目录摘要 (4)引言 (5)第一章、数控车床的分类 (6)1.1、按车床主轴位置分类 (6)1.2、按加工零件的基本类型分类 (7)1.3、按刀架数量分类 (7)1.4、按功能分类 (7)第二章、数控车床刀架的概况 (8)2.1刀架的产生 (8)2.2刀架基本结构 (9)2.3刀架的分类 (9)2.4刀架的几种典型结构 (10)2.5、刀架工作原理 (12)第三章、数控车床刀架的PLC控制 (15)3.1、可编程逻辑控制器（PLC）的作用 (15)3.2、可编程逻辑控制器（PLC）的组成 (15)第四章、自动换刀的电器控制 (16)4.1、刀架电气控制系统 (16)4.2自动换刀的电气控制线路 (19)第五章、数控车床自动换刀PLC控制 (21)5.1、电气设计要求 (21)5.2、PLC编程的基本步骤及基本编程 (22)5.3、电动刀架PLC控制 (25)第六章、数控车床刀架故障与诊断 (28)6.1故障分析 (28)总结 (32)摘要数控车床又称为 CNC车床，即计算机数字控制车床，是目前国内使用量最大，覆盖面最广的一种数控机床，约占数控机床总数的25%。
数控机床是集机械、电气、液压、气动、微电子和信息等多项技术为一体的机电一体化产品。
是机械制造设备中具有高精度、高效率、高自动化和高柔性化等优点的工作母机。
数控机床的技术水平高低及其在金属切削加工机床产量和总拥有量的百分比是衡量一个国家国民经济发展和工业制造整体水平的重要标志之一。
数控车床是数控机床的主要品种之一，它在数控机床中占有非常重要的位置，几十年来一直受到世界各国的普遍重视并得到了迅速的发展。
数控车床、车削中心，是一种高精度、高效率的自动化机床。
它具有广泛的加工艺性能，可加工直线圆柱、斜线圆柱、圆弧和各种螺纹。
具有直线插补、圆弧插补各种补偿功能，并在复杂零件的批量生产中发挥了良好的经济效果。
为了完成不同工序的加工工艺，加工时需要很多刀具，必须配有自动换刀装置。
自动换刀装置的功能就是储备一定数量的刀具并完成刀具的自动交换，同时具有换刀时间短，刀具重复定位精度高，结构紧凑及安全可靠等特点。
引言电动刀架是数控车床重要的传统结构，由于该类刀架采用全电控制，无需另加液压或气动等其它动力源，故对简化机床控制的复杂程度带来好处。
合理的选配电动刀架，可以缩短生产准备时间，消除人为误差，提高加工精度与加工精度的一致性。
另外，加工工艺适应性和连续工作的工作能力也明显提高;尤其是在加工几何形状较复杂的零件时，除了控制系统能提供相应的控制算法，对执行机构发出相应的控制指令外，很重要的一点是数控机床须配备易于控制的电动刀架，以便一次装夹所需各种刀具，灵活，方便地完成各种几何形状的加工。
电动刀架是数控车床进行自动换刀的实现机构，实现刀架上刀盘的转动和刀盘的开定位、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 编程控制等数控机床的核心内容，是每一个学习数控机床结构的学生必须掌握的，具有机械、电气的综合特点，同时电动刀架在数控加工过程中容易出现故障。
第一章、数控车床的分类数控车床可分为卧式和立式两大类。
卧式车床又有水平导轨和倾斜导轨两种。
档次较高的数控卧车一般都采用倾斜导轨。
按刀架数量分类，又可分为单刀架数控车床和双刀架数控车，前者是两坐标控制，后者是4坐标控制。
双刀架卧车多数采用倾斜导轨。
数控车床与普通车床一样，也是用来加工零件旋转表面的。
一般能够自动完成外圆柱面、圆锥面、球面以及螺纹的加工，还能加工一些复杂的回转面，如双曲面等。
车床和普通车床的工件安装方式基本相同，为了提高加工效率，数控车床多采用液压、气动和电动卡盘。
数控车床的外形与普通车床相似，即由床身、主轴箱、刀架、进给系统压系统、冷却和润滑系统等部分组成。
数控车床的进给系统与普通车床有质的区别，传统普通车床有进给箱和交换齿轮架，而数控车床是直接用伺服电机通过滚珠丝杠驱动溜板和刀架实现进给运动，因而进给系统的结构大为简化。
1.1、按车床主轴位置分类(1)立式数控车床立式数控车床简称为数控立车，其车床主轴垂直于水平面，一个直径很大的圆形工作台，用来装夹工件。
这类机床主要用于加工径向尺寸大、轴向尺寸相对较小的大型复杂零件。
(2)卧式数控车床卧式数控车床又分为数控水平导轨卧式车床和数控倾斜导轨卧式车床。
其倾斜导轨结构可以使车床具有更大的刚性，并易于排除切屑。
1.2、按加工零件的基本类型分类（1）卡盘式数控车床这类车床没有尾座，适合车削盘类(含短轴类)零件。
夹紧方式多为电动或液动控制，卡盘结构多具有可调卡爪或不淬火卡爪(即软卡爪)。
(2)顶尖式数控车床这类车床配有普通尾座或数控尾座，适合车削较长的零件及直径不太大的盘类零件。
1.3、按刀架数量分类(1)单刀架数控车床数控车床一般都配置有各种形式的单刀架，如四工位卧动转位刀架或多工位转塔式自动转位刀架。
(2)双刀架数控车床这类车床的双刀架配置平行分布，也可以是相互垂直分布。
1.4、按功能分类（1）经济型数控车床采用步进电动机和单片机、PLC对普通车床的进给系统进行改造后形成的简易型数控车床，成本较低，但自动化程度和功能都比较差，车削加工精度也不高，适用于要求不高的回转类零件的车削加工。
（2）普通数控车床根据车削加工要求在结构上进行专门设计并配备通用数控系统而形成的数控车床，数控系统功能强，自动化程度和加工精度也比较高，适用于一般回转类零件的车削加工。
