【正文】 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(tǒng)中的較薄弱環(huán)節(jié)。隨著自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，機(jī)床的刀架也有了許多變化，特別是數(shù)控車床上采用電(液)換位的自動(dòng)刀架，有的還使用兩個(gè)回轉(zhuǎn)刀盤。加工中心則進(jìn)一步采用了刀庫(kù)和換刀機(jī)械手，定現(xiàn)了大容量存儲(chǔ)刀具和自動(dòng)交換刀具的功能，這種刀庫(kù)安放刀具的數(shù)量從幾十把到上百把，自動(dòng)交換刀具的時(shí)間從十幾秒減少到幾秒甚至零點(diǎn)幾秒。因此，刀架的性能和結(jié)構(gòu)往往直接影響到機(jī)床的切削性能、切削效率和體現(xiàn)了機(jī)床的設(shè)計(jì)和制造技術(shù)水平。編輯本段基本要求：1）換刀時(shí)間短，以減少非加工時(shí)間。 　　2）減少換刀動(dòng)作對(duì)加工范圍的干擾。 　　3）刀具重復(fù)定位精度高。 　　4）識(shí)刀、選刀可靠，換刀動(dòng)作簡(jiǎn)單可靠。 　　5）刀庫(kù)刀具存儲(chǔ)量合理。 　　6）刀庫(kù)占地面積小，并能與主機(jī)配合，使機(jī)床外觀協(xié)調(diào)美觀。 　　7）刀具裝卸、調(diào)整、維修方便，并能得到清潔的維護(hù)[4]。編輯本段數(shù)控刀架的類型按換刀方式的不同，數(shù)控車床的刀架系統(tǒng)主要有回轉(zhuǎn)刀架、排式刀架和帶刀庫(kù)的自動(dòng)換刀裝置等多種形式，下面對(duì)這三種形式的刀架作簡(jiǎn)單的介紹。 　　排式刀架 　　排式刀架一般用于小規(guī)格數(shù)控車床，以加工棒料或盤類零件為主。其結(jié)構(gòu)形式為： 　　夾持著各種不同用途刀具的刀夾沿著機(jī)床的X坐標(biāo)軸方向排列在橫向滑板上。這種刀架在刀具布置和機(jī)床調(diào)整等方面都較為方便，可以根據(jù)具體工件的車削工藝要求，任意組合各種不同用途的刀具，一把刀具完成車削任務(wù)后，橫向滑板只要按程序沿X軸移動(dòng)預(yù)先設(shè)定的距離后，第二把刀就到達(dá)加工位置，這樣就完成了機(jī)床的換刀動(dòng)作。這種換刀方式迅速省時(shí)，有利于提高機(jī)床的生產(chǎn)效率。眾鑫機(jī)床廠生產(chǎn)的TC140全功能數(shù)控車床配置的就是排式刀架。 　　 2. 回轉(zhuǎn)刀架 　　回轉(zhuǎn)刀架是數(shù)控車床最常用的一種典型換刀刀架，一般通過液壓系統(tǒng)或電氣來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)床的自動(dòng)換刀動(dòng)作，根據(jù)加工要求可設(shè)計(jì)成四方、六方刀架或圓盤式刀架，并相應(yīng)地安裝4把、6把或更多的刀具。回轉(zhuǎn)刀架的換刀動(dòng)作可分為刀架抬起、刀架轉(zhuǎn)位和刀架鎖緊等幾個(gè)步驟。它的動(dòng)作是由數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出指令完成的?；剞D(zhuǎn)刀架根據(jù)刀架回轉(zhuǎn)軸與安裝底面的相對(duì)位置，分為立式刀架和臥式刀架兩種。 　　 3. 帶刀庫(kù)的自動(dòng)換刀裝置 　　上述排刀式刀架和回轉(zhuǎn)刀架所安裝的刀具都不可能太多，即使是裝備兩個(gè)刀架，對(duì)刀具的數(shù)目也有一定限制。當(dāng)由于某種原因需要數(shù)量較多的刀具時(shí)，應(yīng)采用帶刀庫(kù)的自動(dòng)換刀裝置。帶刀庫(kù)的自動(dòng)換刀裝置由刀庫(kù)和刀具交換機(jī)構(gòu)組成。數(shù)字控制，是一種自動(dòng)控制技術(shù)，是用數(shù)字化信號(hào)對(duì)控制對(duì)象加以控制的一種方法。數(shù)控機(jī)床是采用了數(shù)控技術(shù)的機(jī)床，或者說(shuō)是裝備了數(shù)控系統(tǒng)的機(jī)床。數(shù)控機(jī)床是典型的數(shù)控化設(shè)備，它一般由信息載體、計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)和機(jī)床四部分組成。伺服系統(tǒng)它是數(shù)控系統(tǒng)的執(zhí)行部分，包括驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和機(jī)床移動(dòng)部件,它接受數(shù)控裝置發(fā)來(lái)的各種動(dòng)作命令，驅(qū)動(dòng)受控設(shè)備運(yùn)動(dòng)。伺服電動(dòng)機(jī)可以是步進(jìn)電機(jī)、電液馬達(dá)、直流伺服電機(jī)或交流伺服電機(jī)。