EMCO 數控車削中心刀塔故障分析

摘要：數控刀塔是數控車削中心的重要部件，因使用過程中碰撞、長時間使用造成刀塔與軸心及刀塔端面與 Z 軸導軌的位置精度超差，直接影響了機床的加工精度。使用定心百分表調整刀塔精度會出現軸心與導軌的平行度合格，但刀塔端面與 Z 軸導軌垂直度超差的問題。介紹 EMCO車削中心刀塔的位置精度對加工精度的影響，分析了調整車削中心刀塔的位置精度方法，主要闡述了創新使用的雙軸套環檢測刀塔精度的方法。實際維修證明：使用雙軸套環檢測方法維修刀塔的精度，能保證車削中心上動力頭軸心與導軌的平行度保持在（0.005～0.01）/100 mm ，刀塔端面與 Z 軸導軌的垂直度在（0.005～0.01）/100 mm ，能讓機床的加工精度接近出廠的加工精度，并有快速、簡單、精度高的特點，解決了進口機床維修不便、維修費高的問題。

關鍵詞：刀塔;車削中心;雙軸套環;維修

中圖分類號：TG51文獻標志碼：A文章編號：1009-9492（2021）11-0129-04

Analysis of Turbine Failure in EMCO CNC Turning Center

Zhang Shiyuan

（Guangdong Province Technician College of Light Industry， Guangzhou 510300， China）

Abstract： The CNC turret is an important part of the CNC turning center. The position accuracy of the turret and the axis and the end face of the turret and the Z-axis guide rail is out of tolerance due to collisions during use and long-term use， which directly affects the machining accuracy of the machine tool. Using the centering dial indicator to adjust the accuracy of the turret will cause the parallelism of the shaft center and the guide rail to be qualified， but the verticality of the end face of the turret and the Z-axis guide rail is out of tolerance. The influence of the position accuracy of the EMCO turning center turret on the machining accuracy was introduced and the method of adjusting the position accuracy of the turning center turret was analyzed. The innovative use of the double shaft collar to detect the accuracy of the turret was mainly introduced. The actual maintenance shows that the accuracy of the turret can be maintained by using the double shaft collar detection method， which can ensure that the parallelism between the axis of the power head and the guide rail on the turning center is maintained at （0.005～0.01）/100 mm， and the perpendicularity between the end face of the turret and the z-axis guide rail is （0.005～0.01）/100 mm， which can make the machining accuracy of the machine tool close to the machining accuracy of the factory， and has the characteristics of fast， simple and high accuracy. It solves the problems of inconvenient maintenance and high maintenance cost of imported machine tools.

Key words： turret; turning center; double shaft collar; repair

0 引言

隨著機械加工的加工精度不斷提高，車銑復合機床在企業生產中使用越來越多。車削中心是數控臥式車床基礎上發展起來的一種復合加工機床。除具有一般軸聯動數控車床的各種車削功能外，車削中心的轉塔刀架上有能使刀具旋轉的動力刀座，主軸具有按輪廓成形要求連續回轉運動和進行連續精確分度的 C 軸功能，并能與 X 軸或 Z 軸聯動。控制軸除X、Z、C 軸之外，還可具有 Y 軸。X、Y、Z 軸交叉構成三錐空間，可進行端面和圓周上任意部位的鉆削，銑削和功螺紋加工，在具有插補功能的條件下，還可以實現各種銑削、鉆削加工等[1-2]。

車銑復合機床的使用，能有效縮短產品制造工藝鏈，并提高生產效率，提高了產品的加工精度。我校正在使用的車削中心是奧地利 EMCO公司的 CT450車削中心，配的是 Sauter 公司刀塔，在實際教學實習、生產中，由于操作失誤、程序錯誤造成碰撞等意外因素，會使刀塔的與軸心、刀塔與 Z 軸導軌位置精度超差，造成加工精度超差。因維修時缺少機床廠家的專用儀測，進口設備在國內很難找到專業的維修廠家的問題，造成維修難的現象。本文對刀塔位置精度維修中使用的刀塔對準刻線法、百分表調整法、雙軸套環檢測法3種維修方法進行分析，對雙軸套環檢測法進行深入分析，并對刀塔其他故障進行分析，為維修車銑復合機床刀塔提供參考[3-4]。

