经济型数控车床自动换刀原理与维修
自动换刀装置控制原理及故障分析
第27 卷第1期2 0 0 9 年1 月西安航空技术高等专科学校学报Journal of Xi an Aerotechnical CollegeVol 2 7 No 1Jan . 2 0 0 9 自动换刀装置控制原理及故障分析罗庚合1, 黄万长2( 1. 西安航空技术高等专科学校机械工程系, 陕西西安710077; 2. 陕西法士特齿轮有限公司, 陕西西安710077)摘要: 加工中心自动换刀装置提高了数控机床的加工效率, 但由于加工中心换刀装置的动作控制比较复杂, 包含机械、电气与PM C、液压和检测等技术, 所以自动换刀装置的故障率比较高, 主要介绍自动换刀装置的类别和控制,自动换刀装置的故障诊断方法, 列举了自动换刀装置的一些常见故障及维修示例。
关键词: 加工中心; 选刀; 刀具交换; 乱刀与掉刀; PM C 诊断; I/ O 状态诊断中图分类号: T H161+ . 21 文献标识码: A 文章编号: 1008- 9233( 2009) 01- 0014- 051 引言4、6、8、12 工位, 有用电动机驱动的正传和反转, 也有用液压系统通过电磁换相阀和顺序阀进行控制加工中心可分为车削中心、镗铣中心和钻削中心等, 加工中心在加工过程中, 要使用多种刀具, 因此必须有自动换刀装置, 以便选择不同刀具, 完成不同工序的加工工艺。
常用的刀库形式有圆盘式刀库, 链式刀库, 格子盒式刀库。
按有无机械手又可分为不带机械手的自动换刀装置和带机械手的自动换刀装置。
按刀库的旋转和机械手的动作驱动方式可分为有液压、气动控制系统和电气与机械联合控制的驱动系统。
随着加工中心数控机床的普及和应用, 自动换刀装置控制过程中的故障率也比较高。
由于自动换刀装置结构比较复杂、控制为机、电、液联合控制, 复杂系数高等原因。
所以加工中心自动换刀装置的故障维修比较困难。
简要叙述换刀装置的分类和特点, 以立式镗铣中心普遍使用的圆盘式加工中心自动换刀装置为例, 分析自动换刀装置的控制原理及常见故障的维修方法。
自动换刀主轴工作原理
自动换刀主轴工作原理
自动换刀主轴工作原理是指在机床中，主轴上配备了自动换刀装置，可以根据加工需要自主完成刀具的更换。
下面是自动换刀主轴的工作原理：
1. 刀具旋转：主轴驱动着刀具进行旋转，用于加工工件表面。
2. 刀库：机床上设置有刀库，刀库中存放着不同种类的刀具。
每种刀具都有一个唯一的识别编码。
3. 换刀装置：自动换刀装置包含刀库、刀具夹持器和换刀机构等部分。
换刀机构控制着刀夹位置的移动。
4. 刀具传感器：换刀装置上配备有刀具传感器，用于识别刀库中的刀具。
5. 选刀：根据加工任务，通过操作主轴控制系统进行刀具选择。
系统会指定需要哪种刀具进行加工，同时会记录已使用刀具的刀具编码。
6. 刀具识别：换刀装置开始动作，将选择的刀具位置移动到主轴旁边。
刀具传感器会识别刀夹位置是否有刀具。
如果没有刀具，则进入下一步。
7. 刀具更换：选取刀库中的合适刀具，并将其夹持在刀夹器上。
然后，换刀机构将刀夹器移动到主轴，完成刀具更换。
8. 刀具装夹校准：刀具更换后，主轴控制系统会对刀具进行校准，以保证刀具与工件的加工位置精确对应。
9. 加工：完成刀具更换后，主轴继续驱动新的刀具进行加工任务。
通过自动换刀主轴，可以实现高效的刀具更换，提高机床的加工效率和自动化程度。
数控机床自动换刀系统的设计与优化方法
数控机床自动换刀系统的设计与优化方法数控机床自动换刀系统作为现代制造业中的关键设备之一，其设计和优化对于提高生产效率和产品质量至关重要。
本文将讨论数控机床自动换刀系统的设计原理、关键技术以及优化方法，旨在指导工程师和研究人员进行相关工作。
首先，数控机床自动换刀系统的设计原理主要包括以下几个方面：刀具库、刀具传递机构和换刀动作控制。
刀具库是存放刀具的地方，通常设计成可自动旋转、抬升和倾斜的结构，以便于刀具的选择和取放。
刀具传递机构用于将所需刀具从刀具库传递到机床主轴上，并确保刀具的正确位置和方向。
换刀动作控制则通过编程和传感器来实现，保证换刀过程的准确性和稳定性。
在设计数控机床自动换刀系统时，我们需要注意一些关键技术。
首先是刀具库的设计，刀具库的容量和结构需要根据实际工作中所涉及到的刀具种类和数量进行合理规划。
其次是刀具传递机构的设计，传递机构需要具备快速、准确的传递能力，同时要考虑到刀具重量对传递机构的负荷影响，确保稳定性。
换刀动作控制需要精确控制刀具的位置和方向，可以采用光电传感器或编码器等传感器，通过编程实现动作的控制和判断。
为了进一步优化数控机床自动换刀系统的性能，我们可以采取一些优化方法。
首先是刀具库的优化，可以采用高效的刀具存放方案，如采用自动尺寸检测技术，将刀具按照尺寸进行分类存放，方便快速选择和取放。
其次是刀具传递机构的优化，可以采用更先进的传递机构设计，如采用电磁吸盘或气动夹持装置等，提高传递速度和准确性。
此外，还可以通过改进换刀动作控制算法，优化换刀过程的稳定性和精度。