它是用于完成各種切削加工的機(jī)械部分，是在普通機(jī)床的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，但也做了很多改進(jìn)和提高，它的主要特點(diǎn)是：由于大多數(shù)數(shù)控機(jī)床采用了高性能的主軸及伺服傳動(dòng)系統(tǒng)，因此數(shù)控機(jī)床的機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)得到了簡(jiǎn)化，傳動(dòng)鏈較短；為了適應(yīng)數(shù)控機(jī)床連續(xù)地自動(dòng)化加工，數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)具有較高的動(dòng)態(tài)剛度、阻尼精度及耐磨性，熱變形較?。桓嗟夭捎酶咝鲃?dòng)部件，如滾珠絲杠副、直線滾動(dòng)導(dǎo)軌等；不少數(shù)控機(jī)床還采用了刀庫(kù)和自動(dòng)換刀裝置以提高機(jī)床工作效率[1]。數(shù)控機(jī)床集中了傳統(tǒng)的自動(dòng)機(jī)床、精密機(jī)床和萬(wàn)能機(jī)床三者的優(yōu)點(diǎn)，將高效率、高精度和高柔性集中于一體。而數(shù)控機(jī)床技術(shù)水平的提高首先依賴于進(jìn)給和主軸驅(qū)動(dòng)特性的改善以及功能的擴(kuò)大，為此數(shù)控機(jī)床對(duì)進(jìn)給伺服系統(tǒng)的位置控制、速度控制、伺服電機(jī)、機(jī)械傳動(dòng)等方面都有很高的要求。伺服系統(tǒng)是指以機(jī)械位置或角度作為控制對(duì)象的自動(dòng)控制系統(tǒng)。在數(shù)控機(jī)床中，伺服系統(tǒng)主要指各坐標(biāo)軸進(jìn)給驅(qū)動(dòng)的位置控制系統(tǒng)。伺服系統(tǒng)接受來(lái)自CNC裝置的進(jìn)給脈沖，經(jīng)變換和放大，再驅(qū)動(dòng)各加工坐標(biāo)軸按指令脈沖運(yùn)動(dòng)。這些軸有的帶動(dòng)工作臺(tái)，有的帶動(dòng)刀架，通過幾個(gè)坐標(biāo)軸的綜合聯(lián)動(dòng)，使刀具相對(duì)于工件產(chǎn)生各種復(fù)雜的機(jī)械運(yùn)動(dòng)，加工出所要求的復(fù)雜形狀工件。進(jìn)給伺服系統(tǒng)是數(shù)控裝置和機(jī)床機(jī)械傳動(dòng)部件間的聯(lián)系環(huán)節(jié)，是數(shù)控機(jī)床的重要組成部分。它包含機(jī)械、電子、電機(jī)(早期產(chǎn)品還包含液壓)等各種部件，并涉及到強(qiáng)電與弱電控制，是一個(gè)比較復(fù)雜的控制系統(tǒng)。要使它成為一個(gè)既能使各部件互相配合協(xié)調(diào)工作，又能滿足相當(dāng)高的技術(shù)性能指標(biāo)的控制系統(tǒng)，的確是一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的任務(wù)。提高伺服系統(tǒng)的技術(shù)性能和可靠性，對(duì)于數(shù)控機(jī)床具有重大意義，研究與開發(fā)高性能的伺服系統(tǒng)一直是現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床的關(guān)鍵技術(shù)之一。數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)的一般結(jié)構(gòu)如下圖所示：由于各種數(shù)控機(jī)床所完成的加工任務(wù)不同，它們對(duì)進(jìn)給伺服系統(tǒng)的要求也不盡相同，但通常可概括為以下幾方面：可逆運(yùn)行；速度范圍寬；具有足夠的傳動(dòng)剛度和高的速度穩(wěn)定性；快速響應(yīng)并無(wú)超調(diào)；高精度；低速大轉(zhuǎn)矩。伺服系統(tǒng)對(duì)伺服電機(jī)的要求： 從最低速到最高速電機(jī)都能平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)矩波動(dòng)要小， /min或更低速時(shí)，仍有平穩(wěn)的速度而無(wú)爬行現(xiàn)象。2） 電機(jī)應(yīng)具有大的較長(zhǎng)時(shí)間的過載能力，以滿足低速大轉(zhuǎn)矩的要求。一般直流伺服電機(jī)要求在數(shù)分鐘內(nèi)過載46倍而不損壞。3） 為了滿足快速響應(yīng)的要求，電機(jī)應(yīng)有較小的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和大的堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩，并具有盡可能小的時(shí)間常數(shù)和啟動(dòng)電壓。電機(jī)應(yīng)具有耐受4000rad/s2以上的角加速度的能力。