作用在推力球轴承上，轴承则用螺钉将压盖固定使推力球轴承不移动。

　　液压式结构中液压系统需要良好的维护保养—由于液压部件是精密部件并在高压力之下使用，因此需要良好的维护保养，以防止生锈、腐蚀、污垢、油变质等等，所以必须保持清洁和使用适当的液压油。工作过程中损失大、效率低、发热大，液压元件加工精度高，造价高，当采用油作为传动介质的时候还需要注意防火问题。最后，液压系统的故障比较难查找，对操作人员的技术水平要求较高。

　　机械式结构中六分度齿盘只能实现单步分度,每次转位都要重复抬刀、转位、复位压紧的过程，当所选刀位与现处刀位数相差较大时，难以实现按最短路径逻辑选刀，刀架转位时间长，机械磨损大，而且当齿盘设计参数不合理时，容易产生刚性冲击，影响使用寿命。

　　2.2定位(分度)方案的确定2.2.1弹簧销式定位弹簧销定位刀架结构是一种老结构。在六角刀架上，采用6个斜形圆槽于底面。定位销插入一个槽内，刀架转动时，定位销随着刀架的转动而在槽内移动，电机反转时，刀架由于定位销的初定位而下移。特点:(1)结构简单成本低;(2)确定刀具转动位置。缺点:采用定位销定位，接触性能和定位精度差。2.2.2齿盘式定位

　　端面六分度齿盘定位刀架结构(图2.1)除数控刀架外，普通车床上虚用的较少。刀架上，在电机反转，定位销初定位后，由端齿盘进行精定位，从面进行压紧和松开，特点:(1)采用端齿盘定位，齿盘接合力大，接触面越用越精确，刀架转位定位精度高;

　　六斜面等高齿盘结构类似于端面凸轮，但比端面凸轮结构简单，稳定性高，制造容易，既能用斜面作升程，使刀架体旋转、升降，又能起到离台器的作用，带动主轴旋转分度，当端面齿使用磨损后，可以调正螺母消除间隙，保证刀架体与刀座间的锁紧和足够的刚性。回转刀架分度定位机构采用端面齿牙盘定位，其定位刚

　　性高。由于齿牙盘定位有补偿作用，随使用时间增长定位精度相应提高，刀盘的刀位由PC控制，具有逻辑转位功能，刀架在下

　　对比方案的优缺点,则选择机械式方案,再用弹簧销初定位,再用六斜面等高齿盘进行精定位。

　　机床主电机功率为7.5kw，计算传动效率为η=0.8，加工直径为400mm，工件采用主轴转速n=1000,6000r/min，主切削力

　　刀架在切削过程中保持正常工作时，必须压紧力产生的力矩大于或等于车削时的三个分力PX、PY、PZ对刀架产生的颠覆力矩，即\*MERGEFORMAT

　　\* MERGEFORMAT 回转刀架刀盘用2根弹簧销增加阻尼，经计算弹簧力Q=20.96N，3则作用于刀架的轴向力和圆周力分别为

　　许多机械加工需要微量进给。要实现微量进给，步进电机、直流伺服交流伺服电机都可作为驱动元件。对于后两者，必须使用精密的传感器并构成闭环系统，才能实现微量进给。在开环系统中，广泛采用步进电机作为执行单元。这是因为步进电机具有以下优点:

　　采用步进电机作为驱动单元，其机构也比较简单，主要是变速齿轮副、滚珠丝杠副，以克服爬行和间隙等不足。通常步进电机每加一个脉冲转过一个脉冲当量;但由于其脉冲当量一般较大，如0.01mm，在数控系统中为了保证加工精度，广泛采用步进电机的细分驱动技术。

　　整个刀架的传动效率 \* MERGEFORMAT 两离合齿均为钢件，取钢—钢接触面的静摩擦系数,=0.15，则摩擦力为

　　\* MERGEFORMAT 根据电机标准和安全因素，取刀架电机功率为120W，经实践该刀架在强力切削等重载荷作用下，工作全部正常，达到设计要求。 3.3 确定齿盘及套筒螺旋槽的参数

　　考虑齿盘主要用于精确定位和夹紧，齿形选用三角齿形，上下齿盘由于需相互啮合，参数可相同。当蜗轮轴旋转150?时，上刀

　　(1)选择传动的类型，精度等级和材料 考虑到传递的功率不大，转速也不高，先用ZA蜗杆传动，精度8c(GB/T10089-1988).