1 車削中心動力刀塔銑削功能

車削中心銑削功能，即是在車床的刀架上增加銑削軸功能，如圖1所示，除原來的換刀機構外，還包括一組銑削動力軸之機構。一般動力刀塔換刀時，在刀盤轉至下一個指定刀號前，除了刀架內部之軸鏈接器組需互相脫離外，刀架動力帶動軸需要與刀座傳動軸脫離，刀盤方可轉至下一個指定刀號位置，待刀盤轉至下一個指定刀號位置后，刀架內部之軸鏈接器組再互相齒合定位，及刀架動力帶動軸再與刀座傳動軸齒合，如此刀架由內部之油壓缸，將軸鏈接器組穩固地齒合定位，以承受來自刀具座之切削力。而銑削軸將可由將伺服馬達或主軸馬達驅動，動力經由刀塔內部之傳動機構，傳至刀塔之銑削軸，再經由上述所提到的銑削軸與刀具座之傳動接口之鏈接，將電機動力傳至刀座，再傳至刀具，進行銑削加工[5]。

2 車削中心中心高對加工的影響

液壓刀塔采用液壓馬達驅動換刀，液壓推出刀盤和鎖緊，換刀時液壓馬達帶動凸輪軸，通過間歇機構和齒輪，帶動刀塔主軸轉動換刀。刀塔的位置精度要求非常高，如刀塔的位置偏移，有可能造成換刀報警，造成傳動齒輪損壞等問題。

車削中心刀塔在長時間運轉、磨損以及發生撞機等因素的影響下，會造成刀盤位移，刀具不過主軸中心線。機床出廠時，刀盤端面與 Z 軸導軌的垂直度應保持在（0.005～0.01）/100 mm ，車削中心上動力頭（銑刀、鉆頭等）軸心與導軌的平行度保持在（0.005～0.01）/100mm。

車削中心刀塔需要保證銑削的精度，一般車削中心刀塔的精度要求比 CNC車床要求高。為保證刀塔加工精度，檢測時需要分別檢測刀塔中心高（2（a））、外周端面檢測（ 圖2（b） ）、測刀座基準面平行度 （圖2（c））、刀盤平面的垂直度，刀盤平面的偏擺度、讓刀盤轉動5圈得到的最大值是刀盤平面的重復定位精度，以及刀盤固定基準面之最大誤差。

刀具不對中心，在車削中，當刀尖的高度高過工件的中心時，車刀在車削力中出現擠壓工件的現象，在車削力的作用下，會出現刀具崩裂，導至車刀不能車削工件。當刀尖的高度低于工件中心時，車刀在工件旋轉力的作用下，進給量的力與作用力重合，兩個力為同一方向，車刀一瞬間突然串動加快進給量，受力加大，使刀具崩裂，導至車刀不能使用。車削中心的刀塔因碰撞造成刀塔對機床主軸的幾何精度超差，刀塔對主軸中心線的平行度超差，車削、銑削時會出現錐度問題。刀塔對主軸中心線的垂直度超差，車斷面刀具出現不過中心，工件有凸點，在銑削、鉆削加工中，刀具不過中心，造成鉆孔偏心、銑削變形，刀具折斷等問題[7-8]。