在优化设计过程中，还需要充分考虑数控机床自动换刀系统的可靠性和安全性。
可靠性是指系统在长时间运行中的稳定性和故障率，我们可以通过选用高质量的部件和进行严格的测试来提高可靠性。
安全性是指系统在使用过程中的安全保障，我们需要设置安全装置，如机械锁或密码锁等，防止误操作或意外伤害的发生。
总结起来，数控机床自动换刀系统的设计与优化需要考虑刀具库、刀具传递机构和换刀动作控制等关键技术。
数控车床换刀的原理
数控车床换刀的原理数控车床换刀的原理是通过自动化系统控制刀库中的刀具，根据加工需要，将合适的刀具自动装卸到主轴上进行加工。
换刀的过程一般包括以下几个步骤：1. 刀具信息的输入：将刀具的参数信息输入到数控机床的控制系统中。
这些信息包括刀具的几何参数、刀具材料、刀具号码等。
2. 刀具库的管理：刀具库是存放刀具的地方。
数控车床上一般会配备一个刀具库，里面可以放置多个不同的刀具。
在数控机床的控制系统中，可以设置每个刀具的位置和状态，以便在需要时能够准确地找到并进行换刀操作。
3. 刀具的选取：根据加工要求，在刀具库中选择合适的刀具。
根据控制系统的指令，通过自动取刀器从刀具库中取出刀具。
自动取刀器一般由机械手臂构成，可以在机床内进行多个方向的自由移动。
4. 刀具的装卸：当刀具被选中后，机械手臂将刀具转移到刀具位。
然后，刀具位上的机械装置将刀具插入主轴上的刀柄中，并将其固定。
这一过程需要保证刀具的准确定位和固定，以确保刀具在加工过程中的稳定性和精度。
5. 刀具的调整和检测：在刀具装卸完成后，需要进行刀具的调整和检测。
调整刀具的主要目的是保证刀具的几何参数与加工要求的一致性，而检测刀具的目的是确认刀具的装卸是否正确。
在数控机床上，通常会设置相关的检测装置，用于检测刀具的位置、刀具的磨损情况等。
6. 刀具的存储和管理：在刀具装卸完成后，未使用的刀具一般会放回刀具库中进行存储。
同时，数控机床的控制系统会对刀具的信息进行管理，包括刀具的使用寿命、刀具的磨损情况、刀具的库存情况等。
总体来说，数控车床换刀的原理是通过自动化系统控制刀库中的刀具，实现刀具的自动装卸。
这样可以提高生产效率，减少人工操作的错误和劳动强度，进而提高加工精度和产品质量。
数控机床自动换刀系统的设计与优化方法
数控机床自动换刀系统的设计与优化方法随着工业自动化的不断发展，数控机床自动换刀系统的设计与优化成为了现代制造业中的重要课题。
自动换刀系统的设计及其优化将直接影响到机床的生产效率、工件加工质量和操作人员的工作安全。
因此，本文将探讨数控机床自动换刀系统的设计原理以及进行系统优化的方法与技巧。
数控机床自动换刀系统一般包括刀库、刀臂、刀杆及刀具，其工作原理主要通过机械臂或伺服电机的驱动，将机床上的刀具自动更换。
而系统的设计与优化则需要考虑以下几个方面：首先，需要充分考虑机床的具体工艺需求，确定自动换刀系统的基本功能。
例如，切削加工中是否需要进行多种不同刀具的切换，是否需要对不同刀具进行刃磨和测量等。
不同工艺需求将直接影响到自动换刀系统的设计与优化。
其次，需要考虑自动换刀系统的结构设计。
合理的结构设计能够提高系统的稳定性和工作效率，并降低故障率。
一般来说，自动换刀系统的结构主要包括刀库结构、刀臂结构以及刀杆结构。
在设计过程中，需要充分考虑机床的空间限制、刀具数量以及换刀的速度等因素。
同时，需要关注自动换刀系统的动力传递和控制电路设计。
动力传递系统的设计主要包括伺服电机的选型、减速器的设计以及传动链的布置等。
而控制电路的设计则需要考虑自动控制装置和信号传输装置等，以确保系统的稳定性和可靠性。
另外，还需要考虑自动换刀系统的安全性。
刀具在运行过程中可能会产生较大的动力和惯性力，因此在设计过程中需要充分考虑刀具的固定、刀具与工件之间的安全间隙以及系统紧急停机装置的设置等，以确保操作人员的安全。
在完成基本的设计后，系统的优化工作则需从以下几个方面展开。
首先是换刀时间的优化。
通过减少换刀时间可以提高机床的利用率，并减少生产成本。
换刀时间的优化可以从刀具定位、刀具固定方式以及刀具检测等方面进行。
其次是系统的可靠性优化。
这需要考虑到刀库的结构设计、刀具的装卸方式以及系统故障的自我诊断与修复等。
同时，充分考虑刀具的损耗和磨损，合理安排刀具的使用周期，减少系统故障的发生。
数控机床第三章自动换刀装置 PPT课件
箱下降，将主轴上用过的刀具3放回刀
库的空刀座中；
27
四、刀具交换装置
1、利用刀库与机床主轴的相对运动实现刀具交换
数控立式镗铣床
(4)主轴箱上升，接着刀库回转，将下 一工步需用的刀具对准主轴；
(5)主轴箱下降，将下一步所需的刀具
插入机床主轴，同时主轴内的刀具夹紧
装置夹紧刀具；
(6)主轴箱及主轴带着刀具上升；
刀具编码方式
刀具编码选刀方式是在刀具或刀套上安装用于识别的 编码条，一般都是根据二进制编码的原理进行编码。刀具 长度加长，制造困难，刚度降低，刀库和机械手结构复杂。
在刀柄1后端的拉杆4上套装 着等间隔的编码环2，由锁紧螺 母3固定。编码环直径有大小两 种，大直径的为二进制的“1”， 小直径的为“0”。通过两种圆环 的不同排列，可以得到一系列的 代码。
