制造系统中数控机床换刀装置故障处理与论文

制造系统中数控机床换刀装置故障处理与研究摘要：刀库运动故障、定位误差过大、机械手夹持刀柄不稳定和机械手运动误差过大等是数控机床刀库及自动换刀装置的常见
故障。

他们会造成换刀动作卡位，整机无法工作，机械维修人员对此要有足够的重视，采用一定的机床维修技术，减少此类故障的发生率。

关键词：自动换刀装置回转刀架机械手
1、引言
数控机床上的自动换刀装置使工件一次装夹后能进行多工序加工，从而避免多次定位带来的误差，减少因多次安装造成的非故障停机时间，提高了生产率和机床利用率。

自动换刀的方式大致有以下三种。

1）回转刀架换刀这种换刀方式将多把刀具安装在回转刀架上，因而回转刀架本身就是刀库。

换刀过程的主要动作是分度和转位。

其机械结构简单，只能用于数控车床、数控车削中心等工作时刀具不转的机床上。

2）多主轴回转刀架换刀这种换刀方式中回转刀架也是刀库，常用在转塔式数控镗铣床等刀具需要能旋转的工作场合中。

在换刀时，首先要使主轴与主传动系统脱开，然后刀具连同主轴一起转位，在下一工序需用的刀具到达工作位置后，刀具主轴与主传动系统接通。

这种方式结构紧凑，换刀动作简单，时间少，在加工使用刀具不多时优越性很明显，但刀具容量有限，转位时刀尖回转半径受到
机床布局的限制，主轴的刚度差，而且回转刀架连同电机、变速箱随进给系统运动，显得笨重，隔振、隔热都差，使用受到许多局限。

3）刀库换刀是目前加工中心大量使用的换刀方式，这种换刀方式的主要特征是带有独立的刀库。

由于有了刀库，机床只要一个固定主轴夹持刀具，可以使用先进的切削用量提高加工精度和生产率，有利于提高主轴刚度。

独立的刀库增加了刀具储存的数量，有利于扩大机床功能，并有利于隔离各种影响加工精度的干扰，但机械结构比较复杂。

刀库换刀按照换刀过程有无机械手参与分成有机械手和无机械手两种情况。

2、刀库与换刀机械手的维护要点
1）为了防止在机械手换刀时掉刀或刀具与工件、夹具等发生碰撞，严禁把超重、超长的刀具装入刀库。

2）为了防止换错刀具导致事故发生，顺序选刀方式必须注意刀具放置在刀库上的顺序要正确，其他选刀方式也要注意所换刀具号是否与所需刀具一致。

3）用手动方式往刀库上装刀时，要确保装到位、装牢靠。

检查刀座上的锁紧是否可靠。

4）经常检查刀库的回零位置是否正确，检查机床主轴回换刀点位置是否到位，并及时调整，否则不能完成换刀动作。

5）开机时，应先使刀库和机械手空运行，检查各部分工作是否正常，特别是各行程开关和电磁阀能否正常动作。

检查机械手液压系统的压力是否正常，刀具在机械手上锁紧是否可靠，发现不正常
要及时处理。

3、换刀装置故障诊断实例
1）故障现象：jcs-018立式加工中心采用fanuc-besk7cm系统。

自动换刀时机械手不换刀。

故障检查与分析：
故障发生后检查机械手的情况，机械手在自动换刀时不能换刀，而在手动时又能换刀，且刀库也能转位。

同时，机床除机械手在自动换刀时不换刀这一故障外，全部动作均正常，无任何报警。

检查机床控制电路无故障；机床参数无故障；硬件上也无任何警示。

考虑到刀库电动机旋转及机械手动作均由富士变频器所控制，故将检查点放在变频器上。

观察机械手在手动时的状态，刀库旋转及换刀动作均无误，观察机械手在自动时的状态，刀库旋转时，变频器工作正常，而机械手换刀时，变频器不正常，其工作频率由35变为了2。

检查数控程序中的换刀指令信号已经发出，且变频器上的交流接触器也吸合，测量输入接线端上xl、x2的电压，在手动和自动时均相同，并且，机械手在手动时，其控制信号与变频无关：因此，考虑是变频器设定错误。

从变频器使用说明书上知：该变频器的输出频率有3种设定方式，即0l、02、03等3种。

对x1、x2输入端而言，01方式为x1on，x2off；02方式为xloff，x2on；03方式x10n，x20n。

检查0l方式下，其设定值为0102，故在机械手动作时输出频率只有2hz，液晶显示屏上也显示为02。

故障原因：操作者误将变频器设定值修改，致使输出频率太低，而不能驱动机械手工作。

故障处理：将其按说明书重新设定为0135后，机械手动作恢复正常。

2）故障现象：
某卧式加工中心，在自动换刀时发现刀链运动不到位，并且在一定时间后cnc出现报警。

维修过程：根据cnc报警显示，故障原因是换刀时间超出，检查电气控制系统，没有发现异常，电机转动良好。

判定故障是由于机械传动方面原因造成的。

拆下减速器的防护罩，卸下伺服电机，拆开减速器检查，发现减速器内的一传动轴上的连接键脱落，致使传动链中断，刀库无法进行旋转，修复减速器后故障排除。

3）故障现象：
某加工中心，在自动换刀时出现刀链运动不到位，机床出现驱动器过载报警。

维修过程：根据该机床机构，分析刀库伺服电机过载，机械传动系统方面的原因主要有刀库传动链或减速器卡死、刀具重量超过标准以及润滑不良。

经过检查，确认以上故障均不存在。

为了判断故障部位，卸下伺服电机进行单独旋转试验，最终发现有很多冷却液在伺服电机内部，致使绕组产生了短路。

检查后确认电机与减速器连接处的密封磨损是致使冷却液进入伺服电机的根本
原因。

经维修处理后，故障排除。

参考文献：
（1）《数控机床维修》蒋红平主编高等教育出版社
（2）《数控机床电气控制》陈子银主编北京理工大学出版社（3）《实用数控机床故障诊断及维修技术500例》周炳文主编中国知识出版社
（4）《刀库及换刀装置故障诊断与维修》周瑜飞《科技创业月刊》
（5）《刀库在数控立式车床上的应用》李鸣峰《科技传播》（6）《数控机床故障分析与维修实训》刘本锁冶金工业出版社
作者简介：
季晓明（1983- ），男，江苏盐城人，高校讲师，徐州机电工程高等职业学校数控中心（221011）。