刀庫和換刀裝置的故障診斷方法和維修分析

摘 要：本文首先數控機床刀庫與換刀裝置為研究對象，首先簡要分析了自動換刀裝置的基本形式，指出了刀庫及換刀機械手在日常運作時的常見故障，并給出了具體的維修方法，望能為此領域研究有所借鑒與幫助。

關鍵詞：刀庫;換刀裝置;故障診斷;維修

刀庫與換刀裝置是為大、中型加工中心提供配套支持，且實現自動換刀與刀具儲備的兩部分，乃是重型加工中心、高檔加工中心的重要構成。針對刀庫來講，其主要作用就是提供儲刀位置，并且能夠依程式控制，合理選刀具，并準確定位，以此完成刀具交換;而換刀裝置則執行交換刀具的動作。在實際運行當中，刀庫和換刀裝置經常會出現各種故障，因而會影響整個生產的正常開展。本文結合實際情況，就其故障診斷方法及維修策略作一探討。

1.自動換刀裝置的基本形式

（1）帶刀庫所對應的自動換刀系統。針對此系統而言，其主要由兩部分構成，其一為交換機，其二是刀庫與刀具。首先將加工時所需所有刀具均安裝于刀柄上，于機外預先調整其尺寸，并按照特定方式，放到刀庫當中。在進行換刀時，首先會從刀庫中選刀，并借助刀具交換裝置，將刀具從刀庫與主軸上取出，而在刀具交換后，把新刀具裝到主軸上，然后把舊刀具放回到刀庫當中。需要指出的是，用于存放刀具的刀庫容量很大，其除了能夠安裝于主軸箱的上方，還可根據現實需要，當作單獨部件，安裝于機床外，借助搬運裝置而完成刀具的運送。（2）更換主軸頭換刀。如果數控機床當中安裝有旋轉刀具，那么對主軸頭進行更換，便是一種比較簡單的方式。針對主軸頭來講，一般情況下，其有兩種方式，即立式與臥式，且經常用轉塔的轉位對主軸頭進行更換，以此來達到自動換刀的目的。而在轉塔所對應的各主軸頭上，事先便安裝有能夠滿足各工序操作需要的旋轉刀具。當換刀指令發出之后，各主軸頭會按照指定順序，旋轉至加工位置，且與主軸運動相連接，主軸將刀具帶動，并進行旋轉，而對于其他處在非加工位置的主軸，均和主運動之間呈脫開狀態。（3）回轉刀架換刀。針對用于數控機床的回轉刀架而言，其實為一種運行比較簡便且操作簡單的自動換刀裝置，不僅有六角刀架，而且還有四方刀架，在上面安裝4～6把的刀具。對于回轉刀架來講，其無論是在剛度上，還是在強度上，都需要滿足實用要求，能夠承受粗加工所產生的切削力;此外，在轉位時，還需保證定位精度準確。

2.刀庫及換刀機械手的維護要點分析

（1）不得將那些超長或者超重的刀具裝到刀庫中，預防機械手換刀過程中出現掉刀情況，或者是刀具與夾具、工件之間出現碰撞。（2）如果采用的是順序選刀方式，那么需要確保刀具在刀庫中的放置順序需正確，而對于其它選刀方式，需保證所換刀具一致于所選刀具，預防刀具換錯所引發的各種事故。（3）如果采用手動方式將刀裝在刀庫中時，需保證準確、牢靠，并且還需要對刀座上所安裝的鎖緊裝置可靠、實用與否進行檢查。（4）對刀庫回零位置正確與否進行定期檢查，另外，對機床主軸回換刀點位置到位與否進行細致檢查，如果發現存在問題，需即刻進行調整，不然難以完成換刀動作。（5）保持刀套、刀具、刀柄始終處于清潔狀態。（6）開機時，首先讓機械手、刀庫處于空運行狀態，并對各個部分工作正常與否進行細致檢查，尤其是電磁閥、行程開關動作是否正常。

