經濟型數控車床自動換刀原理與維修

陳立武

摘要：數控技術的引入為國內機床生產效率的提升提供了重要幫助。自動換刀設備屬于機床所有控制環節中最重要的執行部件之一，對于零部件運轉的穩定性以及可靠性都有影響，關系到機床生產的質量水平以及生產效率。只有確保零部件運轉的穩定才可以有效提升機床運轉的順暢性。以此為前提，本文的研究圍繞經濟型數控車床自動換刀原理以及維修進行探索。

關鍵詞：數控技術機床控制換刀操作故障維修

前言

借助自動換刀技術可以較快檢查出機床工作環節發生的故障問題，目前這一技術在機床生產中應用普及度較高，可以有效確保機床的正常運轉。本文的研究對自動換刀設備運轉的有關機制以及架構進行了全面研究，并對幾類經常出現的問題以及診斷方法進行具體闡釋。

1 數控加工中心自動換刀原理

雖然數控加工中心刀的品種不一，但是換刀程序相同。一旦自動換刀設備接收換刀命令后，主軸立即暫停運行并精確停至換刀地點，執行松刀操作;刀庫攜帶新刀運行至換刀地點，執行松刀操作;雙臂機械.手將新、叨同是抓起，具交換臺回轉到位后，分別將新、舊刀具旋轉至主軸以及刀庫中的空位;主軸重新夾緊刀具，并回到暫停前的加工地點，換刀操作結束。

數控加工中心換刀的過程中刀運行包含四個方面內容;刀具跟隨主軸暫停并運行至換刀地點、刀具在刀庫內運行、刀具經機械臂傳遞以及刀具隨主軸運行至加工地點等，其中刀具在鏈式刀庫中的隨鏈運動屬于轉動副，而隨主軸運動屬于移動副。換刀機械臂傳遞運動中包含了轉動副以及移動副兩種。換刀機械臂換刀環節包含下述五個步驟：抓刀步驟、拔刀步驟、換刀步驟、插刀步驟以及放刀步驟。以上動作通過下述運動副實現;兩個條分輥與缸體構成移動副;兩個齒條分別與兩個齒輪軸構成齒輪副;兩個齒輪軸分別與缸體構成轉動副;機械臂分別與兩個齒輪軸構成移動副，來回運動從而實現拔刀以及插刀操作。

2 刀庫及換刀機械手的維護要點

1）禁止在刀庫內安裝超長、超重的刀具，避免機械臂換刀過程中出現掉刀或者刀具與其他部件、夾具出現碰擦情況。

2）順序選刀方式要重點檢查刀具在刀庫中的擺放順序是否準確，采用其他類型的選刀方式也需檢查所換刀具與所需刀具是否相同，避免錯換刀具引發故障。

3）手動安裝刀庫中刀具的過程中，必須保證刀具安裝有效，確保穩固，并查驗刀座中鎖緊設備是否牢固。

4）定期查看刀庫回零位置有沒有出現誤差，檢測機床主軸回換刀位置是否準確，若出現此類情況應立即調節，不然將無法實現換刀操作。

5）確保刀具刀柄、刀套的干凈、整潔。

6）開機過程中，先運轉刀庫以及機械臂，檢查其狀態是否正常，尤其是行程開關以及電磁閥功能是否正常。檢測機械臂液壓系統中壓力是否穩定，機械臂對刀具的鎖緊是否牢固，出現問題必須立即解決。

2.1 刀庫的故障

刀庫的主要問題包括：刀庫無法轉動或者無法轉動至準確位置;刀套無法夾緊刀具;刀套上下無法到達準確位置等。

（1）刀庫無法轉動或者無法轉動至準確位置的原因包括以下幾點：①用來聯接電動機軸以及蝸桿軸的聯軸裝置有沒有出現松脫;②變頻裝置問題，必須查驗變頻器的輸入、輸出電壓是否發生改變;③plc沒有控制輸出，大概率是因為接口板內的繼電裝置不運轉;④機械連接緊密度太高;⑤電網中電壓不足。刀庫無法轉動至準確位置的原因包括：電動機轉動發生問題，傳動裝置問題。

