车床刀架范文1
关键词:数控车床 回转刀架 正转 反转 PLC
数控机床是一种机电一体化产品,其综合了自动控制、电子计算机、自动检测及精密机械等方面的技术。该系统通过处理相应的指令程序,可以自东完成信息的输入、译码和运算,从而完成控制机床运动和加工的过程。数控机床与普通车床相比,具有加工精度高,质量稳定、适应性、效率高、操作劳动强度低等优点。
经济型数控车床是我国当前数控车床的主流产品,主要是因为其价格低廉,设备费用投入较少。我国已有十余家企业生产规模达到年产千台以上。
经济型数控车床比较适合目前国内市场的需要,所谓的经济型数控机床就是在普通的机床上面加装数控系统的自动化机床。经济型数控机床主要依靠控制系统精度和机床本身的机械传动精度这两方面来保证和提高被加工零件的精度。由于数控车床的进给传动系统必须对进给位移的位置和速度同时实现自动控制,所以,数控车床与普通卧室车床相比,应具有更好的精度,以确保机械传动系统的传动精度和工作稳定性。
经济型数控车床为了能在工件的一次装夹中完成多工序加工,减少多次安装所引起的加工误差,缩短辅助时间,必须带有自动回转刀架。自动回转刀架一般四工位六工位和八工位这几种形式。根据机械定位方式的不同,自动回转刀架可分为三齿盘定位型和端齿盘定位型等。根据安装方式的不同,自动回转刀架可分为卧式和立式两种。其中端齿盘定位型虽然结构较简单,但是换刀时刀架需抬起,换刀速度较慢且密封性较差。三齿盘定位型又叫免抬型相对而言结构较复杂,但其换刀时刀架不抬起,因此换刀时速度快且密封性好。
自动回转刀架为了更好的承受加工时的切削抗力,在结构上必须要求有良好的刚性和强度。自动回转刀架还要选择可靠的定位方案和合理的定位结构以保证转位具有高的重复定位精度。自动回转刀架的自动换刀由控制系统和驱动电路来实现的。
1、自动回转刀架工作过程
电动刀架由机械换刀机构、电动机、发讯盘等组成。系统发出换刀信号时,刀架电机正转,通过升降机构和减速机构将刀体上升至一定位置,离合盘带动上刀体旋转到所选择刀位,这时发讯盘发出到位到位的信号,此时刀架电机反转,完成初定为以后上刀体下降,齿牙盘啮合,完成精确定位,并通过升降机构锁紧刀架。
2、控制系统设计
此次控制设计的是采用PLC来实现的刀架换刀过程。PLC对控制刀架的I/O进行逻辑处理和运算,以实现刀架的顺序控制。系统还要设计一些相应的参数对换刀过程进行调整来保证换刀能正确进行。此次设计采用的是西门子S7-200编程软件进行程序设计。
2.1 控制电路硬件
刀架电气控制部分的主电路主要是通过控制刀架电机的正转和反转来控制刀架的正转和反转。刀架控制的PLC输入输出控制回路中每把道具都有一个固定的刀号,通过PNP型霍尔开关并接一电阻进行到位检测。
2.2 PLC控制流程
数控刀架换刀有手动换刀和通过T指令进行自动换刀两种模式。手动换刀是指将机床调到手动状态,通过刀位选择按键进行目的刀位选择,有的系统是利用记数的形式来实现,例如通过检测刀位选择信号的状态,如果按下刀位选择按键,计数器的数值发生改变,系统选择也会发生相应的改变;有的系统是利用波段开关的形式进行实现,比如说也可以采用单键换刀,一个短促的按键可以换下一个刀位。T指令换刀是直接通过编程刀号作为目的刀位进行换刀。刀架电机顺时针旋转时为选刀过程,逆时针旋转时为锁紧过程,选刀监控时间和锁紧监控时间由PLC定时器决定。
2.3 PLC控制程序
PLC程序部分包括换刀刀号或编程刀号的读入、刀位判断比较、正转寻刀监控及反转锁紧延时监控等。由于篇幅的限制,在此只介绍自动换刀过程。
自动换刀的PLC控制系统,采用字节传送指令将当前刀位开关信号转换成当前刀号存放到继电器中,在T选通信号的作用下将当前刀号和指令刀号进行比较,如果不相等则置位,刀架电机开始正向旋转;刀架在正向旋转的过程中不停的对刀位输入信号进行检测,刀架中的每把刀具各有一个霍尔位置检测开关,各个刀具按顺序依次经过发磁体位置产生相应的刀位信号。当产生的刀位信号和指令刀号相一致的时候,PLC认为所选刀具已经到位。刀具到位以后,刀架仍继续正向旋转一段时间,这一时间由时间继电器来设定,不能太长,过长会造成手动或自动换刀时目的刀位不正确,过短会造成有些刀架换不到位,特别是手动换刀时会因为找不到下一个刀位而在原位转换,这个时间的设定在调试时要根据情况具体调定。自动换刀时延时一定时间以后,电机停止正向旋转,刀架开始反转,其实就是刀架锁紧的过程,这个过程会延续一段时间,直到刀架锁紧到位停止,但反转时间也不宜过长或过短。过长有可能烧坏电机或造成电机过热空开跳闸,时间过短有可能造成刀架不能够锁紧。刀架锁紧以后,整个换刀过程结束。
当然,在设计中还要考虑一些保护和安全因素,如刀架电动机长时间旋转,而检测不到刀位信号,则认为刀架出现故障,立即停止刀架电动机,以防止将其损坏并报警提示;刀架电动机过热报警时,停止换刀过程,并禁止自动加工等。