　　蜗轮齿厚测量高度: \* MERGEFORMAT 3.5 蜗杆轴的设计 3.5.1 蜗杆轴的材料选择，确定许用应力 考虑轴主要传递蜗轮的转矩，为普通用途中小功率减速传动装置。

　　圆锥滚子轴承是现代机器中广泛应用的部件之一。它是依靠主要元件的滚动接触来支撑转动零件的。与滑动轴承相比，滚动轴承摩擦力小，功率消耗少，启动容易等优点。并且常用的滚动轴承绝大多数已经标准化，因此使用滚动轴承时，只要根据具体工作条件正确选择轴承的类型和尺寸。验算轴承的承载能力。以及与轴承的安装、调整、润滑、密封等有关的“轴承装置设计”问题。 5.1.1 轴承的类型

　　考虑到轴各个方面的误差会直接传递给加工工件时的加工误差，因此选用调心性能比较好的深沟球轴承。此类轴承可以同时承受径向载荷及轴向载荷，安装时可调整轴承的游隙。

　　滚动轴承是标准件，为使轴承便于互换和大量生产，轴承内孔于轴的配合采用基孔制，即以轴承内孔的尺寸为基准;轴承外径与外壳的配合采用基轴制，即以轴承的外径尺寸为基准。 5.2圆锥销的用途

　　主要用于定位，也可做固定零件、传递动力用，多用于经常拆卸场合。有1:50的锥度，便于安装。定位精度比圆柱销高，在受横向力时能够自锁，销孔需铰制。

　　(a) 满足强度和刚度要求。因为刀架体的刚度不仅影响传动零件的正常工作，而且还影响部件的工作精度。

　　(b) 结构设计合理。如支点的安排、开孔位置和连接结构的设计等均要有利于提高刀架体的强度和刚度。

　　(c) 工艺性好。包括毛坯制造、机械加工及热处理、装配调整、安装固定、吊装运输、维护修理等各方面的工艺性。 刀架体的常用材料有:

　　铸铁，多数刀架体的材料为铸铁，铸铁流动性好，收缩较小，容易获得形状和结构复杂的箱体。铸铁的阻尼作用强，动态刚性和

　　机加工性能好，价格适度。加入合金元素还可以提高耐磨性。铸造铝合金，用于要求减小质量且载荷不太大的箱体。多数可通过热处理进行强化，有足够的强度和较好的塑性。

　　采床身是数控车床的主要支承件，它支承着数控车床的床头箱，床鞍，刀架，尾座等部件;承受着切削力，重力，摩擦力等静态力的动态力的作用。其结构的合理性的性能的好坏直接影响着数控车床的制造成本;影响着车床各部件之间的相对位置精度和车床在工作中各运动部件的相对运动轨迹的准确性，从而影响着工件的加工质量;还影响着车床所用刀具的耐用度，同时也影响着机床的工作效率和寿命等等。因此床身特别是数控车床的床身具有足够的静态刚度和较高的刚度/质量比;良好的动态性能;较小的热变形和内应力;并易于加工制造，装配等;才能满足数控车床对床身的要求。

　　数控车床工作时，主要受到水平方向和垂直方向切削力的作用，使床身在水平面和垂直面内发生弯曲，以及在这些分力联合作用下的扭转，其中，影响最大的是床身水平面内的弯曲。因此，在床身不太长的情况下，主要应提高床身在水平面内的弯曲刚度。 床身在弯曲、扭转载荷作用下，床身的变形与床身的截面的抗弯惯性矩和抗扭惯性矩有关。材料、截面相同，但形状不同的床身，载面的惯性矩相差很大。截面积相同时，采用空形截面，加大外

　　轮廓尺寸，在工艺允许的情况下，尽可能减小壁厚，可以大大提高截面的抗弯和抗扭刚度;矩形截面的抗弯刚度高于圆形截面，但圆形截面的抗扭刚度较高;封闭截面的刚度显著高于不封闭截面的刚度。

　　本次设计采用了六工位刀架，通过电机驱动，涡轮蜗杆的传动，有效的实现了缩短辅助时间,减少多次安装零件引起的误差。本次设计的六工位自动回转刀架结构比较简单，满足时间短,刀具重复定位精度够,足够的刀具存储以及安全可靠等基本要求。 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和减少刀架在切削力作用下的位移变形，提高加工精度。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，加工过程中刀架部位要进行人工调整，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高的重复定位精度(一般为0.001,0.005mm)。