手动经济型数控刀架的原理与设计

问题的提出

随着科学技术的发展及制造技术的进步，以及社会对产品多样化的需求愈加强烈，产品
的更新换代加速，产品品种的多样化，使得生产规模已由过去的大批量生产方式为主转
向以中、小批量轮番生产占主导地位的局面，促进了数控机床的发展。数控机床的发展出
现了向两端扩展的方向，即一端是发展高技术、高功能的数控产品，另一端是发展简易、
廉价的数控机床及兼有手动与 NC 功能的手动型数控机床(HAND NC) ，以满足生产中多

层次的要求。
在现行通用的经济型数控车床中，其纵、横向的自动进给运动均由步进电机伺服驱动，共
需要两套伺服系统。而在普通车床中，其纵、横向进给运动则是由相互自锁的机械传动加
以实现，无法实现两坐标联动功能。唯仿形车床例外，它具有两坐标联动功能，可以车削
圆柱面、圆锥面和圆弧面等。其斜向仿形运动在标准样件(硬靠模)的控制下，通过液压伺
服控制系统，作出与纵向主进给运动相适应的仿形进给，从而实现了两坐标的联动功能。
其中，将两个方向运动联系起来的是标准样件(硬靠模)和液压伺服控制系统。在具体使用

中，需考虑诸如标准样件的精度、液压系统的可靠性等问题。 2

系统构成

从仿形机床的加工方式以及仿形刀架的布局特点，再结合经济型数控车床的驱动方式，
我们得到启发：用软靠模(数控编程)取代硬靠模(标准样件)的工作原理，采用类似于仿形
加工的刀架布局，通过对刀架拖板的单坐标控制，实现刀架纵、横向两坐标联动，简化了
数控原理，通过键盘手动输入加工程序，与此同时，还保留了机床原有的操纵手柄，使
得加工操作极为方便，并具有良好的柔性。为此，提出了开发手动经济型数控刀架的构想。
手动经济型数控刀架系统构成简图如图 1

所示。

保留了原机床的纵、横向操作手柄，这对整个加工带来极大方便。整个数控刀架由刀
架本体即机械部分与步进电机两部分组成。步进电机通过传动丝杆，带动刀架运动。
由数控刀架的安装可知：数控刀架移动轴线与工件端面(垂向)方向之间成 a 角。数控
刀架所作运动，类似于仿形加工中的斜向仿形运动。所不同的是仿形加工中的斜向仿
形运动由硬靠模(标准样件)加以控制，通过液压运动加以实现。而数控刀架所作的斜
向运动则是由零件加工程序(软靠模功口以控制，通过步进电机的伺服运动加以实现。