数控转塔刀架分类与结构分析

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。
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。
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）
➢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。
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 。
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
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
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。
➢ 双联齿盘方式 ➢ 三联齿盘方式（如图2.11）
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。
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。
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。
圆型轴向刀盘
多角型径向刀盘
皇冠型刀架
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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
➢ 其中车铣概念复合机无疑是一项新技术结合的工具机杰作，最大的优点 在于可轻易地在同一机台上做复杂零件的加工，车铣复合机可同时进行 车削( Turning )、钻孔( Drilling )、攻牙( Thread Cutting )、端 面切槽( Slot Cutting )、侧面切槽( Keyway Cutting )、侧面铣削 ( Face Cutting )、角度钻孔( C-axis Angle Drilling )、曲线铣削 ( Cam Cutting )….等等。即由一台工具机即可完成一个零件的所有加 工流程，大大降低上下料换机台加工的时间，以及减少人为公差的机会， 达到“Do In One”的加工概念（如图2.5）。