机床刀架

刀架是数控车床非常重要的部件。数控车床根据其功能，刀架上可安装的刀具数量—般为4把、6把、8把、10把12把、20把、24把，有些数控车床可以安装更多的刀具。刀架的结构形式一般为回转式，刀具沿圆周方向安装在刀架上，可以安装径向车刀、轴向车刀、钻头、镗刀。车削加工中心还可安装轴向铣刀、径向铣刀。少数数控车床的刀架为直排式，刀具沿一条直线安装。

机床刀架主要包括刀架体、安装座、刀架滑板和刀架滑块等部件。刀架的设计使其能够夹紧并固定刀片，使其能够在机床主轴的旋转和运动下完成对工件的加工。

车床刀架的工作原理是通过电机带动工件旋转，同时车刀安装在刀架上，由刀架滑动在滑板上。刀架通过滑块和换向机构进行前后移动和径向移动，以实现对加工形状和尺寸的控制。这一过程中，安装座固定并调节刀具，以确保其能按照预定的路径和深度进行切削。

对于数控车床，刀架的作用更加复杂。数控车床刀架是数控车床的辅助装置，可在一次装夹中完成多种甚至所有的加工工序。其工作原理通常涉及多个步骤，包括刀架抬起、刀架转位、刀架定位和夹紧。当数控系统发出换刀指令后，刀架电动机开始转动，通过蜗杆、蜗轮等机构，使刀架上的刀体升高到合适的高度，并通过定位销进行粗定位。接着，电动机继续反转，直到夹紧力增加，转矩达到一定数值，传感器控制电动机停止转动，刀架锁紧，完成刀具的更换和定位。

一、机床刀架的特点

1、结构多样：

刀架的结构形式多样，常见的有回转式和直排式。回转式刀架刀具沿圆周方向安装，适用于多种刀具的切换;直排式刀架刀具沿一条直线安装，结构相对简单。

数控车床的刀架还有专用刀架和通用刀架之分。专用刀架由车床生产厂商自己开发，所使用的刀柄也是专用的，制造成本低但缺乏通用性;通用刀架则根据一定的通用标准生产，数控车床生产厂商可以根据数控车床的功能要求进行选择配置。

2、高精度：

机床刀架需要确保刀具在切削过程中的稳定性和精度，以减少切削误差和提高加工质量。因此，刀架的设计和制造都需要达到较高的精度要求。

3、高刚性：

刀具在机床加工中承受着较大的切削力和弯曲力，机床刀架需要具有足够的刚性来支撑刀具，防止刀具变形和磨损，从而延长刀具的使用寿命。

4、易于更换和调试：

刀柄式刀架等类型的刀架设计使得刀具的更换和调试变得相对简单快捷，提高了机床的加工效率和灵活性。

二、机床刀架的用途

1、支撑刀具：

机床刀架的主要作用是支撑刀具，使其能够在机床主轴的旋转和运动下完成对工件的加工。刀架通过夹紧和固定刀具，确保刀具在切削过程中的稳定性和精度。

2、传递切削力：

机床刀架可将电机的动力传递给刀具，使其旋转切削工件。同时，刀架还能够通过刀具与工件表面的接触力，支撑、稳定和平衡刀具，推动切削工具运动，从而更好地发挥工具的切削效果。

3、导向切削运动：

当机床进行切削加工时，切削工具的运动轨迹十分复杂，需要精准的导向以保证加工精度和质量。机床刀架可以通过导向体、定位体和运动副等装置，起到精准导向和定位的作用，提高加工精度和准确性。

