近年来，我国数控车床行业在国民经济保持快速发展和继续实施扩大内需的方针形势下取得了很大成绩，呈现出快速发展和进步的良好态势。作为数控车床的核心功能部件之一，数控刀架虽然取得了较大进步，但与国外的水平相比，仍有一定的差距，成为制约主机发展的瓶颈因素之一。

　　烟台环球机床附件集团有限公司作为刀架专业化生产厂，作为国内机床附件行业的领头兵，在数控刀架生产开发方面有了较大突破，特别是及时跟踪国外先进技术，不断开发推出新品，满足主机配套发展的需要等方面有了长足发展。

本文介绍了数控转塔刀架基本组成结构，换刀动作及控制原理，数控转塔刀架技术的发展、演变以及目前国外最新技术发展状况和发展趋势，结合本公司从数控刀架技术引进到自主开发生产的历程，特别是近两年开发的伺服电机驱动刀架和采用模块化设计带铣削功能的动力刀架，标志着国内数控刀架向高速化、复合化方向发展，迈出坚实的一步，填补了国内空白。重点介绍了卧式数控车床、立式数控车床所用的刀架的结构、性能、特点、控制原理；刀盘及刀夹的选择；重点配套厂家。根据多年销售服务积累的经验，主机电器控制应注意的事项，为提高刀架的可靠性提供保障。为提高刀架精度和可靠性而采取的技术措施。通过本文希望有助于主机厂领导、设计人员、销售人员选型和应用，有助于主机的发展。

一、数控刀架基本结构，国外技术的发展演变及最新发展趋势：

1、基本结构

数控刀架作为数控车床的动作执行部件，其基本结构包括：

1．1驱动装置：

主要有电机、液压马达、齿轮、齿条。

1．2分度装置：

通过机械液压传动结构到所需工位间的转动。

结构主要分为间歇分度结构和连续分度机构。快速换刀一般选用双向旋转的连续分度机构。

1．3预定位装置：

到达所需的工位后，停止分度运动，以便于齿盘正确啮合。伺服电机驱动刀架，利用伺服电机编码器作为预定位。

1．4松开、刹紧装置：

齿盘副的松开刹紧。为了完成快速刹紧和得到大的刹紧力，松开和刹紧一般选用液压和机械等来实现松开和刹紧。

1．5精定位装置：

刀具在切削时需要很高的刚性和定位精度，因此刀架都选用齿盘副做为它的精定位元件。

1．6发信装置：

包括工位信号（编码器）和动作控制信号。

1．7装刀装置：

包括刀盘、刀夹及夹刀装置。目前刀盘2种模式：欧式VDI、日式槽刀盘。德国标准VDI刀盘刀夹DIN69880和DIN69881标准。

数控刀架换刀动作：

系统发出指令→齿盘松开→刀架旋转分度→到达目标工位并发信给系统→预定位→齿盘锁紧精定位→系统确认后工件切削。

为满足不同工件的加工要求，数控刀架分为四、六、八、十、十二工位，形式为立式和卧式。

2、数控刀架技术发展演变：

近三十年的发展，数控刀架逐渐演变为电动和液动两大派。

电动刀架：

以欧洲为代表。由力矩电机驱动，凸轮控制齿盘的松开和刹紧，预定位动作由电磁铁完成，位置信号由编码器发出，采用齿轮减速完成分度、松开、刹紧动作。

液动刀架：以日本技术为基础，日本、韩国和我国台湾省为代表。采用液压马达驱动，用间歇分度机构平行共枙凸轮分度和预定位，液压松开刹紧，位置信号用组合传感器发信。早期的液压刀架用液压伺服分度马达驱动，因该马达价格较高，现专业厂已很少用此种结构。

3、国外数控刀架最新技术发展状况和发展趋势。

主机技术向高速、复合方向发展，从而使数控刀架技术也向高速化、复合方向发展。主要表现在：

高速化：开放式伺服电机及驱动技术的发展，使伺服电机驱动刀架技术发展成为现实。伺服电机代替了预定位装置、发信装置，简化了刀架结构，松开、刹紧采用液压。伺服刀架提高了换刀速度。

复合化：

车削中心的出现，使刀架技术向复合化更高层次发展。带铣削功能的动力刀架，一般采用普通刀架外加伺服主轴电机驱动动力刀具，刀盘采用VDI刀盘，钻铣主轴最高转速可达12000r/min，功率22KW。近两年出现与B轴、y轴联动带铣削头刀架，从而使机床达到五轴联动。y轴行程可达到±45mm，B轴上刀架可转135°/-45°。

