刀架

刀架是數控車牀非常重要的部件。數控車牀的刀架上可安裝的刀具數量—般為4把、6把、8把、10把、12把、20把、24把，有些數控車牀可以安裝更多的刀具。刀架的結構形式可分為迴轉式和直排式。通常是迴轉式，刀具沿圓周方向安裝在刀架上，可以安裝徑向車刀、軸向車刀、鑽頭、鏜刀，車削加工中心還可安裝軸向銑刀、徑向銑刀；少數數控車牀的刀架為直排式，刀具沿一條直線安裝。

數控車牀可以配備兩種刀架；專用刀架由車牀生產廠商自己開發，所使用的刀柄也是專用的。這種刀架的優點是製造成本低，但缺乏通用性。通用刀架根據一定的通用標準而生產的刀架，數控車牀生產廠商可以根據數控車牀的功能要求進行選擇配置。

數控刀架的發展趨勢是：隨着數控車牀的發展，數控刀架開始向快速換刀、電液組合驅動和伺服驅動方向發展。國內數控刀架以電動為主，分為立式和卧式兩種。立式刀架有四、六工位兩種形式，主要用於簡易數控車牀；卧式刀架有八、十、十二等工位，可正、反方向旋轉，就近選刀，用於全功能數控車牀。另外卧式刀架還有液動刀架和伺服驅動刀架。

國產數控車牀今後將向中高檔發展，中檔採用普及型數控刀架配套，高檔採用動力型刀架，兼有液壓刀架、伺服刀架、立式刀架等品種，近年來需要量可達10000～50000台。

一是高速、可靠，追求的目標是換刀時間儘量的短，以換取加工中心和車削中心的高效性；

二是簡單實用、造價低、使用可靠，但換刀速度不快。

數控刀架是以迴轉分度實現刀具自動交換及迴轉動力刀具的傳動。因此技術含量高，已趨向專業化開發生產。所以對數控轉塔刀架的研究開發及應用已引起數控機牀行業重視。

典型數控轉塔刀架一般由動力源（電機或油缸、液壓馬達）、機械傳動機構、預分度機構、定位機構、鎖緊機構、檢測裝置、接口電路、刀具安裝台（刀盤）、動力刀座等組成。數控轉塔刀架的動作循環為：T指令（換刀指令——刀盤旋轉——刀位檢測——預分——精確定位——刀盤鎖緊——結束信號。

數控機牀上的刀架是安放刀具的重要部件，許多刀架還直接參與切削工作，如卧式車牀上的四方刀架，轉塔車牀的轉塔刀架，回輪式轉塔車牀的回輪刀架，自動車牀的轉塔刀架和天平刀架等。這些刀架既安放刀具，而且還直接參與切削，承受極大的切削力作用，所以它往往成為工藝系統中的較薄弱環節。隨着自動化技術的發展，機牀的刀架也有了許多變化，特別是數控車牀上採用電(液)換位的自動刀架，有的還使用兩個迴轉刀盤。加工中心則進一步採用了刀庫和換刀機械手，定現了大容量存儲刀具和自動交換刀具的功能，這種刀庫安放刀具的數量從幾十把到上百把，自動交換刀具的時間從十幾秒減少到幾秒甚至零點幾秒。因此，刀架的性能和結構往往直接影響到機牀的切削性能、切削效率和體現了機牀的設計和製造技術水平 ^[1]  。

1）換刀時間短，以減少非加工時間。

2）減少換刀動作對加工範圍的干擾。

3）刀具重複定位精度高。

4）識刀、選刀可靠，換刀動作簡單可靠。

5）刀庫刀具存儲量合理。

6）刀庫佔地面積小，並能與主機配合，使機牀外觀協調美觀。

7）刀具裝卸、調整、維修方便，並能得到清潔的維護。

數車刀架故障主要是機械或電氣的故障，要儘快查找及時排除刀架故障，首先認識數控車刀架的內部結構，熟悉其機械原理與電氣控制原理，這點對初學者更重要 ^[2-3]  。