3、结论
回转刀架在数控车床中占有重要地位。回转刀架如果转位不到位或又很大误差,会使加工的工件报废。因此在设计时除了结构的合理之外,还综合考虑了精度等。刀架的回转精度用步进电机控制,因此选用的步进电机的步距角是受刀架精度影响的。
车床刀架范文2
关键词：粗定位；精定位；磁钢；反转时间；拆装
中图分类号：G712 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）05-0195-02
近几年随着全国职业技能大赛的开展，每年全区都要进行“数控机床维修与调试”的比赛，我们学院也参与其中，逐渐地对数控机床结构和维修有了更加深入的了解。通过对各种资料的研究和反复对数控车床四方刀架的拆装与故障调试，我发现基本找不到一份详尽的拆装说明。现就将我在数控车床四方刀架拆装与调试竞赛过程中的一些发现和体会做一阐述。
一、经济型数控车床四方刀架的结构及动作原理
经济型数控车床四方刀架完全由电气控制，其功能虽然与普通车床四方刀架相同，但结构已有很大改变，其结构图如下：
1-上盖；2-发信盘；3-小螺母；4-磁钢座；5-大螺母；6-离合器盘；7-螺杆；8-外端齿；9-下刀体；10-蜗轮；11-中轴；12-反靠垫；13、27-反靠销；14-上刀体；15-霍尔元件；16-磁钢；23-联轴器；24-止退圈；25-离合销；26-销盘；27-销钉
1.主要部件作用：原动力件：电机；机械传动件：蜗杆、10、11、7、26；基础件：9、14；位置传感元件：2、15、16；机械定位件：25、27、12、13。
2.结构说明：（1）静止不动的原件：电机、9、11、24、5、2、3、15。（2）传动：电机轴。23蜗杆107（内螺纹，中轴11为外螺纹）。（3）机械粗定位：上刀体14底面的端面定位齿和下刀体9外端齿尚啮合。（4）机械精定位：离合销25把上刀体14与螺杆7离合完成精定位。（5）系统定位：霍儿元件15内有四个位置分别对应四个刀位，每个刀位的指令固定，刀位对准磁钢后完成系统指令。
3.动作原理：（1）松开：系统发出指令电动机启动蜗杆转动10蜗轮螺杆7转动上刀体14沿中轴11垂直上升（上刀体14底面的端面定位齿和下刀体9外端齿尚处于啮合状态，上刀体14无法转动）端面定位齿完全脱离。（2）换刀：上刀体14转动（离合销25将上刀体14与螺杆7连在一起）刀位转动。（3）定位：霍儿元件15（有四个位置分别对应四个刀位）与指令对应的刀位对准磁钢16发出信号，刀架电动机开始反转。（4）锁紧：离合销25将上刀体14与螺杆7分离离合器盘6带动螺杆7向下锁紧上刀体14换刀完成（电动机的反转时间是系统参数设定的，不能过长不能太短，太短刀架不能锁紧，太长电动机容易烧坏……）。
二、刀架的拆装过程
1.拆下上盖1，记清发信盘2上的不同颜色电线的位置，然后拆下小螺母3、发信盘2和磁钢座4。
2.拧出大螺母5内两只M4螺钉，取出大螺母5及止退圈24、平面轴承和离合盘6。
3.向上转出上刀体14，拆下外端齿8、螺杆7、螺母18、离合销25、反靠销13。
4.拆下电机电线，拆去电机与下刀体的连接螺栓，拆去电机。
5.拆去中轴11下端盖上的螺钉，取出下端盖、蜗轮10、中轴。
6.取出蜗杆及轴承。
7.装配前所有零件清洗上油，传动部位上脂。
8.按拆卸反顺序装配。
三、四方刀架常见故障分析
1.电动刀架的每个刀位都转动不停。故障原因：发信盘无+24V或COM输入；刀位上+24V电压偏低，线路上的上拉电阻开路；刀位电平信号参数未设置好；霍尔元件损坏；磁块故障，磁块无磁性或磁性不强。
2.电动刀架不转。故障原因：刀架电机三相反相或缺相；系统的正转控制信号无输出；系统的正转控制信号输出正常，但控制信号这一回路存在断路或元器件损坏；刀架电机无电源供给；机械卡死；刀架电机损坏。
3.刀架锁不紧。故障原因：发信盘位置没对正；系统反锁时间不够长；机械锁紧机构故障。
4.刀架某一位刀号转不停，其余刀位可以转动。故障原因：此位刀的霍尔元件损坏；此位刀信号线断路，造成系统无法检测到位信号；系统的刀位信号接收电路有问题。
5.刀架有时转不动。故障原因：刀架的控制信号受干扰；刀架内部机械故障，造成的偶尔卡死；系统的刀位信号接收电路有问题。
6.输入刀号能转动刀架，直接按换刀键刀架不能转动。故障原因：霍尔元件偏离磁块，置于磁块前面，手动键换刀时，刀架刚一转动就检测到刀架到位信号，然后马上反转刀架；手动换刀键失灵。
清楚认识数控车床四方刀架的拆装和常见故障对维修数控机床来说意义重大，通过上述的分析，希望能对有用者有所帮助。
参考文献：
[1]晏初宏.数控机床与机械结构[M].北京：机械工业出版社，2009.