二、跟踪国外先进技术、努力缩小差距，“烟附”新品刀架开发最新技术发展状况。

做为数控刀架国内最高技术水平的专业生产厂，烟台环球机床附件集团有限公司及时跟踪国外最新技术发展动态，在2003年北京CIMT’2003展会上成功推出AK36100×12高速换刀伺服刀架和采用模块设计带铣削功能AK3380×8L动力刀架，填补了国内空白。

1、AK36100×12伺服刀架向高速化迈进：

a特点：以伺服电机进行分度，液压控制松开、刹紧三联齿盘定位、可双向回转和任意刀位就近选刀，适应与各种数控系统连接，转位时间可调，30°最快转位时间0.15s，中心高100mm，重复定位精度±2″，伺服电机功率500W。

b操作流程图：

c刀盘：

可采用VDI刀盘和槽式刀盘。

制约因素：伺服电机及驱动模块需进口，价位高，较难实现商品化。

2、AK3380×8L动力刀架向复合化方向发展：

a特点：采用模块化设计。分为换刀模块和伺服主轴电机驱动动力两个模块，换刀模块用AK3180×8A刀架，动力模块伺服电机侧置，采用大齿圈传动，动力刀具在工作位置由电磁铁控制啮合，动力刀具最高转速3000r/min，输出扭矩6N.m，中心高80mm,重复定位精度±2″，可实现双向旋转就近选刀。

b操作流程图：

c刀盘：

刀盘采用VDI刀盘，刀夹采用德国标准DIN69880，动力刀夹有径向、轴向、偏置等几种形式以满足不同的加工要求。

三、AK23系列、AK27系列电机内藏式重型卧车、立车用刀架。

根据数控立车发展的需要，我公司于2000年开发AK27系列电机内藏式刀架，在此系列的基础上又开发AK23系列重型卧车用刀架。

1、结构及性能特点：

该系列刀架采用力矩电机驱动，电机置于刀架内部，齿轮减速，螺母松开刹紧，预定位采用互联动定位销机构，保证刀架可靠性，用三联齿盘作定位元件，转位时刀架无须抬起，霍尔元件发工位信号，刹紧信号由传感件发出。根据主机的需要配置二种转速，即中速和慢速，从而得到不同的锁紧力。以AK27320×4为例，一种为单工位换位时间为3.5s，最大锁紧力27500N，另一种为单工位转位时间为4.5s，最大锁紧力40000N。

该系列刀架刀台方有300mm、320mm、380mm、400mm、440mm五种规格，工位数四、六工位两种。重复定位精度±2″，配置内冷却。

2、操作流程图：

3、刀夹选择：

a、AK27系列：

有两种形式：DIN69881刀夹系统，刀体采用55°燕尾，用螺钉压紧。优点为有多种形式可供选用并已标准化生产，易于换刀。

自定联接形式，通常采用定位孔及键槽定位，螺钉紧固于刀台上，常用有车刀夹和镗刀夹。

b、AK23系列：

刀台上有夹刀槽，车刀式镗刀杆可直接安装，无需额外成本，重型卧车大多采用这种形式。

4、主要配套客户

AK27系列主要配套客户为：齐齐哈尔第一机床厂、瓦房店重型机床厂、武汉重型机床厂、豫西机床厂、安阳机床厂、沈阳大金公司、沈阳数控等。

AK23系列主要配套客户为：天水星水机床厂、上海重型机床厂、德州机床厂、安阳机床厂、齐齐哈尔第一机床厂等。

四、AK31系列、AK30系列卧式数控车用刀架：

（一）AK31系列

1、结构及性能特点：

1992年引进意大利Baruffaldi公司TOE系列技术，经过消化吸收转化生产AK31系列刀架。引进中心高80、100、125、160、200mm五种规格刀架，我公司又自主开发中心高50、63mm两种规格，共计七种规格，工位数为8、10、12，配套范围从仪表车到重型卧车。该系列刀架采用力矩电机驱动，外──外啮合二齿差行星轮系减速和传动，分离出分度转位动作和松开刹紧动作。齿盘的松开刹紧由滚轮和凸轮控制，刹紧力大小取决于碟簧，工位信号由绝对值编码器控制，电磁铁控制预定位动作，定位采用三联齿盘，可双向旋转就近选刀，为克服刹紧时电机旋转的惯性，电机后部有制动装置，其主要特点为：高刚性，高可靠性，结构紧凑，刀台无需抬起转位双重密封防渗漏。重复定位精度±2″。