4、提高加工效率：

数控车床的刀架可以配备多种刀具，通过自动换刀机构实现快速换刀，从而减少了非加工时间，提高了加工效率。

5、适用于多种加工方式：

机床刀架可以安装不同类型的刀具，如径向车刀、轴向车刀、钻头、镗刀等，适用于多种加工方式，如车削、铣削、钻削等。

一、机床刀架的日常保养

1、清理刀架：

每次使用后，应及时清理刀架表面的灰尘、切屑和切削液，防止污物进入刀架体内，导致内部零件腐蚀或卡死。

清理时，可使用清洁剂和刷子，确保刀架干净无杂物。

2、润滑维护：

机床刀架内部的滑动部件需要经常进行润滑，以保证其灵敏度和持久性。

常用的润滑油包括轻质机油和润滑油，应定期检查刀架内部润滑情况，并及时补充。

3、防止生锈：

在潮湿或经常沾水的环境中，机床刀架容易生锈。因此，可在刀架表面喷涂一层防锈油或涂上一层防锈蜡，以增加耐久性。

4、检查刀具：

定期检查刀具的切削刃是否损坏，确保刀具的切削性能和安全性。

二、机床刀架的定期检查与维护

1、检查传感器元件：

经常检查并紧固传感器元件盘(发信盘)、磁铁、连线等，确保连接牢固，避免松动导致刀架转不到位或越位。

2、检查机械配合：

定期检查刀架内部机械配合情况，如刀架轴、蜗轮、蜗杆等部件的磨损和松动情况。如有异常，应及时进行调整或更换。

3、检查弹簧和反靠定位销：

定期检查刀架内部的弹簧、反靠定位销、后靠棘轮等部件是否起作用，避免机械卡死或定位不准确。

4、电气系统检查：

定期检查刀架的电气系统，包括电机、线路、开关等部件，确保电气系统正常可靠。

三、维修注意事项

1、拆卸与装配：

在拆卸和装配刀架时，应按拆卸顺序进行，避免使用硬物乱打乱敲，影响零件精度。

拆卸时应记清霍尔元件的接线端，并做好记号，以防接错控制线。

2、清洗与润滑：

拆卸下来的部件应进行彻底清洗，去除油污和锈蚀。

清洗后，应在传动部件上涂抹润滑脂，确保部件运转灵活。

3、通电测试：

装配完成后，应进行通电测试，检查刀架是否能够正常转动和定位。

如发现异常，应及时进行排查和修复。

一、零件分析与工艺设计

机床刀架，如CA6140车床刀架座，通常属于箱壳类零件，结构较为复杂，加工表面较多。在生产工艺开始之前，首先需要对零件进行详细的分析，包括其作用、结构特点、技术要求等。基于这些分析，进行工艺设计，确定毛坯的制造形式、基面的选择、工艺路线、机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸等。

二、毛坯制造与基面选择

毛坯制造：根据零件的材料(如45钢)和外轮廓结构特点，选择合适的毛坯制造形式。对于结构相对简单且所受冲击不大的零件，锻造毛坯是一个常见的选择。

基面选择：基面的选择是工艺设计中的重要环节。粗基准通常选择不加工表面，且应以与加工表面要求相对位置精度较高的不加工表面作为粗基准。精基准的选择则需要考虑基准重合的问题，以确保加工精度。

三、主要加工工序

机床刀架的主要加工工序包括铣削、镗孔、钻孔、扩孔等。以下是一个典型的加工流程：

铣削：首先进行上下表面及四侧面的粗铣和精铣，以确保零件的尺寸和形状精度。

钻孔与扩孔：根据设计要求，进行相应孔径的钻孔和扩孔操作。

镗孔：对于需要高精度孔的加工，采用镗孔工艺，包括粗镗和精镗，以确保孔的尺寸精度和表面粗糙度。

四、夹具设计与使用

在机床刀架的加工过程中，夹具的设计和使用至关重要。夹具需要确保零件在加工过程中的稳定性和精度。设计夹具时，需要考虑定位基准的选择、切削力及夹紧力的计算、定位误差分析等因素。同时，夹具的操作说明和安全性也需要得到充分的考虑。

五、切削用量与工时确定

切削用量包括切削速度、进给量等参数，这些参数的确定直接影响到加工效率和加工质量。根据零件的材料、加工要求和机床的性能，合理确定切削用量。同时，根据加工工序和切削用量，计算各工序的基本工时，以评估生产效率和成本。

六、质量检测与验收

在机床刀架的加工完成后，需要进行质量检测与验收。这包括尺寸精度、形状精度、位置精度、表面粗糙度等方面的检测。通过质量检测，可以确保机床刀架满足设计要求和使用要求。

七、维修保养

虽然问题主要关注的是生产工艺，但值得一提的是，机床刀架在使用过程中的维修保养同样重要。定期的清洁、润滑、检查和调整可以延长刀架的使用寿命，确保其稳定性和精度。同时，对于出现的故障和磨损，需要及时进行修复和更换。