[2]邓三鹏.数控机床故障诊断与维修[M].北京：机械工业出版社，2009.
[3]廖兆荣，杨旭丽.数控机床电气控制[M].北京：高等教育出版社，2008.
[4]GSK980TD车床CNC使用手册[Z].
[5]广州数控维修手册[Z].
车床刀架范文3
关键词：加装刀架；第五把车刀；零件加工；内孔加工程序
中图分类号：TG519 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）10-0049-03
1 概述
随着机械加工行业的不断发展，数控车床已成为各大小工厂里不可或缺的设备之一，因其加工精度高、生产效率高，很受工厂、企业的欢迎。现在企业、工厂主要购置经济型普通数控车床，因为它性价比高，但在实际生产加工中，此类车床却有一定的局限性，普通数控车床的刀架一般都是四工位自动回转刀架，此类刀架动作灵活、加紧力大、重复定位精度高，但对于某些较复杂的零件，想要把生产效率提得更高，可能需要用第五把刀时却无能为力了。如果重新购置车床又太贵，加装一个刀架成本也太高，怎样才能既节约成本，又提高生产效率呢？自己动手加装一个刀架。
以下是我为一小型加工厂，在普通数控车床（CYK500）上设计、安装的，可安装“第五把刀”的简易刀架，而这一刀架在实际生产加工中也起到了较好的效果。刀架形式如图1和图2所示。
2 加装刀架的要求
（1）普通数控车床上的四个刀位均用对应的刀补号，即T0101、T0202、T0303、T0404，其余的刀补号T05、T06、T07、
T08、T09（也就是说要求系统有四个以上的刀补号，一般现代的数控设备都具备此功能）。对刀过程中，如当前四位刀架在T1位置，要对刀架上的刀具进行对刀，通过试切对刀或定点对刀测得的X、Z方向的刀补值，输入对应的参数号（即T05的 X、Z）上。当要调用第五把刀时，程序编写应为T0105。
（2）要确保加装的刀架与车床上的四位刀架及装夹后与工件之间不能有干涉，即装上刀具的四位刀架回转换刀时与加装的刀架应没有干涉，同时在切削加工时刀具与工件之间也要避免干涉，防止碰刀。
（3）X轴拖板与加装的刀架座、加装的刀架与刀夹应联接紧固，防止松动而影响加工精度或造成事故。
（4）加装的刀架的高度要恰当，即刀架装上车刀后，在不垫垫片的前提下，车刀应比主轴的中心略低。
（5）加装刀架时必须把数控车床尾座的使用考虑进去，即加装的刀架的位置应不影响尾座的正常使用。
（6）加装刀架时，X轴方向应有足够的行程，避免中拖板超程。
3 刀架装置的结构
4 实际生产加工的应用
在零件加工前必须先对零件图纸进行分析，制定出合理的加工工艺。同时必须根据零件的外形尺寸分配刀具，紧固简易刀架及刀具的位置，根据加工零件篇写好程序，对刀（注意第五把刀的刀补）例：如图4所示零件，四位刀架上的刀具位置及刀架上刀具位置如图2所示分布：1号刀是内孔精车刀，2号刀是内孔粗车刀，3号刀是外圆精车刀，4号刀是螺纹车刀，5号刀是勾槽刀。
4.1 刀具安装要点
（1）刀具的伸出量不能太长，以增强刀具刚性及防止加工过程中出现干涉。
（2）刀具的安装与普通车床上的要求基本相同。
4.2 实际零件加工
5 结语
经加装后，数控车床对加工形状较复杂，形位公差要求高，需多把刀具才能一次完成加工的零件，不仅节约了很多辅助加工的时间，提高了加工效率，而且能保证零件的精度要求。此刀架的制作简单，装拆刀架装置方便简单，既对机床的外观没太大的改动，也不影响机床其他部件的正常运作，比较适合中、小批量的生产。
参考文献
车床刀架范文4
关键词：数控机床 故障排除
中国经济的的快速发展有效的推动了机械加工产业的技术革命，数控加工设备作为一种高科技密集型的机电一体化设备得到越来越广泛的应用。其中数控车床作为一种廉价而实用的普及型数控加工设备正在越来越多的被采用。数控技术及数控机床的应用，成功地解决了某些形状复杂，一致性要求高的中、小批零件的自动化问题，这不仅大大提高了生产效率和加工精度，还减轻了工人的劳动强度，缩短了生产准备周期。但是，在数控车床使用过程中，数控车床难免会出现各种故障，所以故障的维修就成了数控车床使用者最关键的问题。由于数控加工设备技术方面的复杂性，加之大多数中小企业当中数控设备维修人才严重短缺，维修技术力量薄弱造成了数控车床在使用过程中出现了“好用难修”的现象。一旦发生故障就会束手无策，严重制约了数控机床高效能的持续发挥。
出现该种现象的原因有二：