3.刀庫及換刀機械手故障及維修方法

3.1刀庫故障

（1）刀庫無法轉動，或者是轉動難到位。刀具之所以會無法轉動，究其原因，可能與如下因素有關：其一，蝸桿軸與聯接電動機軸至今的聯軸器發生松動;其二，變頻器發生故障，此時，需要對變頻器輸入、出的電壓正常與否進行詳細檢查;其三，PLC難以對輸出施加有效控制，原因可能是接口板當中的繼電器已經喪失作用;其四，機械連接太緊;其四，太低的電網電壓。而對于刀庫難以轉到位而言，原因主要有兩點，其一為傳動機構存在誤差，其二是電動機轉動發生故障。（2）刀套上下不到位。原因主要有如下幾點：第一，裝置調整出現不當情況，或者是存在比較大的加工誤差，從而導致撥叉位置錯誤;第二，安裝限位開關存在錯誤，或調整不合理，而引發反饋信號不正確。

3.2換刀機械手故障

（1）刀具難以將掉刀夾緊。原因為：機械手卡緊鎖喪失作用;刀具重量過重;位于彈簧后面的螺母出現松動情況;過小的卡緊爪彈簧壓力。（2）刀具夾緊之后難以松開。原因為：松鎖的彈簧壓合太緊，卡爪難以縮回;對此，需要將螺母調松，使其載荷低于額定值。（3）刀具在交換過程中出現掉刀情況。在換刀過程中，主軸箱未能回至換刀點，或者是換刀點出現漂移情況，機械手抓到不到位，便開始拔刀，這均會造成換刀時出現掉刀情況。此時，需要對主軸箱進行重新移動，使其達到換刀點處，對換刀點進行重新設定。（4）機械手在具體的換刀速度上，出現過慢或過快情況，比如氣動機械手，當其出現過高的氣壓，或者是換刀氣閥流開口過小或過大，均會使換刀速度變慢或加快;此時，需要對氣壓大小進行調整，而且還需要調整節流閥開口的大小。

3.3換刀不啟動或中斷

需要指出的是，自動換刀裝置的流程為步進式，也就是完成各個動作后，都需要向數控系統發送反饋信號來確認，確認之后，方能開始后續動作。此種故障的主要原因不僅與換刀過程中相關機械件卡住有關，而且還與缺少執行下一個換刀動作條件也有關。所以，要想將此類故障給排除掉，需要熟悉自動換刀順序，并且知曉各個開關的具體位置，然后依照機床PLC梯形圖紙，對位置檢測開關進行重點檢查，此外，還需檢查控制下一個動作的電磁閥工作正常與否，以此對故障情況進行準確判斷。例如刀庫位置偏移故障。現象：1臺XH754型號的數控機床，在換刀使，主軸向上移動到刀爪處，此時，刀庫刀爪發生錯動，而在對刀進行撥、插動作時，有響聲。處理：當主軸向上移動到刀爪時，刀庫刀爪發生錯動情況，提示刀庫零點可能發生偏移，或者是刀庫傳動有一定間隙。由于插撥刀比較費力，因此可判定刀庫零點已出現偏移情況。卸下所有的刀庫刀具，把主軸手搖到Y軸附近，然后用塞尺對主軸傳動鍵與刀庫刀爪與之間所存在的間隙進行測量，證實存在偏移;此時，對參數7508進行調整，直到主軸傳動鍵與刀庫刀爪之間有對等間隙。開機后，換刀恢復正常。

4.結語

綜上，伴隨當今工業技術的日漸完善，許多新技術、新方法在數控機床中得到廣泛應用，有力推動著此方面的發展與成熟。刀庫和換刀裝置作為數控機床當中的重要組成部分，其在實際運行中，尤其是長時間運行后，容易出現多種故障，因此，需對此進行準確診斷，并加以維護，消除故障與隱患，保持刀庫和換刀裝置運行正常。

參考文獻：

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[3]王元軍， 楊琪， 俞暉. 某型臥式加工中心自動換刀系統可靠性與故障分析[J]. 機械設計與制造工程， 2017， 39（7）：75-78.

作者簡介：

朱俊宇，出生年月：1998.01，性別：男，民族：漢族，籍貫（精確到市）：四川省自貢市，學歷：本科，研究方向：機械設計制造機自動化.