4） 電機(jī)應(yīng)能隨頻繁啟動(dòng)、制動(dòng)和反轉(zhuǎn)。隨著微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和伺服控制技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)已開始采用高速、高精度的全數(shù)字伺服系統(tǒng)。使伺服控制技術(shù)從模擬方式、混合方式走向全數(shù)字方式。由位置、速度和電流構(gòu)成的三環(huán)反饋全部數(shù)字化、軟件處理數(shù)字PID，使用靈活，柔性好。數(shù)字伺服系統(tǒng)采用了許多新的控制技術(shù)和改進(jìn)伺服性能的措施，使控制精度和品質(zhì)大大提高[4]。序號(hào)地址地址相應(yīng)地作用1~刀架轉(zhuǎn)動(dòng)刀位對(duì)應(yīng)的輸入信號(hào)2急停輸入信號(hào)3循環(huán)啟動(dòng)輸入信號(hào)4輔助功能M的選通信號(hào)5主軸轉(zhuǎn)速S的選通信號(hào)6刀具功能T的選通信號(hào)7R指令內(nèi)部繼電器8刀架正轉(zhuǎn)9刀架反轉(zhuǎn)10輔助功能M結(jié)束信號(hào)11S功能完成應(yīng)答結(jié)束信號(hào)12T功能完成應(yīng)答結(jié)束信號(hào)13急停輸出信號(hào)14無(wú)論S、T、M完成應(yīng)答，都會(huì)結(jié)束信號(hào)15循環(huán)啟動(dòng)輸出信號(hào)16TMRB定時(shí)器17 伺服進(jìn)給系統(tǒng)概述數(shù)控機(jī)床的伺服進(jìn)給系統(tǒng)由伺服驅(qū)動(dòng)電路、伺服驅(qū)動(dòng)裝置、機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和執(zhí)行部件組成。它的作用是接收數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出的進(jìn)給速度和位移指令信號(hào)，由伺服驅(qū)動(dòng)電路作轉(zhuǎn)換和放大后，經(jīng)伺服驅(qū)動(dòng)裝置（直流、交流伺服電動(dòng)機(jī)，功率步進(jìn)電機(jī)，電業(yè)脈沖馬達(dá)等）和機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)機(jī)床的工作臺(tái)、主軸刀架等執(zhí)行部件實(shí)現(xiàn)工作進(jìn)給和快速移動(dòng)。數(shù)控機(jī)床的伺服進(jìn)給系統(tǒng)與一般機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)有本質(zhì)的差別，他能根據(jù)指令信號(hào)精確地控制執(zhí)行部件的運(yùn)動(dòng)速度與位置，以及幾個(gè)執(zhí)行部件按一定運(yùn)動(dòng)規(guī)律所合成的運(yùn)動(dòng)軌跡。 伺服進(jìn)給系統(tǒng)分類數(shù)控私服進(jìn)給系統(tǒng)按有無(wú)位置檢測(cè)和反饋進(jìn)行分類，有以下三種：(1)開環(huán)伺服系統(tǒng)(2)半閉環(huán)伺服系統(tǒng)(3)閉環(huán)伺服系統(tǒng) 伺服進(jìn)給系統(tǒng)的基本要求 (1)精度要求 (2)響應(yīng)速度 (3)調(diào)速范圍 (4)低速、大轉(zhuǎn)矩 傳動(dòng)方案擬定數(shù)控機(jī)床按控制方式分為開環(huán)、閉環(huán)、半閉環(huán)，由于采用直流式交流伺服電機(jī)的閉環(huán)控制方案，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，技術(shù)難度大，調(diào)試和維修困難，造價(jià)也高。閉環(huán)控制可以達(dá)到很好的機(jī)床精度，能補(bǔ)償機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)中各種誤差，消除間隙、干擾等對(duì)加工精度的影響，一般應(yīng)用于要求高的數(shù)控設(shè)備中，由于數(shù)控車床加工精度不十分高，采用閉環(huán)系統(tǒng)的必要性不大。若采用直流或交流伺服電機(jī)的半閉環(huán)控制，精度較閉環(huán)控制的查，但是穩(wěn)定性好，成本較低，調(diào)試維修較容易；但是對(duì)于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床來(lái)說(shuō)必要性不大。故在本次設(shè)計(jì)中，采用開環(huán)控制步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)。