单臂双爪回转式机械手 两个夹爪有所分工，一个夹爪只执行
从主轴上取下“旧刀”送回刀库的任务； 另一个执行从刀库取“新刀”的任务。
换 刀时间较单爪回转式机械手要少。
32
双臂双爪回转式机械手 手臂两端各有一个夹爪，两个夹爪
可同时抓取刀库及主轴上的刀具，回转 180°后，又同时将刀具放回刀库及装 入主轴。是最常用的一种形式（钩手）
1、顺序选刀
在加工前，将加工零件所需刀具按照工艺要求依次插 入刀库的刀套中，加工时按顺序调刀称为顺序选刀。
2、任选刀具
刀具在刀库中任意存放，每把刀具（或刀座）都编有 代码，自动换刀时，刀库旋转，每把刀具都经过“刀具识 别装置”接受识别。当某刀具代码与数控指令代码相符时19
任选刀具有三种换刀方式（刀具编码、刀座编码、编码附件）
（5）复位 转动手臂，回到原始位置。
34
自动换刀原理
自动换刀原理
自动换刀装置是加工中心的重要组成部分，它的作用是在加工过程中自动更换刀具，以提高加工效率和加工精度。
自动换刀装置的原理如下：
1. 刀具识别：自动换刀装置通过刀具识别系统对刀具进行识别，刀具识别系统通常采用编码、RFID 等技术，对刀具进行唯一标识。
2. 刀具库：刀具库是存储刀具的地方，刀具库通常采用圆盘式、链式等结构，刀具库中的刀具按照一定的规则排列，以便于自动换刀装置进行取刀。
3. 取刀机构：取刀机构是自动换刀装置的核心部分，它的作用是将刀具从刀具库中取出，并将其送到主轴上。
取刀机构通常采用机械手、夹爪等结构，取刀机构的动作由控制系统控制。
4. 主轴：主轴是加工中心的核心部件，它的作用是安装刀具，并对工件进行加工。
主轴通常采用电动、气动等方式进行驱动，主轴的转速和转向由控制系统控制。
5. 刀具交换：当取刀机构将刀具送到主轴上后，控制系统会控制主轴停止转动，并将刀具夹紧。
然后，取刀机构会将旧刀具从主轴上取下，并将其送回刀具库中。
最后，控制系统会控制主轴转动，开始进行加工。
自动换刀装置的工作过程是一个自动化的过程，它需要控制系统、刀具识别系统、刀具库、取刀机构、主轴等多个部分协同工作，以实现刀具的自动更换。
以上是自动换刀的原理，希望对你有所帮助！。
经济型数控车床自动换刀装置的故障分析及排除
和过 冲 ，如图 ２所示 。
【 ４ 第３ 卷 ６】 ４ 第３ 期 ２ １—３下 ） ０２ （
１ 自动换 刀装 置与 自动刀架
经 济 型 换 刀 装 置 是 经济 型 数 控机 床 中 最 重 要
１１ 刀架 抬起 ．
在 数 控 机 床 发 出更 换 刀 具 的 指 令 之 后 ，如 图
的 部 分 之 一 ，而 自动 刀 架 则 是 自动 换 刀 装
置 的 主 要 部 件 。统 计 资 料 显 示 ， 目前使 用
中图分类号 ：Ｔ ５ Ｇ６９ 文献标识码 ：Ｂ 文章编号 ：１ ０—０ ３ （ ０ ２ ３ 下） ０ ６ — ４ ９ １ ４ ２１ ） （ － ０ ３ ０ ０
Ｄｏ ： ． ９ ９ Ｊ ｉ ｎ １ ０ －０ ． ０ ． （ ） ２ ｉ１ ３ ６ ／ ． ｓ ．０ ９ １ ４ ２１ ３ 下 ． ０ ０ ｓ ３ ２
会 出现 刀架的过 冲和 滞后现 象 。经过走 访调 查 ，并
且进 行反 复的 试验 ，结果依 旧如 此 。经 过 实践操 作 并 结合专 家意 见 ，我 们分析 得 出有 以下 四种 的机 械
１３ 刀架定 位 ． 刀架体 转动 时会连 同电刷 座一 起转 动 ，当转到 指定 的 刀号时 ，粗定位 销便 会在弹 簧力 的作用 下进 入粗 定位 盘的槽 中再次 进行粗 定位 。 同时 ，另一 电 刷会 接触 导体使 电动机 反转 。 由于粗定 位槽 的某些 限制 ，刀架体 不能够转 动 ，并 使其 在该 位置上 垂直 落下 ，此 程序 中的刀 架体和 刀架 底座上 的端面 齿啮 合 实现精 确定位 ，从而 实现 刀架的定位 工作 。
任务12 实现数控车床的自动换刀控制
任务12 实现数控车床的自动
1.刀架抬起
换刀控制
当数控系统发出换刀指令后，刀架电动机10起动正转，通过联轴器使刀架蜗杆
槽中，由于粗定位销的限制，刀架体4不能转动，使其在该位置垂直落下，刀架体4和
刀座1上的端面齿啮合实现精确定位。
4.夹紧刀架
电机继续反转（反转时间由系统PLC程序控制），当两个端面齿增加到一定夹
紧力时，电机立即断电停止。
任务12 实现数控车床的自动 换刀控制 COMP指令
COMP指令的输入值和比较值为2位或4位BCD代码，其指令格式和应用例子如图12- 所 示。
DCNV指令 DCNV指令的作用是将二进制码转换成BCD码或将BCD码转换成二进制码。其指令格式 和应用例子如图12-6所示。
随蜗轮丝杠一同转动，当端面齿完全脱开时，球头销5在弹簧力的作用下进入转位套6
的槽中，带动刀架体转位，刀架体转位的同时带动磁缸7也转位，与刀号转位盘8（4
个霍尔开关控制电路板）配合进行刀号的检测。
3.刀架的定位
当系统程序的刀号与实际刀架检测刀号一致时，刀架电机立即停止，并开始反
转，球头销从转位套的槽中被挤出，使粗定位销9在弹簧的作用下进入粗定位盘3的凹