3 車削中心中心高調整方法

3.1 刀塔對準刻線法

首先把刀塔移動到適合裝拆位置，通過換刀指令，把刀具換到 T01位置，刀塔出廠時會在 T01位置標注了一道刻線，再松開刀盤的一圈螺栓（只需要松開不需要取下），通過銅棒輕敲的方式，把刀塔的位置調整到出廠時標注的刻線上，然后鎖緊螺栓。如圖3所示。通過安裝車削刀具，采用試切的方式，檢查刀具是否通過軸心。如不能通過，再次調整刀盤位置，通過反復調整，這種方法能保證車削刀具不過中心問題，但由于車刀的厚度本身存在一定的誤差，只能保證車削加工刀具過中心問題，不能保證銑削加工誤差。

3.2 百分表調整法

車削中心使用的刀塔，部分可以通過機床標準配件，檢查定位孔是否與機床的中心高度對齊。機床的中心高不對，可以松開刀盤上的一圈螺栓，使用百分表檢測偏移量，用鋁棒向上或向下敲擊刀盤側面，使百分表的跳動在0.01 mm以內。然后將定位孔對準機器的中心高度，對稱擰緊螺栓，通過反復檢測，可以較好的保證刀盤的中心高精度。但由于碰撞過程中導軌也存在誤差的可能，當移動刀塔位置后，中心高誤差也會改變。如圖4所示。

3.3 雙軸套環檢測法

（1） 采用雙軸套環檢測法，需要先把刀塔維修到能保證車削加工精度。為保證檢測精度，避免裝夾誤差需要在機床上直接加工出一件光軸。首先在車削中心上裝夾一件毛坯，直接在車削中心上把毛坯加工到尺寸小12 mm，加工精度根據檢測的公差要求控制在0.005 mm。

（2） 雙軸套環檢測法還需要有多件內徑是小12 mm 的套環，根據檢測精度的不同，普通的套環可以通過車削、鉸銷加工至尺寸。因套環的精度會直接影響檢測的精度，需要高精度的套環，必須通過慢走絲加工完成，需要準備小12.1 mm、小12.06 mm、小12.04 mm、小12.02 mm、小12.01 mm、小12.005 mm的套環各1個。

（3） 使用雙軸套環檢測法，完成光軸的車削后，在刀塔上安裝銑削的平行于主軸的0°動力刀座，動力刀座安裝小12 mm的銑刀柄，銑刀柄的加工公差在0.005 mm 內，再通過百分表測量銑刀的柄的圓跳動，銑刀柄需要保證刀柄的圓跳動控制在0.005 mm以內。通過使用證明刀柄的跳動每超差0.01 mm ，刀塔中心超差達0.02 mm以上，經過后復驗證，采用雙軸套環檢測法進行刀塔中心維修，必須保證刀柄的圓跳動誤差及直線度誤差。否則會影響檢測的精度，具體誤差值如表1所示。

（4） 雙軸套環檢測法檢測步驟雙軸套環檢測法檢測步驟如下。

①把裝有銑刀柄刀座換到工作刀位，移動到X0位置（對主軸軸心）。

②移動Z 軸，使刀柄接近卡盤光軸的位置，再使用定中心表檢測誤差值，如果誤差超過0.1 mm ，不能直接使用套環的方法，需要微調刀架位置，保證誤差值小于0.1 mm 。如圖5所示。

③當用定中心百分表誤差值小于0.1 mm ，再使用小12.1孔徑的套環進行檢測卡盤上光軸和刀塔上刀柄的位置精度，如果能通過，說明誤差值小于0.1 mm 。再先用小12.08孔徑的套環進行檢測，如此類推，套環的精度一級一級提高，并根據檢測結果配合百分表微調刀盤上的螺栓，使用銅棒輕敲的方式，反復檢測調整。當小12.005套環在卡盤上光軸和刀塔上的刀柄可以往復移動，就能保證車削中心上動力頭（銑刀、鉆頭等）軸心與導軌的平行度保持在（0.005～0.01）/100 mm 內，刀塔端面與 Z 軸導軌的垂直度也能保持在（0.005～0.01）/ 100 mm ，這種方法避免了使用定中心百分表的檢測方法，出現的平行度合格、垂直度不合格或垂直度合格、平行度不合格的情況。如圖6所示。