这种数控车床可同时控制两个坐标轴，即X轴和Z轴。
（3）车削加工中心在普通数控车床的基础上，增加了C轴和动力头，更高级的数控车床带有刀库，可控制X、Z和C三个坐标轴，联动控制轴可以是(X、Z)、(X、C)或(Z、C)。
由于增加了C轴和铣削动力头，这种数控车床的加工功能大大增强，除可以进行一般车削外可以进行径向和轴向铣削、曲面铣削、中心线不在零件回转中心的孔和径向孔的钻削等加工，第二章、数控车床刀架的概况2.1刀架的产生电动刀架是数控车床重要的传统结构，由于该类刀架采用全电控制，无需另加液压或气动等其它动力源，故对简化机床控制的复杂程度带来好处。
合理的选配电动刀架，可以缩短生产准备时间，消除人为误差，提高加工精度与加工精度的一致性。
另外，加工工艺适应性和连续工作的工作能力也明显提高;尤其是在加工几何形状较复杂的零件时，除了控制系统能提供相应的控制算法，对执行机构发出相应的控制指令外，很重要的一点是数控机床须配备易于控制的电动刀架，以便一次装夹所需各种刀具，灵活，方便地完成各种几何形状的加工。
2.2刀架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：（1）驱动装置主要有电机、液压电动机、齿轮、齿条。
（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。
（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。
（4）松开、刹紧装置齿盘副的松开刹紧。
为了完成快速杀紧和得到的杀紧力，松开和刹紧一般选用液压和机械等来实现松开和刹紧。
（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的精度定位元件。
（6）发信装置包括工位信号（编码器）和动作控制信号。
（7）装刀装置包括刀盘、刀夹及夹刀装置。
目前刀盘有2种模式：欧式VDI、日式槽刀盘。
德国标准VDI刀盘DIN69880和DIN69881标准。
（8）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号给系统——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4、6、8、10、12工位，形式为立式和卧式。
2.3刀架的分类按刀架的回转轴线分类，有绕水平轴旋转分度和绕垂直轴旋转分度两大类。
按装刀数来分常见的有四工位电动刀架和六工位电动刀架等。
按机械定位方式分，常见的有端齿盘定位，三齿盘定位，斜板圆销转位电动刀架等。
三齿盘定位电动刀架(又称为“免抬刀架”)可实现上刀体不抬起而顺利地转位换刀的要求，排除了冷却液、加工屑对刀架转位时的影响，较为可靠地解决了刀架的密封问题。
斜板圆销转位电动刀架结构简单，工作可靠。
2.4刀架的几种典型结构（1）排刀式刀架排刀式刀架一般用于小规格数控车床，以加工棒类为主的机床较为常见，它的结构形式为夹持着各种不同用途刀具的刀夹沿着机床X 坐标轴方向排列在横向滑板或一种称为快换台板上。
这种刀架的特点之一是刀具布置和机床调整都较方便，可以根据具体工件的车削工艺要求，任意组合各种不同用途的刀具在一把刀完成车削任务后，横向滑板只要按程序沿X轴向移动预先设定的距离后，第二把刀就到达加工位置，这样就完成了机床的换刀动作。
这种换刀方式迅速、省时、有利于提高机床的生产效率。
（2）数控车床方刀架经济型数控车床方刀架是在普通车床四方刀架的基础上发展的一种自动换刀装置，其功能和普通四方刀架一样：有四个刀位，能装夹四把不同的刀具，方刀架回转90`时，刀具变换一个刀位，但方刀架的回转和刀位号的选择是由加工程序指令控制的。
换刀时方刀架的动作顺序是：刀架抬起、刀架转位、刀架定位和刀架夹紧。
完成上述动作要求，有相应的机构来实现。
（3）转塔回转刀架转塔回转刀架适用与盘类零件加工。
在加工轴类零件时，可以换用四方回转刀架。
由于两者底部安装尺寸相同，更换刀架十分方便。
回转刀架动作根据数控指令进行，由液压系统通过电磁换向阀进行控制，其动作过程分为如下四个步骤：（1）、刀架抬起，（2）、刀架转位、（3）、刀架压紧，（4）、转位液压缸复位。
如果定位、压紧动作正常，刀架会发出信号表示已完成换刀过程，可进行切削加工。
（4）盘形自动回转刀架盘形自动回转刀架根据刀位又可分为A型、B型和C型，其中A 型和B型刀架可配置12把刀具，C型可配置8把刀具。
A、B型回转刀盘的外切刀可使用25mm*150mm标准刀具和刀杆截面为25mm*25mm的可调工具，C型可用尺寸为20mm*20mm*125mm的标准刀具。
镗刀杆直径最大为32mm。
该种刀架更换和对刀十分方便。
刀位选择由刷形选择器进行，松开、夹紧位置检测由微动开关控制。
整个刀架控制是一个纯电气系统，结构简单。
（5）车削中心的动力刀架车削中心的动力刀架的刀盘上可以安装各种非动力辅助刀夹（车刀夹、镗刀夹、弹簧刀夹、莫氏刀柄），夹持刀具进行加工，还可安装动力刀夹进行主动切削，配合主机完成车、铣、钻、镗等各种复杂工序，实现加工程序自动化、高效化。
该刀架采用端齿盘作为分度定位元件，刀架转位由三相异步电机驱动，电动机内部带有制动机构，刀位由二进制绝对编码起器识别，并可双向转位和任意刀位就近选刀。