COMP指令格式如图12-8a）所示，包括以下几项： 指定数据大小：BYT=0时，处理数据(输入值和比较值)为2位BCD代码；BYT=1时，处 理数据为4位BCD代码。 控制条件：ACT=0时，不执行比较指令；ACT=1时，执行比较指令。 输入数据格式：0表示用常数指定输入基准数据，1表示用地址指定输入基准数据。 基准数据：输入的数据(常数或常数存放的地址)。 比较数据地址：指定存放比较数据的地址。 比较结果输出：当基准数据>比较数据时，W1为0；当基准数据≤比较数据时，W1为1。
数控车床换刀的工作原理
数控车床换刀的工作原理
数控车床换刀的工作原理是将车床主轴停止转动，并通过夹具将刀具夹持在指定位置。
具体步骤如下：
1. 根据程序要求，主轴停止转动，并将刀具退回到预定的换刀位置。
2. 释放刀具夹紧装置，松开刀具的夹紧。
3. 利用换刀装置，将待更换的刀具与主轴分离。
4. 使用自动润滑装置给刀具夹紧部位润滑。
5. 搬运新的刀具到换刀装置旁边，进行涂油处理。
6. 将手持式操作装置插到机床控制台，控制刀架运动至换刀位置。
7. 将新的刀具装到刀架上，并夹紧。
8. 车床控制系统检测刀具夹紧状态，如夹紧正确则进行下一步操作；如夹紧异常，则提示错误信息。
9. 释放车刀辅助装置，使得刀具与工件接触。
10. 主轴重新转动，刀具开始进行切削加工。
通过上述步骤，数控车床可以实现快速更换刀具，提高生产效率和加工精度。
cnc数控车床的刀架结构控制系统和工作原理说明
cnc数控车床的刀架结构控制系统和工作原理说明刀架是cnc数控车床其中重要的工作部件之一，数控刀架是cnc数控车床的一种辅助装置，它可使cnc数控车床在工件一次装夹中完成多种甚至所有的加工工序，以缩短加工的辅助时间，减少加工过程中由于多次安装工件而引起的误差，从而提高机床的加工效率和加工精度。
下面就cnc数控车床刀架的工作原理分析如下。
cnc数控车床换刀时刀架的动作顺序是：刀架抬起、刀架转位、刀架定位和夹紧。
在cnc数控车床操作使用中，电动刀架是一个重要组成部分，它在使用中的合理运用能给操作员带来很多便捷，那么电动刀架的结构控制系统和工作原理究竟有哪些呢，以下就是关于上述的说明：一、cnc数控车床的刀架结构以经济型cnc数控车床刀架来介绍其结构组成，经济型cnc数控车床刀架是在普通型cnc数控车床的基础上发展起来的一种自动换刀装置，其功能和普通刀架一样，有四个刀位，能夹住四把不同功能的刀具，刀架回转90度，刀具交换一个刀位，但是刀架的回转和刀位号的选择是通过加工程序指令来控制的。
二、cnc数控车床刀架的控制系统刀架电气控制主要是通过控制两个交流接触器开控制刀架电动机的正转和反转，进而控制刀架的正转和反转。
三、cnc数控车床刀架的工作原理换刀时刀架的动作顺序是：刀架抬起、刀架转位、刀架定位和刀架夹紧。
1、刀架抬起：该刀架可以安装四种不同的刀具，转位信号通过加工程序指令。
数控系统发出换刀指令后，PMC控制输出正转信号，刀架电动机正转控制继电器KA3吸合，刀架电动机正转控制接触器KM3吸合，小型电动机1启动正转，通过平键套筒联轴器2使得蜗杆轴转动，从而带动其他蜗杆轴转动。
2、刀架转位：当端面齿脱开，转位套正好转过160度，涡轮丝杠前端的转位套上的销孔正好对准球头销的位置。
3、刀架定位：刀架体转动带着电刷座转动，当转到程序的刀号，PMC释放正转信号，输出反转信号，刀架电动机反转控制继电器吸合，刀架电动机反转控制接触器进行吸合，刀架电动机反转，定位销在弹簧的作用下进入粗定位盘的槽中进行粗定位。
自动换刀装置的结构原理与维修
自动换刀装置的结构原理与维修8.4.1 自动换刀装置的形式自动换刀装置是加工中心的重要执行机构，它的形式多种多样，目前常见的有以下几种。
1．回转刀架换刀数控机床使用的回转刀架是最简单的自动换刀装置，有四方刀架、六角刀架，即在其上装有四把、六把或更多的刀具。
回转刀架必须具有良好的强度和刚度，以承受粗加工的切削力：同时要保证回转刀架在每次转位的重复定位精度。
图8-17为数控车床六角回转刀架，它适用于盘类零件的加工。
在加工轴类零件时，可以用四方回转刀架。
由于两者底部安装尺寸相同，更换刀架十分方便。
图8-17 数控车床六角回转刀架1－活塞 2－刀架体 3、7－齿轮 4－齿圈 5－空套齿轮6－活塞 8－齿条 9－固定插销 10、11－推杆 12－触头回转刀架的全部动作由液压系统通过电磁换向阀和顺序阀进行控制，它的动作分为4个步骤：(1)刀架抬起当数控装置发出换刀指令后，压力油由a孔进入压紧液压缸的下腔，活塞1上升，刀架体2抬起，使定位用的活动插销10与固定插销9脱开。
同时，活塞杆下端的端齿离合器与空套齿轮5结合。
(2)刀架转位当刀架抬起后，压力油从c孔进入转位液压缸左腔，活塞6向右移动，通过联接板带动齿条8移动，使空套齿轮5作逆时针方向转动。
通过端齿离合器使刀架转过60º。
活塞的行程应等于齿轮5分度圆周长的1/6，并由限位开关控制。
(3)刀架压紧刀架转位之后，压力油从b孔进入压紧液压缸上腔，活塞1带动刀架体2下降。
