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　　刀塔 ( 也称刀架 ) 是数控机床上所使用的最关键核心部件，目前的传统刀塔 ( 也 称刀架 ) 只能安装车刀或镗刀进行最基本的车削加工。利用单个内藏式伺服电机实现控制刀塔精确转位 ( 也称换刀 ) 和控制旋转 刀具高速旋转两种功能，集车铣加工功能于一体。

　　传统刀塔在其刀盘的圆周上有多个安装平面和安装槽，用于固定车刀刀座或镗刀 刀座，与刀塔的内部结构是完全隔离的。传统刀塔的电机置于箱体的外面，通过同步带把动 力传给驱动轴，驱动轴的端部与第一齿轮固定连接在一起，刀盘与第二齿轮固定连接在一 起，第一齿轮和第二齿轮相啮合，

　　从而实现电机转动带动刀盘转动的目的，控制单元通过电 机内置的编码器反馈信息进行控制电机的转速、圈数和旋转角度，来实现刀盘的转位控制。刀座通过定位键和螺钉固定在刀盘的圆周各刀位上，刀座上可安装车刀或镗刀，但此类刀 具只能实现直线进给进行车削加工的要求，且外形尺寸较大。改变了传统刀塔各安 装刀具位置的结构，使每个刀具位置既可安装车刀，又可安装旋转刀具。

　　当离合器活动转齿与离合器固定转齿啮合时，是电机动力传递给旋转刀具的必须 条件 ；当离合器活动转齿与离合器固定转齿脱离时，电机动力就不再驱动旋转刀具旋转，此 状态下正是离合器活动转齿通过其圆周齿轮与刀塔转位齿轮 ( 即第一齿轮 ) 进行啮合的状 态，达到电机旋转带动刀塔转位的目的。概括地说，通过控制离合器活动转齿的两个位置 ( 即啮合与脱离状态 )，达到电机动力输出给刀塔转位或输出给旋转刀具旋转的目的。

　　旋转刀具旋转的实现如下 ：首先离合器活动转齿与离合器固定转齿的啮合，使刀塔处于刀具旋转状态，控制 单元通过外置的编码器 5 反馈信息进行控制电机的转速、启停和正反转动，来实现刀具任 意速度的正转、反转及停止 ；另外，该动力刀塔采用的动力刀柄为尾部扁尾结构，因此，在旋 转刀具停止时需要停止在固定的角度位置上，才能保证下一把旋转刀具顺利地插入槽中， 刀具的固定角度停止功能靠编码器的角度反馈来实现。

　　1、箱体 2、电机定子 3、电机转子 4、中空花键轴 5、编码器 6、离合器活动转齿 7、离合器固定转齿 8、第一传动轴 9、第三传动轴 10、第一齿轮 11、第三齿轮 12、第二齿 轮 13、刀盘 14、刀座 15、车刀 16、第二螺旋伞齿轮 17、第二传动轴 18、旋转刀具 19、第 一螺旋伞齿轮

　　箱体 1，箱体 1 内安装有电机，电机包括电机定子2 和电机转子 3，电机定子 2 固定安装在箱体 1 上，电机转子 3 中间固定连接有中空花键轴 4，中空花键轴 4 一端传动连接有离合器，离合器包括有离合器活动转齿 6 和离合器固定转 齿 7，离合器活动转齿 6 与中空花键轴 4 相连，离合器活动转齿 6 能沿中空花键轴 4 的 轴向移动，离合器固定转齿 7 传动连接有第一传动轴 8，第一传动轴 8 从中空花键轴 4 内穿 过，第一传动轴 8 另一端传动连接有第一螺旋伞齿轮 19 ；箱体 1 一端相对旋转连接有刀盘 13，刀盘 13 上安装有旋转刀具 18，旋转刀具 18 一侧传动连接有第二传动轴 17，第二传动轴 17 另一端传动连接有第二螺旋伞齿轮 16，第二螺旋伞齿轮 16 与所述第一螺旋伞齿轮 19 相 啮合。箱体 1 一侧相对旋转连接有第三传动轴 9，第三传动轴 9 一端传动连接有第一齿 轮 10，离合器活动转齿 6 能与第一齿轮 10 相啮合，第三传动轴 9 另一端传动连接有第 二齿轮 12，第二齿轮 12 一侧啮合有第三齿轮 11，第三齿轮 11 与刀盘 13 传动连接。