一、刀架的选择与材质

1、材质选择：

铸铁材质：成本低、易加工，但抗弯强度和耐磨性较差，适合加工软质材料。

钢材质：抗弯强度和耐磨性相对较好，成本较高，适合加工硬质材料。

铝合金材质：重量轻、强度高、耐腐蚀性强，但抗磨性相对较差，适合长时间加工高温材料。

树脂材质：成本低、具有一定的韧性和耐磨性，但耐高温性较差。

2、选择合适的刀架：

根据加工工件的材质和加工要求，选择适合的刀架材质和类型。

刀架应具有良好的转位精度和重复定位精度，以保证加工质量。

二、刀架的安装与维护

1、安装注意事项：

刀架的安装应牢固可靠，避免在加工过程中发生松动或变形。

安装前应检查刀架的各部件是否完整，有无损坏或磨损。

2、维护保养：

定期对刀架进行清理，去除表面的灰尘和切屑，防止污物进入刀架内部。

检查刀架的夹紧机构是否可靠，确保刀具在加工过程中不会松动或脱落。

检查刀架的润滑情况，定期加注润滑油，保证刀架的灵活性和持久性。

三、刀架的操作与调整

1、操作注意事项：

在操作刀架时，应遵守机床的操作规程和安全规范。

避免在刀架运转过程中进行手动调整或维修。

2、调整与校准：

定期对刀架进行校准，确保其转位精度和重复定位精度。

如发现刀架出现过位或不到位的情况，应及时调整发信盘和电刷的位置。

四、刀架的故障处理

1、常见故障：

刀架无法转动或转动不灵活：可能是由于润滑不良、夹紧机构故障或内部机械故障导致。

刀具松动或脱落：可能是由于夹紧机构损坏或调整不当导致。

2、处理方法：

对于润滑不良的情况，应加注润滑油或更换润滑油。

对于夹紧机构故障，应检查并更换损坏的部件。

对于内部机械故障，应拆开刀架进行检修或更换损坏的部件。

五、安全注意事项

1、停机检查：

在机床工作前，应停机检查刀架的状态，确保其处于正常工作状态。

2、防护措施：

在操作机床时，应佩戴好防护用品，如安全帽、防护眼镜等。

避免在机床运转过程中靠近刀架或触摸刀具。

一、刀架不转动故障

★ 故障现象

数控车床刀架不转动，系统一般会提示架位信号错误。

★ 可能原因

1.刀架继电器过载后断开。

2.刀架电机380V相位错误，导致电机通电后立即反转，刀架不能旋转。

3.刀架电机三相缺相。

4.用于刀架位置信号的24V电源故障。

5.刀架主体中心轴上的推力球轴承被轴向定位盘压碎，导致轴承不能旋转。

6.控制系统内的“系统位置板”故障。

★ 排除方法

1.检查机床强电流线路，确保继电器未过载。

2.拆卸刀架，检查电机相位，确保连接正确。

3.检查电机三相电源，确保无缺相现象。

4.检查24V电源，确保电源正常。

5.拆开刀架，调整推力球轴承间隙，更换损坏部件。

6.更换“系统位置板”。

二、刀架锁紧不到位故障

★ 故障现象

刀架转位后，锁紧不紧或不到位，用手拉时刀架会左右晃动。

★ 可能原因

1.刀架电机反向电路故障，导致电机不反转。

2.刀架旋转时，用于升降刀架的螺丝初始位置不对，导致回复位置也不对。

★ 排除方法

1.检查电机反向控制电路，确保电路正常。

2.拆卸刀架本体，调整螺栓杆凸台缺口和靶的初始位置。

三、刀架移位故障

★ 故障现象

刀架移位时，转了多个刀位，且不能固定在任何刀位上。

★ 可能原因

1.检测刀架位置的霍尔元件故障。

2.控制系统的CPU板或位置信号板故障。

★ 排除方法

1.检测霍尔元件的静态和动态参数，如参数异常，更换部件。

2.更换CPU板或位置信号板。

四、刀架转位不停故障

★ 故障现象

刀架在调用某刀号时，旋转不止，无法定位。

★ 可能原因

1.霍尔元件损坏或偏离磁块。

2.刀架信号线断路。

3.系统的刀位信号接收电路有问题。

★ 排除方法

1.确认是哪个刀位使刀架转不停，在系统上输入指令转动该刀位，用万用表量该刀位信号触点对24V触点是否有电压变化。若无变化，可判定为该刀位霍尔元件损坏，更换发信盘或霍尔元件。

2.检查该刀位信号与系统的连线是否存在断路，正确连接。

3.在确定霍尔元件和连线无问题的情况下，更换主板。

五、其他常见故障及排除方法

1、刀架预紧力过大：

现象：刀架不易启动。

原因：预紧力过大。

排除方法：调小刀架电动机夹紧电流。

2、刀架内部机械卡死：

现象：蜗杆端部顺时针方向转不动。

原因：机械卡死。

排除方法：检查夹紧装置反靠定位销、主轴螺母是否锁死，并进行相应调整;拆开检查润滑情况，加以润滑处理。

3、电气故障：

现象：电源不通、电动机不转。

原因：熔丝熔断、电源开关接触不良、刀架至控制器之间电缆线断裂等。

排除方法：更换熔丝、调整开关位置、检查电缆线连接情况。

4、撞车故障：

现象：刀具与工件(或卡盘)猛烈撞击，刀架无法转动。

原因：对刀、切削量过大或G54(零点偏置)设置不正确。

排除方法：拆卸刀架机械部分，将链条挂上(蜗杆头部有链轮)，手动将蜗杆旋入，使之与蜗轮啮合，检查啮合间隙。

5、伺服系统故障：

现象：刀架转动时，伺服电机产生报警，切断伺服电源。

原因：伺服电机过载或烧毁。

排除方法：检查机械部分及伺服单元，更换伺服电机。