齿轮3的底盘上精确地安装有6个带斜楔的圆柱固定插销9，利用活动插销10消除定位销与孔之间的间隙，实现反靠定位。
刀架体2下降时，定位活动插销10与另一个固定插销9卡紧，同时齿轮3与齿圈4的锥面接触，刀架在新的位置定位并夹紧。
这时，端齿离合器与空套齿轮5脱开。
(4)转位液压缸复位刀架压紧之后，压力油从d孔进入转位液压缸的右腔，活塞6带动齿条复位，由于此时端齿离合器已脱开，齿条带动齿轮3在轴上空转。
数控机床原理、结构与维修 第5章 回转工作台与自动换刀系统
5.1 分度工作台
图5-3 齿盘定位分度工作台 1—螺旋弹簧 2、10、11—轴承 3—蜗杆 4—蜗轮 5、6—减速齿轮 7—管道 8—活塞 9—分度工作台 12—液压缸 13、 14—分度齿盘
5.1 分度工作台
5.1.3 鼠牙盘分度工作台 鼠牙盘式分度工作台主要由工作台面、底座、分度液压缸及鼠牙 盘等零件组成，如图5⁃4所示。鼠牙盘是保证分度精度的关键零件，
图5-8 双蜗杆传动结构 1—轴向固定蜗杆 2—轴向调整蜗杆 3、5—调整垫 4—锁紧螺母
5.2 数控回转工作台
图5-9 数控回转工作台 1—电液脉冲马达 2、4—齿轮 3—偏心环 5—楔形拉紧销 6—压块 7—螺母 8—锁紧螺钉 9—蜗杆 10—蜗轮 11—调整套 12、13—夹紧瓦 14—夹紧液压缸 15—活塞 16—弹簧 17—钢球 18—光栅 19—撞块 20—感应块
5.3 刀架换刀装置
表5-1 自动换刀装置
类
型
回转刀架
特
点
适用范围
各种数控车床，车 削加工中心
转塔式
多为顺序换刀，换 刀时间短，结构简单 紧凑，可容纳的刀具 较少 顺序换刀，换刀时 间短，刀具主轴都集 中在转塔头上，结构 紧凑。但刚性较差， 刀具主轴数受限制
转塔头
数控钻、镗、铣床
5.3 刀架换刀装置
表5-1 自动换刀装置
刀库式
刀具与主轴之间直 接换刀
换刀运动集中，运 动部件少。但刀库容 量受限
用于各种类型的自 动换刀数控机床上， 尤其是对使用回转类 刀具的数控镗铣床类 的立式、卧式加工心。 要根据工艺范围和机 床特点，确定刀库容 量和自动换刀装置形 式
用机械手配合刀库 进行换刀
刀库只有选刀运动， 机械手进行换刀运动， 刀库容量大
数控车床刀架控制常见故障及维修
故障维修—164—数控车床刀架控制常见故障及维修康 宇(赣州金环磁选设备有限公司，江西 赣州 341000)数控车床融合了多种技术，诸如计算机信息技术、机械制造技术以及液压气动技术等，存在着精度高、效率高、柔性高、自动化程度高的优势。
刀架属于数控车床件自动换刀的装置，涉及机械传动与PLC 程序控制。
生产产品的过程中，电动刀架正常运转与机床加工效率、稳定性之间存在着紧密的联系。
若刀架产生故障，就会妨碍产品加工的正常进行，若情节严重还会出现碰撞，损坏产品。
所以，机床正常工作中，若刀架出现异常，怎样准确、迅速、高效解决故障，防止严重后果的出现十分重要。
一、数控车床电动刀架的工作原理图1 数控车床刀架结构 本文将LDB4电动刀架作为例子。
对于该系列电动刀架而言，为四工位刀架，整体结构如图1所示。
实际运转的过程中，刀架在蜗轮和蜗杆结构基础上，通过电动机将驱动传给丝杠，针对螺母和转动刀架，应对其进行有效连接，则是螺母和转动的刀架间不停地上下滑动，不能够产生相对转动的情况，通过齿面啮合对电击底座、螺母进行准确定位。
针对螺母在啮合齿尚未完全脱开运转，同时转动刀架也不可出现转动的情况。
初始过程中，通常会由于丝杠处在顺时针旋转状态，导致和螺母相对转动的刀架渐渐向上移动，完全脱离了啮合齿，难以确保销钉、止推槽相关功能的发挥，秉承严格、规范的流程，即丝杠转动——螺母转动——刀架转动——进行换刀，达到实际规定工位之后，通过霍尔元件定位系统把准确定位的信号迅速传递到数控装置体系中，直到整个工作完成。
接下来，采用霍尔元件定位系统、辅助定位销钉，对具体位置进行准确定位。
充分彰显止槽、销钉的功能，螺母和刀架两个系统均不得出现反转的情况。
因此，螺母系统便会沿着丝杠渐渐地向下移动，直到遇到两对啮合齿，并有效啮合后完成下移，这样，换刀过程便顺利完成[1]。
二、电动刀架常见故障判断及应对方法（一）电动刀架换刀时运转不停其一，设备霍尔元件存在问题。
自动换刀电主轴原理
自动换刀电主轴原理
一、原理
自动换刀电主轴是一种新型的加工设备，它的工作原理是通过一系列电机及其他零件来实现刀具从一把刀换到另一把刀，从而实现特定的加工效果。
具体来说，自动换刀电主轴工作的原理是：首先，将一把刀放置在主轴上，将另一把刀放置在换刀仓内，然后，由主轴上的伺服电机驱动主轴将放置在主轴上的一把刀放入换刀仓内；同时，一系列由伺服电机驱动的换刀机构带动放置在换刀仓内的另一把刀上升至主轴上，然后将其固定位置，完成换刀的过程。
整个换刀的过程是一个自动化的过程，无需人工干预，可以有效提高生产效率，减少加工时间。
二、优点
1、换刀快：由于换刀的整个过程是自动化的，加工的效率可以有效提高。
2、操作简单：只需要按照正确的操作步骤即可完成换刀，操作简单易行。
3、提高产品质量：自动换刀电主轴可以保证整个换刀过程的准确性，从而有效提高加工质量。