一方面销售公司售后服务不能得到及时保证，另一方面操作者水平有限。在此也对从业人员提出了要求，应尽量多的掌握一些维修技术可以快速判断故障所在，缩短维修时间，让设备尽快运转起来。
在日常故障中，我们经常遇见的是刀架类、主轴类、系统显示类、驱动类、通信类这五种故障。而刀架故障在其中占有很大比例。常用经济型数控车床一般都配有四工位自动回转刀架，它是根据计算机数控系统改造传统机床设备的需要，同时兼顾刀架在机床上能独立控制的需要而设计的。现有的自动回转刀架结构主要有插销式和端齿盘式。无论哪种刀架正常工作都要涉及机械，电子控制系统等几方面。一旦出现故障则可能是机械部分的，也可能是电子部分的。在这里，我介绍一下我在日常教学工作中遇见的一次四工位电动刀架故障及相应地解决方法，希望能给大家提供一些有益的借鉴。我们单位所用设备是沈阳数控机床设备有限公司所生产的TC系列数控车床，采用的是日本FANUC系统。
故障现象：刀架不转
在操作面板上有一个按键“自动换刀”，在正常情况下，数控车床操作系统处于手动方式时，每按下一次该键，则四工位自动刀架会按顺时针顺序转动一个工位，在转动以前会发出很清脆的“咔”一声响。而此次换刀时，声响发出了，但刀架不动。
原因分析：刀架电动机380V相位错误。
由于刀架只能顺时针转动（刀架内部有方向定位机械机构），若三相位接错，刀架电动机一通电就反转，则刀架不能转动。刀架电动机三相电缺相。刀架位置信号所用的24V电源故障。刀架体内中心轴上的推力球轴承被轴向定位盘压死，轴承不能转动，使得刀架电动机不能带动刀架转动。拆下零件检查原因，发现由于刀架转位带来的震动，使得螺钉松动，定位键长时间承受正反方向的切向力，得寸进尺定位键损坏，螺母和定位盘向下移动，给轴承施加较大轴向力，使其转动不得。控制系统内的“系统位置板”故障，刀架到位后，“系统位置板”应能检测到刀架位置信号。
排除方法：将刀架电机线中两条互调或检，首先将电动刀架上盖拆开，使其露出相互连接的电线（注意：此时机床必须处于停电状态）将其中任意两根线轻轻拧下，互相交换接头并拧紧。此时通电试验，自动换刀情况运转正常，故障排除。
此次机床刀架不转是众多机床故障当中常见现象之一，除以上故障外刀架类故障还有：无法机动换刀，刀架加紧后无回答信号等故障现象。出现这种故障后应先对刀架进行检查，看其用万用表检查电路，继电器是否正常，工作触电是否可靠，再看内部机械部分是否配合紧密。熟悉刀架结构，电路原理对我们及时有效的找到故障源头对症下药迅速排除故障有很大帮助。
此次维修得到了石家庄博深工具集团孙利民老师的大力帮助，在此表示感谢！
参考文献:
1、任建平 《现代数控机床故障诊断与维修》 北京 国防工业出版社 2002
车床刀架范文5
加工质量好、效率高、成本低历来是机床用户对机床产品的基本要求，同时也是机床产品研发的主要目标和方向。为了在日趋激烈的市场竞争中求得生存并发展，机床的设计与制造者们一直在为此作出不懈的努力。
机床的加工质量（含尺寸、形位精度及表面质量）问题，主要取决于机床设备（含工具和夹具）的结构刚度，几何精度，运动精度和定位精度，当然还有环境条件（如温度、振动等）的控制与保证。因此，它需要通过研发精密、高精密乃至超精密的加工技术和机床来解决。
生产效率主要是由零件从毛坯到成品的制作周期来衡量。零件的制作周期包含直接用于改变零件材料的性（能）、（形）状（如切削成形，热处理等）所需的时间和非加工（即不改变零件性状的）时间（如零件生产过程中所需的等待、传送、检测、装调、夹紧等的时间）两大部分组成。为了减少切削加工时间，首先需要提高切削速度和进给速度。为此，人们研发了高速切削技术与机床，而为了缩短非加工时间，人们则要研发更多的技术措施和装备，包括机械自动化、数控柔性化的机床与生产线（制造系统）和现在正处于蓬勃发展的数控复合加工机床等。
加工成本包括直接成本（如材耗、能耗、工人工资等）和间接成本（含厂房、设备的折旧费，安全环保费和管理费等）。为了降低成本，这里牵涉的问题就很多了，既有技术方面的问题，也有组织管理方面的问题，所以需要进行更为综合的研究来解决。
本文不拟，也不可能讨论上述所有的问题，只想就数控复合加工机床的发展作些简要的介绍并谈点笔者的看法。
组合加工机床的出现和数控复合加工机床的兴起