4 車削中心刀塔其他故障分析

4.1 步進電機故障

刀塔換刀過程是步進電機經齒輪帶動刀庫的刀盤旋轉和停止，刀盤若要旋轉和停止，必須使兩對齒輪嚙合和分開，而齒輪的嚙合和分開，是由液壓系統來驅動，齒輪上邊的傳感器就會把信息傳送給 PLC ，同時齒輪端部還有另一傳感器檢測刀盤是否轉到正確的位置，輸出信息給 PLC ，若步進電機出現故障，同型號的步進電機也不能調換使用，因為每一臺的電機參數，也就是定子與轉子的角度不一樣，需要在原步進電機的外標簽上注明的參數，重新設置參數輸入控制器[9]。

4.2 傳感器故障

車削中心刀塔，在使用過程中，若出現刀塔轉動不停止，出現換刀超時報警。刀位的檢測，刀盤的推出、鎖緊，刀號計算均用接近開關傳感器檢測，由接近開關的不同組合確定每個刀位號。出現刀塔轉動不停這種情況，很有可能是刀庫換刀過程中檢測不到傳感器的問題，我們需要檢查傳感器接觸位置是否合適，調整傳感器位置后問題不能解決，有可能是傳感器壞了，需要換新的傳感器[10]。

4.3 刀盤刀槽位置移位調整

當遇到嚴重撞機刀盤刀槽位置發生移位，導致在刀盤上安裝標準刀具刀尖不對主軸中心，不能通過調整刀盤的位置來保證精度。這時主要是定位齒盤位置變動，要重新調整。需要拆下刀盤，拔出內齒盤定位軟銷，插入基準銷校正齒盤，更換定位軟銷。如果齒盤校正后刀尖仍不對主軸中心，則是刀塔主軸位置變動，要校正主軸位置。

5 結束語

數控車削中心刀塔是重要部件，刀塔的相對位置精度直接影響加工的精度，維修需要廠家使用專用的檢測設備來維修，進口機床的維修費用往往很高。根據車削中心銑削加工時刀具與工件的關系研究出來的雙軸套環的檢測方法，不需要購買專業的維修設備，只需要準備高精度的銑刀柄及不同尺寸的套環，使用套環檢測可以直接檢測出軸心與導軌的平行度及刀塔端面與 Z 軸導軌垂直度，經過實際維修證明，這種方法維修方法能保證刀塔維修后的加工精度達0.005～0.015 mm ，并有快速簡單的特點。解決了進口車銑復合機床刀塔維修難、維修貴的問題。

參考文獻：

[1]陳洪濤.數控加工工藝與編程[M].2版.北京：高等教育出版社.2003.

[2]徐衡.數控機床維修[M].沈陽：遼寧科學技術工業出版社，2005.

[3]朱仕學.數控機床系統故障診斷與維修[M].北京：清華大學出版社，2007.

[4]周蘭， 陳少艾.數控機床故障診斷與維修[M].北京：人民郵電出版社，2007.

[5]劉紅霞.Mastercam多軸數控加工典型實例詳解[M].北京：機械工業出版社，2011.

[6]黃衛.數控機床與故障診斷技術[M].北京：機械工業出版社，2014.

[7]葛金印，許忠美.數控設備管理和維護技術基礎[M].北京：高等教育出版社，2008.

[8]胡學明.FANUC數控機床電氣維修500例[M].北京：機械工業出版社，2015.

[9]魏彩喬， 陳明，王曉光.數控車床刀架的故障分析與維修[J].機床與液壓，2005，33（7）：198.

[10]候曉方.數控車床電動刀架故障診斷與維修[J].機床與液壓， 2010，28（16）：91.

作者簡介：張仕愿（1983-），男，大學本科，高級技師，研究

領域為數控加工技術，已發表論文2篇。（編輯：刁少華）