4、安全可靠：自动换刀电主轴的安全性更好，可以有效防止因人为操作不当而导致的安全隐患。
三、缺点
1、换刀仓容量小：自动换刀电主轴的换刀仓容量一般较小，这
样就受到了一定的限制。
2、换刀费用高：自动换刀电主轴的费用一般相对较高，较为昂贵。
3、需要定期维护：自动换刀电主轴需要定期维护，以保证其能够正常工作，否则可能会影响加工效果。
数控机床自动换刀系统的使用方法
数控机床自动换刀系统的使用方法数控机床自动换刀系统是一种现代化的工艺装备，它能够自动完成刀具的安装和拆卸，极大地提高了机床的工作效率和自动化水平。
在这篇文章中，我们将详细介绍数控机床自动换刀系统的使用方法，以帮助读者更好地了解和应用这一技术。
首先，数控机床自动换刀系统的基本原理是通过刀库来存放各种不同类型的刀具，并且能够根据加工程序的要求自动选择并安装适当的刀具。
在使用之前，我们需要先对刀具进行合理的编码和分类，并将其放置在刀库中。
接下来，我们需要进行合适的设置和调整。
首先，通过数控系统进入自动换刀的菜单界面，选择相应的刀库和刀具编号。
然后，根据加工零件的要求，选择适当的刀具参数和加工工艺参数，如切削速度、进给速度等。
最后，将设定好的加工程序加载到数控系统中。
在机床开始加工前，我们需要执行一次预热功能，以确保刀库、刀具和机床处于最佳状态。
同时，还需要检查刀具的完好程度，如刀片的磨损情况、刀具的固定性等。
如果存在问题，及时更换和调整刀具，以保证加工质量和安全。
在实际操作中，数控机床自动换刀系统的使用方法还需注意以下几点。
首先，严禁在机床运行状态下打开刀库门，以防止刀库和刀具的损坏。
其次，操作人员必须经过专业的培训和熟悉使用手册，掌握换刀系统的操作要领和注意事项。
再次，要定期对刀具和机床进行保养和维护，以延长其使用寿命。
此外，数控机床自动换刀系统的使用方法还需要根据具体的机床类型和加工要求进行灵活调整。
例如，在加工不同材料的零件时，需要选择适宜的刀具材质和切削参数；在进行复杂轮廓和曲线加工时，需要使用特殊形状的刀具，并调整切削路径和刀具补偿等。
总结起来，数控机床自动换刀系统的使用方法是一个复杂而重要的技术，它能够提高机床的生产效率和一致性。
通过合理设置和调整刀具参数，以及进行正确的操作和维护，可以确保刀具的安全性和加工质量。
然而，在使用过程中还需要注意刀具的选择和切削参数的调整，以适应不同的加工需求。
数控机床自动换刀原理
数控机床自动换刀原理数控机床是一种通过数字指令控制刀具运动和加工过程的机床。
在数控机床加工过程中，常常需要根据不同的工件要求，使用不同类型和规格的刀具进行加工。
而自动换刀系统正是为了实现这一需求而设计的。
数控机床自动换刀系统的原理是通过一系列的动作和控制，完成刀具的自动更换。
下面将详细介绍数控机床自动换刀系统的工作原理。
数控机床自动换刀系统由刀库、刀库传动装置、刀库定位装置、刀库夹紧装置、换刀臂、换刀臂传动装置等组成。
刀库内存放着各种不同类型和规格的刀具，而刀库传动装置可以将刀具送到指定位置。
当数控机床需要换刀时，首先通过数控系统发出换刀指令。
接着，刀库定位装置开始工作，将刀库中所需的刀具定位到换刀位置。
换刀臂传动装置接收到信号后，开始执行换刀操作。
换刀臂传动装置通过一定的轨迹，将换刀臂移动到刀库定位装置定位的刀具位置上。
然后，刀库夹紧装置开始工作，将刀具夹紧在换刀臂上。
此时，刀具已经成功更换，可以进行下一步的加工操作。
在整个自动换刀过程中，数控系统起着关键的作用。
它通过控制刀库传动装置、刀库定位装置、刀库夹紧装置以及换刀臂传动装置的工作，实现刀具的自动更换。
数控系统可以根据加工程序的要求，选择合适的刀具进行加工，提高加工效率和质量。
数控机床自动换刀系统的优势在于提高了加工效率和自动化程度。
相比于传统的手动换刀方式，自动换刀系统可以实现快速、准确地更换刀具，节省了换刀时间，降低了人工操作的难度和风险。
同时，自动换刀系统还可以减少刀具磨损，延长刀具寿命，提高了加工的稳定性和一致性。
数控机床自动换刀系统是一项重要的技术创新，为加工行业带来了巨大的变革。
通过数字指令和自动化控制，实现了刀具的快速、准确更换，提高了加工效率和质量。
随着科技的不断发展和应用，相信自动换刀系统会越来越普及，并在数控机床加工中发挥越来越重要的作用。
数控机床自动换刀系统的故障排除方法
数控机床自动换刀系统的故障排除方法数控机床自动换刀系统是现代机械加工中广泛使用的一种自动化装置，它能够提高生产效率和产品质量。
然而，在使用过程中难免会遇到故障问题，影响机床的正常运行。
本文将介绍数控机床自动换刀系统常见的故障排除方法。
一、故障现象：自动换刀系统无法自动完成换刀操作1. 检查刀具传感器：刀具传感器是检测刀具是否到位的关键装置。
首先检查传感器线路是否插好，有无松动；其次检查刀具传感器表面是否有污物或划痕，若有则需及时清洁或更换；最后检查传感器的供电电压是否正常。
2. 刀库定位故障：自动换刀系统需要将刀具准确地定位到刀库中的刀位，因此刀库定位的故障也是常见的问题。