　　车铣复合加工机床用的动力刀塔 ( 也称刀架 )，传统刀塔 ( 也称刀 架 ) 只能安装车刀或镗刀，进行最基本的车削加工，本发明打破了原传统刀塔在功能和结 构的限制，同时具备了安装车刀、镗刀和旋转刀具 ( 如铣刀、钻头、丝锥等 ) 的功能，可实现 车削加工和铣削、钻削、攻丝等加工，是车铣复合加工机床上必备的功能部件。因具 备了刀具旋转加工，故称之为动力刀塔。

　　利用单个内藏式伺服电机实现控制刀塔精确转位 ( 也称换刀 ) 和控制旋转 刀具高速旋转两种功能，涉及到了复杂的机械传动、互锁、定位机构和合理巧妙的电气、气 动、液压控制技术。作为车铣复合加工机床上所使用的最关键核心部件—动力刀塔，目前尚无专业厂 家生产，刀塔生产厂家都以生产传统车削功能的刀塔 ( 或称刀架 ) 为主，这深深制约了我 国车铣复合加工机床的发展，导致车铣复合机床也只能依靠进口。车铣复合加工机床是集 成车削加工和铣削加工于一身的高档加工设备，被加工的零件一次装夹在机床上，可实现 车削、铣削、钻孔、攻丝镗孔、扩孔等多种加工，解决了加工一个零件需要多台加工设备的问 题，且可显著提高被加工零件的精度和加工效率，是车床的延伸和发展方向。具有高 刚性、重切削、体积小、集成化等优点。

　　传统刀塔在其刀盘的圆周上有多个安装平面和安装槽，用于固定车刀刀座或镗刀 刀座，与刀塔的内部结构是完全隔离的。传统刀塔的电机置于箱体的外面，通过同步带把动 力传给驱动轴，驱动轴的端部与第一齿轮固定连接在一起，刀盘与第二齿轮固定连接在一 起，第一齿轮和第二齿轮相啮合，从而实现电机转动带动刀盘转动的目的，控制单元通过电 机内置的编码器反馈信息进行控制电机的转速、圈数和旋转角度，来实现刀盘的转位控制。刀座通过定位键和螺钉固定在刀盘的圆周各刀位上，刀座上可安装车刀或镗刀，但此类刀 具只能实现直线进给进行车削加工的要求，且外形尺寸较大。改变了传统刀塔各安 装刀具位置的结构，使每个刀具位置既可安装车刀，又可安装旋转刀具。

　　为实现旋转刀具的 旋转，需解决动力源问题，特设计了一套机械传动机构与电机连接。电机为内藏式电机，电 机定子固定连接在刀塔的箱体上，电机转子和中空花键轴固定连接在一起 ；离合器活动转 齿与中空花键轴连接在一起，并可沿中空花键轴的轴向移动 ；离合器固定转齿通过涨套与 第一传动轴紧固在一起 ；中空花键轴通过离合器的啮合与其内部的第一传动轴间接相连 ；第一传动轴通过一对螺旋伞齿轮 ( 即第一螺旋伞齿轮和第二螺旋伞齿轮 ) 与第二传动轴连 接，实现传动方向的 90 度转向 ；第二传动轴与旋转刀具的连接处为凹槽结构，可与旋转刀 具尾部的扁尾结构进行紧密啮合 ；通过上述传动链，电机转子的旋转动力便可传递给旋转 刀具，实现电机与旋转刀具的同步同转速旋转。

　　为实现传统刀塔具备的所有功能，通过离合器活动转齿沿中空花键轴的轴向移 动，使离合器活动转齿与第一齿轮进行啮合，同时与离合器固定转齿脱离，从而把电机的动 力传递给与第一齿轮连接成一体的第三传动轴，第三传动轴与第二齿轮是一体的，第二齿 轮与第三齿轮相啮合，因刀盘固定连接在第三齿轮上，所以电机最终把动力传递给了刀盘， 电机的旋转会带动刀盘旋转，达到刀盘的转位控制。