一般情况下，一个机械零件的生产，从毛坯到成品，中间都要经过采用某些（一种或多种）加工艺方法（如冲压、焊接、切削、磨削、特种加工或车、铣、钻、镗、齿形加工等）的多工序（如车削中的车外圆、车端面、车槽、车内圆、车螺纹、车锥面等）加工过程。由于不同的工艺方法有着不同的加工原理和特点，不同的加工工序有着不同的加工目的和要求，因此它们各自用着不同的加工设备来实现，故在传统的制造中，一个零件的制造往往就需要有多种、多台不同的的加工设备来完成。这不仅增加了设备的台数和生产厂房的占地面积，从而增加了企业的投入，而且由于生产过程中工件需在工艺和工序设备间等待、转移、检查和重新定位装夹等，既影响加工精度，也增加了不少非加工时间。有专家分析，这部分非加工时间将占到零件生产总周期的70%～95%左右，从而大大地制约了生产效率的提高。
为了提高生产效率，减少非加工时间，人们早就有了尽可能多地把一些加工原理和要求相近或相似的加工工序，乃至不同的工艺过程集中到一台或少数几台设备上来实现。这种一次装夹后对零件进行复合加工的想法，在机械自动化生产过程中出现的组合加工机床和多刀半自动六角（转塔）车床等，就是其最初的体现。因为组合机床是以一些通用部件（如动力头、滑台、底座立柱、回转工作台等）为基础，配以根据具体零件的加工要求（含零件的形状、尺寸、加工部位、加工工序和精度等）专门设计的夹具，多轴箱和部分刀具集装而成，它可以对某一特定加工件，如汽车发动机壳体、箱盖或变速箱体等，实现一次装夹完成全部或大部分加工工序，包括铣平面、钻孔、镗孔、铰孔、攻螺纹等；而多刀半自动转塔车床，根据被加工工件的工序要求，在其转塔刀架上装上所需的切削刀具后，也即可实现一次装夹对某一特定的轴或盘、套件进行全部或大部分工序的加工，如车削内、外圆柱面、端面、沟槽、倒角、加工内外螺纹等。因此，组合机床和多刀半自动转塔车床都体现了集中工序进行复合加工的理念，大大地减少了非加工时间，从而显著地提高了生产率。但是，这些机床均属于刚性自动化范畴，当加工对象变换时，设备也必须更换或重新调整配置，所需的时间和资金投入都较大，因此只宜用于单一品种零件的中、大批量生产，而不适合用于多品种零件的单件和小批量生产。
随着数控机床的出现和数控技术（含数控伺服系统，功能部件及编程、软件等）的日益发展与性能的提高，大大增强了数控机床的柔性自动化能力，加上机电产品个性化的发展，市场对多品种小批量生产的需求日益增多，从而为数控机床加工复合化的发展提供了广阔的天地。事实上，早在数控机床问世后不久，1958年第一台镗铣类加工中心的出现，复合加工就已成为数控机床的重要技术发展方向之一了，时至今日，已经出现了许多种类的数控复合加工机床，以适应当今市场对多品种小批量零件进行高效低成本生产的需求。
数控复合加工机床的门类及其代表性产品
数控复合加工机床是以现代柔性自动化的数控机床为基础，以组合机床和多刀半自动转塔机床的“集中工序、一次装夹实现多工序复合加工”的理念为指导发展起来的新一类数控机床。当工件在其上一次装夹后，通过对加工所需工具（切削刀具或模具）的自动更换，便能自动地按数控程序依次进行同一工艺方法中的多个工序或不同工艺方法中的多种工序的加工，从而减少非加工时间，缩短加工周期，达到提高生产效率的目的。因此，数控复合加工机床从其加工的复合性来分，可分为工序复合型和工艺复合型两大类。前者如一般的镗铣加工中心、车削中心、磨削中心等，在一台机床上只能完成同一工艺方法的多个工序加工；而后者则如车－铣复合中心、车－磨复合中心、车削－激光加工中心等，在一台机床上不仅可以完成同一工艺方法的多个工序，而且可以完成多种不同工艺方法的多个工序。如车－铣复合中心，既可完成车削的多种工序，又能完成铣、钻、镗、攻丝等工艺的多种工序，好似把一台数控车床和一台中小型加工中心复合在一起。
如果从数控复合加工机床的加工对象、机床结构的配置方式和功能特点等特徵来分，数控复合加工机床的门类就很多了。比如按加工对象分，就有面向回转体件加工的、棱柱体件加工的和复杂形体件（由回转体和棱柱体面组合）加工的。这里不拟就门类详加讨论，下面仅对一些常见常用和具有代表性的几种数控复合加工机床作简要介绍。
1.镗铣加工中心：以普通数控铣、镗床为基础，配以相应的刀库和自动换刀装置等功能部件及控制系统发展而成，如一般3轴联动控制的立式、卧式和龙门式镗铣型加工中心，图1是美国哈斯公司生产的立式加工中心，它以加工棱柱体零件（含箱体、壳体和板块件等）为主要对象，工件在其上一次装夹后，通过机械手按加工程序从刀库上选取并更换主轴上的刀具，便可对工件的水平面进行1-3维铣削加工，如铣平面、铣轮廓、铣型腔曲面，以及钻孔、镗孔、攻丝等加工工序。这是最常见常用、也是最普通的棱柱体加工用的数控复合加工机床，但这种机床的工艺能力有限，如工件的一次装夹只能在垂直于主轴的一个面内进行加工，对箱体件上垂直于此面的其他平面则不能加工，更不能对工件上处于任意空间位置的平面进行加工。与此类似，3轴联动的卧式加工中心虽然可以通过工作台的转位加工箱体件的4个侧面，但却不能加工箱体件的顶面。