主機系統發出轉位信號後，刀架電機電源接通，開始轉動，電機順時針正轉通過聯接座上的聯軸器帶動蝸桿軸轉動，從而帶動銅材料蝸輪轉動，蝸輪的上部外圓柱加工的外螺紋與上刀架體內孔的內螺紋旋合。蝸輪內孔與刀架中心定軸外圓是動配合，在轉位換刀時，中心定軸固定不動，蝸輪環繞中心定軸旋轉。當蝸輪順時針轉動時，蝸輪的上部外螺紋把上刀架體抬起，上刀架體的齧盤和下刀的齧盤脱開，反靠銷離開反靠盤的槽子，當刀架體抬至一定距離後，端面齒脱開。蝸輪端面上兩孔的銷釘與轉位套兩孔相接，轉位套隨蝸輪一同轉動，上刀架體前後兩側有圓柱銷在彈簧力作用下進入轉位套的槽中，帶動上刀架體轉位，當轉到程序指定的刀位後號時，發信盤上的霍爾元件與上刀架體上的磁鋼對準，發出到位訊號給主機系統，然後系統發出反轉延時訊號，電機反轉，上刀體稍有反轉，上刀架體下端兩反靠銷進入反靠盤的槽子中，上刀架體的齧盤和下刀的齧盤合併鎖緊，電機反轉延時結束。這樣，刀架便完成了換刀程序，主機可執行下一道工序，有了對刀架結構及機械原理的瞭解，則方便我們分析故障。

手動狀態下，按下面板手動換刀按鍵，車牀刀架不動作，沒有聽到刀架電機旋轉的聲音，機牀面板屏幕上報警號為{05}換刀時間過長。

（1）故障排查：出現這個故障後， 當按下面板手動換刀按鍵，再按診斷面板按鍵時發現序號 005診斷信息，TL+刀架正轉信號電平為1，TL-刀架反轉電平信號為 0，證明系統有正轉信號輸出。

（2）進一步檢查，信號從系統至電機傳送是否正常，把刀架電機罩拆去，先按面板的復位鍵，再按一次手動換刀按鍵，然後用驗電筆測驗刀架電機的三個接入線端是否有電。驗電筆指示燈亮，證明控制電機有電，信號傳輸正常。

（3）在診斷面板按鍵時發現序號000代碼為00001110，因為後四位數表示四位刀架的狀態參數號，未位 0代表刀架工作狀態刀位號T1，此時刀位位置也是T1，其餘刀位號是高電位，證明刀架信號沒有問題。

由此推斷是機械故障，拆開刀架側面的悶頭，用內六角扳手正轉蝸槓軸端部螺帽時刀架不能轉動。

拆時，發現聯接轉位套與蝸輪螺桿的離合銷折斷，蝸輪與蝸槓有髒物卡住，更換離合銷。裝拆時要注意以下幾點：

（1）注意記清霍爾元件的接線端，做好記號，可以用色筆用數字把四位刀位號相對應的霍爾元件作標記，作記號以防接錯控制線。刀位號的霍爾元件與上刀架體上的磁鋼對應.。

（2）拆卸時應按拆卸順序，不能用硬物亂打亂敲，影響零件精度。

（3）裝配時所有零件清洗乾淨，傳動部件上潤滑脂，不要把轉位套裝反。

（4）裝配大螺母擰緊後，用內六角扳手正轉蝸槓軸，觀察刀架體轉動是否正常，再通電檢查。

（5）通電後，注意檢查並旋動調整發信盤位置，使刀架的霍爾元件對準磁鋼，使刀位停在準確位置。

數控車牀刀架故障相對數控內部系統的故障而言，難度低些，但刀架故障發生次數相對較多，所以儘快維修，提高機牀的利用率，就必須查清刀架在機牀內部CNC系統控制、PLC系統、電氣控制、機械傳動的原理，才能分清刀架各種故障發生的原因，總結並掌握檢測方法，從而提高機牀刀架故障維修的速度 ^[4]  。