首先检查刀库定位传感器是否工作正常，是否精度偏差过大。
若存在问题，应及时调整或更换传感器，确保定位的准确性。
此外，还要检查刀库定位系统的传动装置，如传动带、减速器等，是否运转正常。
3. 伺服系统故障：自动换刀系统的运动控制通常采用伺服电机，故障率相对较高。
若自动换刀无法完成操作，首先应检查伺服电机的供电线路是否正常，电压是否稳定。
其次，检查伺服驱动器的参数和通信连接是否正确，例如检查伺服电机的编码器信号是否清晰稳定。
如果有任何疑问，应及时联系专业人员进行维修和调试。
二、故障现象：自动换刀时出现刀具损坏或偏位问题1. 刀具锁紧故障：机床换刀时，刀具必须牢固地锁定在刀柄上，否则会导致刀具损坏或偏位。
检查刀具锁紧装置是否松动或磨损严重，必要时及时更换。
同时，应定期检查并调整刀具锁紧力度和锁紧角度，确保刀具的可靠固定。
2. 刀具夹持装置故障：刀具夹持装置是保证刀具位置和刚性的重要部件。
若出现换刀时刀具不稳定或偏位的情况，首先检查夹持装置是否松动或磨损，是否需要更换。
同时，在使用过程中要注意清洁夹持装置，避免灰尘或切削液的堆积对其性能造成影响。
三、故障现象：自动换刀速度慢或卡刀现象1. 刀盘液压系统故障：自动换刀时如果液压系统故障，可能会导致速度慢或卡刀现象。
数控车床刀架换刀原理
数控车床刀架换刀原理
数控车床刀架换刀原理是一种自动化工艺，用于快速和准确地更换刀具，以满足不同加工需求。
在数控车床中，刀架是用来固定和控制刀具的装置。
刀具是用来切削工件的刀片，不同的切削任务需要使用不同类型和尺寸的刀具。
刀架换刀原理的实现依赖于高精度的机械结构和智能控制系统。
主要步骤如下：
1. 首先，确定需要更换的刀具类型和尺寸。
根据加工要求和程序设置，确定所需刀具的编号或代码。
2. 根据刀具的编号或代码，机床的控制系统通过刀具库或数据库中的信息，找到对应的刀具位置。
3. 刀架自动移动到所需的刀具位置。
这个过程可以通过伺服电机和高精度的滑轨实现。
机床的控制系统会发送移动指令，控制刀架在X、Z轴上的精确移动。
4. 到达目标位置后，刀架通过夹持装置将旧刀具松开或卸下。
夹持装置可以是手动式或自动式，具体根据机床的设计和要求。
5. 卸下旧刀具后，机床的控制系统会发送安装指令，控制新刀具的夹持装置抓取并固定刀具。
6. 夹持装置夹紧新刀具后，刀架即可移动到工作位置，进行下一道工序的加工。
需要注意的是，刀架换刀的准确性和稳定性对于机床的加工精度和效率至关重要。
因此，机械结构、传动系统、控制系统等方面的设计与优化是关键。
数控机床的自动换刀装置
01
02
03
04
提升换刀速度
通过改进换刀机构和优化换刀 程序，缩短换刀时间，提高生
产效率。
提高刀具定位精度
采用高精度传感器和优化算法 ，确保刀具快速、准确地安装
到机床主轴上。
加强刀具管理
建立完善的刀具管理系统，实 现刀具的快速识别、选择和调
度，提高生产效率。
降低故障率
加强设备维护和保养，定期检 查自动换刀装置的各部件，确
数控机床自动换刀装置 的类型与结构
回转刀架式自动换刀装置
总结词
结构简单、操作方便、换刀时间短
详细描述
回转刀架式自动换刀装置通常由刀架、定位销、转位机构等组成，通过电机驱 动刀架旋转，实现刀具的快速更换。这种装置结构简单，操作方便，换刀时间 短，适用于中小型数控机床。
转塔式自动换刀装置
总结词
换刀速度快、刀具容量大、精度高
详细描述
转塔式自动换刀装置由主轴和多个刀套组成，通过旋转塔体来更换刀具。这种装 置换刀速度快，刀具容量大，精度高，适用于大型数控机床。
机械手式自动换刀装置
总结词
自动化程度高、灵活性好、适应性强
详细描述
机械手式自动换刀装置由机械手、夹爪、传动机构等组成，通过机械手的伸缩、旋转和升降等动作来更换刀具。 这种装置自动化程度高，灵活性好，适应性强，适用于各种类型的数控机床。
数控机床的自动换刀 装置
目录
• 数控机床自动换刀装置概述 • 数控机床自动换刀装置的工作原理 • 数控机床自动换刀装置的类型与结构 • 数控机床自动换刀装置的应用与优化
01
数控机床自动换刀装置 概述
定义与特点
定义
数控机床的自动换刀装置是指在 加工过程中能够自动更换刀具的 装置，是数控机床的重要组成部 分。详细描述
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
从相应的技术标准上铺平了道路。
但同时也对我国的机床电器行业提出了相应的要求:机床电器产品的质量,不仅仅体现在其自身的稳定性、可靠性、机械寿命、电气寿命等方面。
同时还要更加注重其与整体机械、设备、系统的协同、安全、可靠;相应的技术要求条件与国际共同认可的技术要求条件接轨;相应的人身安全保护措施;对环境的影响、电磁兼容等等方面。
总之,一系列新的标准为机床电器行业在进入WT O 参与国际竞争从技术要求及条件上与国际接
轨铺平了道路。
机床电器行业也必将在新的系列标准支持下,在参与国际竞争中出现一个全新面貌。
数控・数显
经济型数控车床自动换刀原理与维修
徐州师大工学院电气工程系 苏州职工业余大学 贾传圣 杨永娟