2.五面加工和五轴联动加工中心：为了克服普通镗铣加工中心存在的上述工艺局限性，人们在以普通镗铣加工中心为基础，将原来固定指向的主轴头换成可以立、卧自动转换的主轴头和采用可回转分度的工作台，这样的机床就可以在工件一次装夹的条件下，获得5面（如箱体类工件）甚至更多面的加工能力，成为5面乃至多面加工中心。如果将普通镗铣加工中心的主轴换成具有数控单摆（A或B轴）或双摆（C和A或B轴）功能的电主轴，或在工作台上配上具有C轴或C和B轴转动功能的数控回转工作台，当然还有相应的5轴联动控制的数控系统，则机床就发展成为五轴联动的加工中心。图2为米克朗公司生产的5轴联动立式加工中心。其三个直线轴分配在主轴头和工作台上，两个回转轴则由回转工作台来完成。
5面或多面加工中心与普通加工中心的功能区别主要在于：它不仅能在直垂于主轴的平面内完成普通加工中心所能完成的全部加工工序，还能在与该平面相互垂直的其他平面（除工件的装夹面外）内完成同样的加工任务。而5轴联动加工中心则既具有多面加工中心的全部加工功能和能力，还具有对工件上任意空间位置的表面（平面、斜面或曲面等）进行铣、镗、钻的加工的能力。所以它的工艺范围更广，能力更强。
.车削中心：通常是以普通数控车床为基础，配以一个或多个具有多刀位的转塔刀架发展而成，加工对象主要是轴类和盘套类等回转体零件。由于回转体件中约有一半左右的零件，除主要需车削加工外，还需部分的铣削、钻削和攻丝等加工，因此为了在一台车床上一次装夹便可对回转体件进行全部或大部分的加工，车削中心的转塔刀架上，除了装有车削刀具外，还能装上铣刀、钻头和丝锥等旋转的动力刀具，而且机床主轴具有数控精确分度的C轴功能和C与Z轴或和C与X轴联动的功能。这样一台车削中心不仅可以像普通数控车床那样能对回转体件的内外表面（含圆柱面、锥面、曲面等）、端面进行车削加工，还可以利用C-Z轴联动功能车螺纹，利用C轴分度功能和刀架的X或Y轴控制以及其上的动力旋转刀具进行偏离回转体件中心线的钻孔和铣削，从而大大地扩展了数控车床复合加工的能力。图3是SPINNER公司车削中心。但是，对于单主轴的车削中心而言，无论其工艺能力如何扩大，也无法解决回转体件一次装夹下的背面（原装夹端）二次加工问题，这正是单主轴车削中心存在的不足和开发新型车削中心的原因所在。
4.双主轴车削中心：为了克服单主轴车削中心存在的不足，机床的设计制造者采取了在单主轴车削中心的基础上，增添一个与原主轴在轴线上对置的副主轴和一个多刀位的副转塔刀架，使机床成为双主轴双刀架的车削中心（图4）。正副两主轴同步同向旋转并都具有C轴控制的功能，副主轴还能沿轴向Z移动，以拾取在正主轴上完成右端加工的零件。副主轴拾取完工件退至适当位置后即由副刀架上的刀具对其左端（原夹持端）进行加工。正、副两个刀架分别位于正、副主轴的上、下方，并可分别单独编程工作，因此双主轴、双刀架车削中心就能对回转体件实现一次装夹完成全面加工。
5.车－铣复合加工中心和铣－车复合加工中心：前者多以单主轴或双主轴的车削中心为基础，将上转塔刀架改为配有刀库和换刀机构的电主轴铣头而成，如日本山崎马扎克公司生产的Integrex-IVST系列和德国DMG公司生产的GMXLinear系列（图5）的车铣复合加工中心等，其电主轴铣头既可沿X1、Z1轴移动，还有Y轴行程和B轴的转动。后者——铣、车复合加工中心则多以五面或五轴联动的铣镗加工中心为基础，并将旋转工作台换成转速比普通转台高得多的力矩电机驱动的转台发展而成。无论是前者还是后者，两者均同时具有数控车床和加工中心的功能，都是为了满足既具有回转体件特徵，又具有棱柱体件特徵的复杂形状零件的加工需要而发展起来的。但值得一提的是：在铣－车复合加工中心上执行车削任务时，力矩电机驱动的转台将作为车床的工件主轴用，而原来作为铣削加工中心的铣头主轴，现在则必须锁住并装上车刀作为车床的刀架用。由于多轴控制、五轴联动的车－铣中心和铣－车中心既能完成各种车削工序，又能完成各种钻、铣、镗、攻丝等工序；不仅可分别加工回转体件和棱柱体件，而且都特别适合加工形状很复杂的混合体件，其工艺范围之广和能力之强，可谓是当今切削复合加工机床的佼佼者。