（2）刀套無法夾緊刀具的主要原因是刀套中調節螺釘發生松脫，或者彈簧的彈力不夠，導致無法卡緊;或者刀具超過規定重量。

（3）刀套上下無法到達準確位置的原因包括設備調節不準確或者加工誤差較大導致撥叉地點不準確;限位開關安裝不準確或者調節位置不當導致發送錯誤反饋信號。

2.2 換刀機械手故障

（1）出現無法夾緊刀具掉刀問題的原因包括卡緊爪彈簧力度不足;或者固定彈簧的螺母出現松脫;或者刀具超過規定重量;或者機械臂卡緊鎖失效等。

（2）夾緊刀具后無法松開的原因是松鎖裝置彈簧過緊，導致卡爪無法縮回：必須將螺母調松，確保最大負荷不能高于額定值。

（3）刀具交換過程中出現掉刀情況。換刀環節主軸箱未能準確轉至換刀位置或者換刀位置出現異動，機械臂抓到尚未到位，就執行拔刀操作，這些情況都會造成換刀環節出現掉刀問題。出現此類問題必須調整主軸箱的位置，準確運轉至換刀點，并據此重新設置換刀位置。

3 經濟型數控車床自動換刀裝置維修案例

數控車床中采用的刀架是數控機床中運用最多的一類自動換刀設備，本文的研究以方形刀架為對象，對其常見問題進行探究。

問題情況一：刀架無法鎖緊。發生這類問題的原因主要包括控制電路問題或刀架內鎖刀反靠定位銷出現磨損，或者機床指標值中反鎖時間設定過短、發信盤地點不正確等。

針對這種問題，處理方案包含下述幾方面：一如果問題是因為系統反鎖時間過短導致的，只需要重新設置系統反鎖時間就能解決;二如果是鎖緊裝置問題，必須拆解刀架，調節機械裝置，另外還需要檢測反靠定位銷是否發生故障;三如果是刀架強電控制組內控制電機反鎖的接觸裝置發生問題，必須檢測接觸裝置的線圈以及所有觸電是否正常;四如果出現發訊盤位置錯誤故障，必須拆卸刀架的頂蓋，轉動并調節發訊盤地點，保證刀位停留至準確地點。

本文的研究以安裝 FANUC 0i-TB 系統的數控車床為研究對象進行闡釋。當結束換刀命令后，這一車床盡管可以對刀架進行正確定位，但是不能實現鎖緊反轉操作，并且不會發出報警信號，極大限制了機床的正常工作。基于此，首先從機械出現問題著手排查，針對這一現象，維修者拆開刀架中的主體，對反靠定位銷進行檢測，顯示雖然定位銷出現一定程度的磨損，但是不會對機床正常工作產生影響。只靠考慮到可能是發訊盤與磁鋼對接的原因導致，拆卸刀架頂蓋，對發詢盤地點進行多次調解，未有任何效果。還考慮到也許是因為系統反鎖時間設定過短所致，對反鎖時間進行重新設定等操作，但是未能處理這一問題。最后對刀架控制電路實施檢測，維修者還繪出了機床控制電路圖，如圖 3 所示，對其中的所有元器件展開全面檢測，最后排查出是控制電機反轉的接觸器 KM6 線圈損毀，進而導致刀架出現不能反轉鎖緊的問題。問題解決：替換毀壞的電子元器件，解決了問題，機床重新正常工作。

問題情況二：無法執行換刀操作。如果發生這類問題，首先必須排查故障因素，推測問題發生于機械部分還是電氣部分，詳細的步驟是換刀過程中，以手接觸電機，體會其有沒有出現振動，進而判斷電機有沒有出現問題，如果排除了電機問題，那就是機械部分出現故障，一般是刀架內機械閉死或者毀壞等故障，解決方案是替換毀壞的零部件。

下面以安裝 SAG210/2NC 系統的數控車床為對象進行分析。這一車床在實施換刀操作的過程中上刀架能夠抬起但無法轉動。與之匹配的刀架是常州制造的LD4 四工位電動方形刀架。按照刀架有關的工作機理進行研究，造成上刀體不能轉動的主要原因是粗定位銷卡死或者斷裂在錐孔之中。面對這類問題，詳細的解決方案是：拆卸電動機架，替換原有的定位銷，之后恢復刀架的正常工作，問題就能解決。

結語

經濟型數控機床對于自動換刀設備的要求不斷提升。數控機床對于刀架的要求是控制效果好、剛性高、換刀操作耗時短、定位準確度高、安全性能好，并且還可以有效解決出現的問題。盡管我們對于換刀設備的過沖以及滯后問題有了相應的認識，但無法有效滿足數控機床生產的需求，還需要展開深層次的探索，研發出準確度高、故障率低的高效換刀設備。

參考文獻：

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