2、操作流程图：

3、刀盘及刀夹

刀盘分为VDI标准刀盘和槽式刀盘两种。

VDI标准刀盘，采用德国标准，刀具孔分为径向和轴向两种形式。齿形刹紧柱紧固刀夹，刀夹用DIN69880标准，分为径向、轴向、组合、圆柱孔、莫氏孔等多种形式刀夹。根据加工工艺的不同，可选择不同形式的刀夹。此类刀夹已有专业化生产厂，选择性大。刀具选用比较柔性化。

槽式刀盘：刀盘上开径向夹刀槽，可正、反两边夹刀，端面可安装镗刀夹和轴向车刀夹。此刀盘出厂已配好刀夹，用户无需另配刀夹，刀具选用不如VDI式刀盘方便。

（二）AK30系列

1、结构及性能特点：

该系列刀架采用电机驱动，齿形带、蜗轮蜗杆传动，预定位采用双销互锁机构，保证刀架在正确位置刹紧，松开、刹紧用螺母增力机构，三联齿盘定位，霍尔元件发信，刀盘无须抬起即可换刀。单方向旋转换刀。其特点：结构简单、紧凑、经济。中心高有63、80、100mm三种规格。工位有六和八两种。重复定位精度±2″。

2、操作流程图：

3、刀盘及刀夹

全部采用槽式刀盘及配带镗刀座。

（三）主要配套客户：

AK31系列、AK30系列刀架配套客户很广，主要有：沈阳第一机床、沈阳数控、大连机床厂、长城机床、北京仪表机床、上海二机床、浙江奥玛克、浙江凯达，浙江日发、成都宁江、沈阳大金、德州机床厂、重庆科菲等。

五、主机电器控制应注意的事项

经过多年的售后服务所总结的经验，为提高刀架电器械件寿命及可靠性，除严格按说明书控制方法控制刀架外，并提出以下特别注意事项。

（一）AK31系列刀架

1、要求预分度电磁铁、制动线圈配置单独电源（容量不小于100VA）；编码器、传感器要求使用系统电源，且与系统之间连接不能有中间继电器；

2、刀架电机的保护：（1）刀架转位过程中，一定时间内找不到工位时，电机断电（AK3180、AK31100、AK31125三种规格为6秒，AK31160、AK31200两种规格为10秒）；（2）预分度电磁铁通电后1.5秒钟，如果见不到预分度传感器信号，应立即给电机断电；（3）刀架电机反转锁紧过程中，2秒钟之内见不到锁紧传感器信号，应立即给电机断电；

3、刀架电机上的温控保护不能直接接到系统板上，应通过中间继电器控制；

4、发生刀架转不到位时，应重新转动，并且必须沿故障前的转向旋转；

5、预分度电磁铁芯杆表面要定期（6个月）注入1～3滴润滑油。

（二）AK30系列、AK27系列、AK23系列

1、信号线要做成绞线形式；

2、霍尔元件电源要求用系统上电源（OV线为浮地）且不能经过中间继电器；

3、刀架反转锁紧要求按下述方法进行：从反转开始进行计时，1.8秒后电机断电，检测是否有正位信号。有信号，则说明刀架锁紧，要进行下道工序；否则，系统报警，查找原因；

4、刀架首次送电时，务必仔细观察刀架是否运转，若通电后1.5秒钟内不旋转，说明电源相序接反，要立即给电机断电，改变电源相序。

六、结束语

烟台环球机床附件集团有限公司为国内最早生产数控刀架专业厂，经过近二十年的发展，形成了一支从设计开发、生产、检测、试验及售前售后服务训练有素的队伍，快速响应市场。在硬件设施上不断加大投入，设备数控化率达到30%，在检测上从外购件零件成品以及组装、试验、性能检测全过程控制，先后购进了三座标测量仪、刀架综合性能试验机，从而大大提高了刀架质量和可靠性。通过自身努力和不断的创新开发，目前我公司数控刀架已发展形成AK21、AK23、AK27、AK30、AK31、AK33、AK35、AK36八大系列84个品种规格，几乎覆盖了从仪表车床至数控立车所有的数控车床行业。

“烟附”作为国产数控刀架最高水平的代表之一，将不断全面创新，与时俱进，提供高性价比的功能部件，实现用“中国装备装备中国”的需要。