6.磨削中心：一般是以数控外圆磨床为基础发展而成。为此通常采用了两项主要的技术措施；（1）工件主轴改用具有C轴控制和锁住功能的电主轴；（2）砂轮头架采用双滑台和或具有B轴摆动功能的转塔式砂轮头架，以安装2个以上的砂轮（如适于外圆和内圆磨削用的，适于端面磨削和成形磨削用的等），以满足不同磨削工序的需要。由于数控外圆磨床一般都有控制工作台左右移动的Z轴和砂轮头架前后移动的X轴功能，这样回转体件在机床上一次装夹后，便不仅可以磨削外圆、内圆、台肩端面等，还可以利用工件轴的C轴控制功能在工件的外表面上磨削平面和多棱面；通过X轴和C轴的联动控制磨削各种圆形表面和非圆形表面；通过C轴和Z轴的联动控制磨削螺纹；利用砂轮头架的B轴摆动磨削各种不同锥度的圆锥面等。图6就是STUDER公司在以数控外圆磨床为基础发展起来的磨削中心。
7.车－磨复合加工机床：一般是在现代数控车床应用的基础上，为适应某些经淬硬的回转体零件，如主轴、传动齿轮和轴承环等盘套类零件的加工要求而发展起来的。为此通常在数控车床上配备了高速CBN砂轮磨削单元和相应的磨削测量与控制系统，如EMO2005上Schaudt公司展出KAIROS车－磨复合加工中心（图7.a）和EMAG公司展出的倒置式车－磨复合加工中心（图7.b）就是例子。标准型的KAIROS机床一般配置2~3个滑台，分别用来安装高速磨削主轴头和车、铣刀具的转塔刀架。砂轮直径Φ400mm，转塔刀架有8个刀位，机床可用于车削和磨削长达1000mm的轴类零件。EMAG倒置式车－磨复合加工机床的主轴（带工件）头架在上方，作X和Z轴运动，主轴端的下方配有可安装车刀和砂轮主轴的转塔刀架，它们只作分度旋转而不作移动，机床既能像普通数控车床一样完成车削加工工序，也能像普通数控外圆磨床一样完成磨削加工工序。主要用于淬硬的盘、套类零件加工。
除了上述门类和结构型式外，数控复合加工机床还有许许多多的其他门类和结构配置型式，在此就不一一介绍了。
数控复合加工机床的发展趋势与方向
车床刀架范文6
关键词：数控车床；碰撞；原因分析；方法；培养
中图分类号：G712 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）29-0190-02
一、发生碰撞的原因分析
1.对数控基本概念的理解问题。①对绝对坐标尺寸与相对（增量）坐标尺寸的定义混淆。绝对坐标尺寸是以工件坐标原点为参照点来指定的；相对（增量）坐标尺寸是以刀具刀尖每次移动的起点为参照点来指定的。同一位置由于参照点不同，其坐标尺寸必然不同。初学者常将两者混淆，造成编程尺寸错误而发生碰撞。②对“模态”特性认识不足。模态G指令是指该指令在程序中一旦被指定则在后面的程序段中仍然有效直至被同组的指令取代而撤销模态。由于操作者忽略了模态的连续有效性而发生碰撞。③对刀尖圆弧半径补偿的原理理解不清。刀尖圆弧半径补偿的实质是：数控系统由对刀具理想刀尖的控制转换为对刀尖圆弧中心的轨迹控制来实现的，使刀具控制轨迹与编程轨迹偏移一个刀尖半径值，偏移的方向则由G41与G42及刀尖朝向T码来决定。而G41与G42及刀尖朝向T码设置错误是操作者在编程中经常出现的问题。特别是遇到使用前置刀架和后置刀架的机床时更容易出现错误。
2.操作中的问题。（1）“回零”操作不当。对安装增量编码器的机床，开机后必须首先进行回“参考点”的操作，由于初学者操作不熟练，常在“手动”状态下回零操作造成机床超程，或先回+Z方向参考点则发生刀架与尾座相搓造成事故。（2）忽略机床的初始指令的设定。刚开机时，数控系统对每一组的G代码指令都取其中一个作为开机默认有效的指令称为初始G指令。不同的数控系统或系统相同但型号不同的其初始指令不尽相同。最好的避免方法是在加工程序的第一段编入G40、G21、G97、G99等机床常用状态指令，后面的编程按照第一段设置来进行编程，就可以避免因机床状态的误判发生碰撞事故了。（3）对刀操作错误而发生碰撞。刀补值输入错误。①输入的刀补值组号与编程中的刀具号不对应，造成刀补值错误。②对刀时“对刀点”的坐标值输入错误。在“机床辅助功能锁住”的状态下运行机床，对刀前没有重新进行“回零”操作，致使刀具位置不准，造成系统刀补值计算错误，一旦重新回零后，因刀补值错误而撞车。（4）编程尺寸输入错误。FANAC数控系统对坐标尺寸可以用“计算器型表示法”或“标准表示法”来表示。