確定設(shè)計(jì)任務(wù)后，初步擬定三種傳動(dòng)方案 即 1 電機(jī)直接與絲杠相連；2 電機(jī)通過同步帶的傳動(dòng)帶動(dòng)絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)；3電機(jī)通過齒輪傳動(dòng)帶動(dòng)絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)。 步進(jìn)電機(jī)具有如下優(yōu)點(diǎn) :(1)電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)角與輸入的脈沖個(gè)數(shù)嚴(yán)格成正比，故控制輸入步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的脈沖個(gè)數(shù)就能控制位移量；(2)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與輸入的脈沖頻率成正比，與要控制脈沖頻率就能調(diào)節(jié)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速；(3)停止送入脈沖時(shí)，只要維持繞組內(nèi)電流不變，電動(dòng)機(jī)軸可以保持在某個(gè)固定位置上，不需要機(jī)械制動(dòng)裝置； (4)變通電相序即可以改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向； (5)進(jìn)電動(dòng)機(jī)存在齒間相鄰誤差，但是不會(huì)產(chǎn)生累積誤差；(6)進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，啟動(dòng)、停止迅速。滾珠絲杠副具有摩擦數(shù)小傳動(dòng)效率高，所需的傳動(dòng)轉(zhuǎn)矩??；靈敏度高，傳動(dòng)平穩(wěn)，不易產(chǎn)生爬行；隨著精度和定位精度高，磨損小，壽命長(zhǎng)，精度保持性好，可通過預(yù)緊間隙消除措施提高軸承剛度和反向精度，運(yùn)動(dòng)具有可性。故在本次設(shè)計(jì)中采用步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)X向工作臺(tái)移動(dòng)。傳動(dòng)方案1的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但是消除由步進(jìn)電動(dòng)機(jī)引起的振動(dòng)等現(xiàn)象能力較差，故在本次設(shè)計(jì)中不采用方案1；傳動(dòng)方案2采用同步帶傳動(dòng)保持恒定傳動(dòng)比，傳動(dòng)精度高工作平穩(wěn)，結(jié)構(gòu)緊湊，無(wú)噪聲，有良好減振性能，但制造工藝比較復(fù)雜，傳遞功率較小，壽命較低，故在本次設(shè)計(jì)中不易采用。所以本次設(shè)計(jì)中采用方案3的齒輪傳動(dòng)，其主要特點(diǎn)是效率高，結(jié)構(gòu)緊湊，工作可靠，壽命長(zhǎng)，傳動(dòng)比穩(wěn)定，傳動(dòng)過程中采用消隙齒輪，消除正反轉(zhuǎn)齒輪間隙提高傳動(dòng)精度，性價(jià)比高。 降速比計(jì)算 由于選用的步進(jìn)電機(jī)型號(hào)為110BF003。降速比i按下式計(jì)算： 式中 —步進(jìn)電機(jī)的步距角，（176。）； —脈沖當(dāng)量，mm； s—絲杠螺距，㎜； 取s=6㎜。 總結(jié)本次設(shè)計(jì)的內(nèi)容：1)刀架抬起和夾緊采用了步進(jìn)電機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)。這樣穩(wěn)定性好，使動(dòng)力刀架的可靠性有了很大程度的提高。2) 刀架轉(zhuǎn)位通過蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)，傳動(dòng)可靠，平穩(wěn)，適應(yīng)高轉(zhuǎn)速要求。3) 通過霍爾開關(guān)來(lái)檢測(cè)刀位信號(hào)，這樣可使刀架轉(zhuǎn)位更加的精確。4）使用單片機(jī)來(lái)控制刀架運(yùn)動(dòng)，方便快捷。5）利用反靠盤來(lái)進(jìn)行初定位，簡(jiǎn)單方便，使設(shè)計(jì)更容易達(dá)到理想要求。畢業(yè)設(shè)計(jì)的不足：1)本次設(shè)計(jì)的動(dòng)力刀架工作使每把動(dòng)力刀具都一起旋轉(zhuǎn)，這樣造成了安全問題，里面缺少一種裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)各把刀具的自瑣功能。2）本次設(shè)計(jì)，由于本人知識(shí)的局限，對(duì)單片機(jī)的駕馭還有待提高，數(shù)控運(yùn)用還有很多需要提高。3）本次刀架設(shè)計(jì)未能考慮到以后維修問題，