〔摘要〕 分析了经济型数控车床自动换刀的工作原理及其维修事例,简述了国内车床加工的现状。
关键词 数控 自动换刀 反向锁紧 维修
一、经济型数控车床的自动刀架系统刀架是车床的一个重要组成部分,刀架用于夹持切削用的刀具,其结构直接影响车床的切削性能
和效率。
经济型数控车床将原来的普通手动转动力架替换成四刀位或六刀位的自动转位刀架。
自动转位刀架由数控系统控制,效率高,工艺性能可靠。
如图1所示为山东德州机床厂生产的CK D6163
图1 CK D6163型数据控车床的自动换刀
型数控车床的自动换刀原理图,该刀架的刀位数为6,当数控单元E NC 发出换刀信号后,830和827接
通,刀架正转控制接触器K M 4接通220V 交流电源,K M 4吸合,换刀电机M 3通入380V 正向旋转,驱动蜗
杆减速机构,螺杆升降机构使上刀体上升。
当上刀体上升到一定高度时,离合转盘起作用,带动上刀体—
8
1—机床电器2001No.4 数控・数显
旋转。
刀架上端的发信盘对应每个刀位都安装一个霍尔元件S Q1、S Q2……S Q6,当上刀体旋转到某一刀位时,该刀位上霍尔元件2号线向数控系统输入低电平,而其它刀位霍尔元件输出高电平。
在上刀体旋转过程中,发信盘不断向数控系统E NC反馈刀位信号。
数控系统将反馈刀位信号与指令刀位相比较,当两信号相同时,说明上刀体已旋到所选刀位,否则继续旋转。
转到所选刀号后,数控系统立即使827与830断开,而828与830接通,刀架反转控制接触器K M5接通220V交流电源,K M5吸合,换刀电机M3反转,活动销反靠在反靠盘上初定位。
在活动销的反靠作用下,蜗杆带动上刀体下降,直至齿轮盘啮合,完成精定位,并通过蜗轮蜗杆锁紧螺母,使刀架紧固,换刀电机M3反向堵转,电流值迅速上升,821,822为刀架电机堵转检测信号,检测到该信号后,向数控系统发出转位完成信号,K M5断电,切断电源,电动机停转,自动换刀过程完成,并进行下一步操作。
图中RC为过电压阻容吸收装置,QF3为具有过载及短路保护的电源开关,PE3为刀架电机M3接地保护,为防止K M4、K M5同时吸合造成主回路短路,在K M4、K M5控制回路中串入了电气互锁接点,QF1、QF2、QF3为电源闭锁开关。
值得说明的是目前经济型数控车床换刀反向卡紧的检测方式主要有3种。
第1种即文中所述的采用堵转电流检测法;第2种为延时默认法,如西门子802S系统,当转到所选刀号后,刀架电机反转100ms 卡紧刀架,刀架刀位锁紧信号被24V屏蔽掉了,此时默认换刀完毕,电机切断电源停转,完成换刀并可进行下一步操作;第3种为锁紧传感器检测法,当转到所选刀号后,电动机反转卡紧刀架后,刀位正确传感器反馈信号给数控系统,电机切断电源,自动换刀过程完成。
如南京第二机床厂生产的C J K6136D型数控车床采用此种方式。
二、自动换刀系统维修二例
经济型数控车床在中小企业中应用较广泛,由于数控机床相对普通车床价格较高,结构复杂,数控系统出现故障时用户又难以排除,因此有些用户从保护设备出发,宁可闲置,非万不得已时不启用,设备利用率较低。
数控系统是由成千上万个电子器件组成的,而它们的性能和寿命具有很大的离散性。
数控车床大量采用电气控制,机械结构大为简化,所以机械故障率大大降低,电气故障相对来讲较多,而60%以上的车床故障与自动换刀装置有关。
维修事例1:我院一台经济型数控车床采用的是西门子802S系统,当程序运行至换刀指令时,车床停止运转,无法继续操作。
自动换刀原理参照图1及文中所述,首先检查数控系统运行其它指令正常,说明数据控系统没坏,接着用手动换刀也不能操作,拆下电机用扳手能盘动换刀装置,而且用力不大,空试手动换刀,电机旋转但转向相反,说明电源相序不对,事故原因是动力网改造过程中将电源相序弄错。
笔者曾碰到此类故障三起,任意调整电源两相,数控车床运行正常。
维修事例2:采焊矿机械厂使用的是山东德州机床厂的CK D6163经济型数控车床,在程序运行到换刀时,换刀电机正向旋转,连续旋转一直不停。
调出程序换5号刀,检查一遍未发现问题,重新编程换其它刀都正常,将刀位手动停在5号位,检查805号线对地是高电平,说明刀位传感器S Q5霍尔元件损坏,更换一新的霍尔元件,车床运行正常。
从笔者所维修好的数十台经济型数控车床来看,严重的数控系统故障并未发现,主要是一些传感器、接口、电源故障,但是传统的维修电工缺少必要的自动控制、传感器、计算机基础知识,数控原理及系统等方面的基础知识运用很少的故障却不知从何下手,严重制约了数控车床的应用和发展,加速现场维修人才的培养是非常迫切的。
参考文献
1 李宏胜1数控原理与系统[M]1北京:机械工业出版社, 1997
2 贾传圣,鹿林1普通车床的数控改造与应用1南京:机械设计与制造工程,200015
3 王永章1机床的数字控制技术[M]1哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,1999
(收稿日期:2001-02-05)
—
9
1
—
数控・数显 机床电器2001No.4。