当用计算器型表示法时，不带小数点的整数单位认为是mm；当用标准表示法来表示时则以1/1000mm为单位指定。忘记输入“+”、“-”号也是经常发生碰撞的一个原因。（5）编程时换刀位置选择不当。在数控车床加工中当使用多把刀加工时，在某一个位置要进行换刀。该点选的离工件太远则降低加工效率；若选的离工件太近则容易发生刀具与工件的碰撞事故，所以换刀点的选择既要考虑安全性又要兼顾效率，当换较短的刀具时可以离工件近些，同时要照顾其他刀具的回转半径是否能与机床其他部位碰撞；当换较长的刀具时可以离工件远些，并以手动方式进行试验确定换刀位置。（6）多工位刀架安装刀具不当。在六工位以上的刀架安装刀具时，将较短的刀具与较长的刀具在相邻的工位安装，当较短的刀具加工时，较长的刀具与工件或卡盘相撞，所以较短的刀具与较长的刀具应间隔几个刀位安装，并以手动方式进行试验，确保安全。（7）刀架自动换刀后没有锁死。当机床使用较长时间，机床保养不好时，刀架会因刀架控制器反转继电器触点的接触不良，导致刀架反转锁紧时力度不够，锁不紧；或刀架换刀时有铁屑卡住刀架自锁不紧的情况而发生“扎刀”现象。因此要加强机床的保养，发现类似问题要及时维修。
二、预防碰撞的方法
根据前面碰撞的原因分析，教学中应当从以下几个方面加强对学生的培养。
1.培养认真仔细的工作作风。从程序的输入直至试切削的完成，整个切削调试过程中，操作者都应不急不躁、一丝不苟地做好每一个步骤，确保每一步操作的正确性。这是防止数控车床操作碰撞的根本保证，因此必须有意识地培养学生认真踏实的工作作风，这是数控操作工必备的职业素质。
2.重视数控理论知识的学习。普通车床的操作与数控车床的操作有着本质的区别。普通车床的安全操作在很大程度上取决于操作者的经验和熟练程度；而数控车床的安全操作在很大程度上取决于操作者对数控术语、指令等知识的正确理解，因此学好数控理论是数控机床操作者安全操作数控机床的必要条件。特别要重视对坐标系统、坐标尺寸、刀具的补偿、循环指令等重点、难点理论知识的学习。由理实一体的教师来讲理论课是有效的办法之一。
3.充分利用数控车床提供的程序检验功能。在试切削前，首先要利用数控机床具有的走刀轨迹的显示功能，在机床辅助功能锁住的前提下，自动运行加工程序，通过仔细观察模拟加工显示的刀具运行轨迹，检查程序内容是否有错误，有则进行修改，再进行模拟加工，直至正确。
4.刀补值的验证方法。Z坐标轴刀补值的验证：（如图1）①选择任意一把刀，使刀具沿A面切削。②在Z向不动的情况下沿X轴方向退刀，并停止主轴旋转。③选择刀具偏置页面，选择刀具对应的偏置号。④依次键入“Z”、“β”，按“测量”软键，则Z坐标轴刀补值自动计算并设定。⑤此时刀具不动，验算等式：Z轴刀补值+测量值β=Z轴机械坐标值是否成立，如果成立则Z坐标轴刀补值正确。同理：验证X坐标轴刀补值（如图2），验算等式：X轴刀补值+测量值α=X轴机械坐标值。
5.养成良好的操作习惯。在试切削过程中，除要保证加工程序的正确、合理，还要做到“一查、二停、三观察”。一查：在试切削的“循环启动”键按下前，应先检查机床是否重新回零；“主轴倍率”和“进给倍率”是否置于100%；机床是否处于“自动”状态、“快移倍率”是否置于F0；“单段”按钮是否开启；“机床锁住”、“空运行”按钮是否关闭。二停：上述按键确认准确无误后，操作者一只手按下“循环启动”键，同时另一只手放在“进给保持”按键上，待刀尖快速接近工件约10mm左右时，按下“进给保持”键使刀具停止移动。手动停止主轴旋转。用钢板尺测量X轴、Z轴与工件之间的间隙尺寸，并与显示器上的剩余坐标数值比较是否相近，相近则继续操作，否则退回刀具查找原因。三观察：在试切过程中，操作者应时刻观察显示屏上刀具坐标的变化，特别是剩余坐标数值是否与实际加工情况相符。操作者在执行一段程序后应检查即将执行的下一段程序的正确性和合理性，并视情况进行相应调整。加工程序全部执行完毕，待刀具退回后再进行测量，并对程序内容、刀补值等进行调整，直至加工出合格零件。
正确操作数控机床是安全生产的根本保证，按照上述操作方法养成的操作习惯可以最大限度地避免碰撞事故的发生。正确操作机床除需要正确理解数控理论知识及培养良好的操作习惯外，平时要加强对机床的保养，还要不断提高操作技巧和熟练程度，对机床结构有一定的了解才能成为合格的操作者。
参考文献：
[1]沈建峰.数控车床编程与操作实训[M].北京：国防工业出版社，2006.