基于數(shù)控銑床的換刀機構(gòu)維修與應(yīng)用

李福運

（廣東松山職業(yè)技術(shù)學院，廣東韶關(guān)512126）

基于數(shù)控銑床的換刀機構(gòu)維修與應(yīng)用

李福運

（廣東松山職業(yè)技術(shù)學院，廣東韶關(guān)512126）

數(shù)控銑削與傳統(tǒng)銑削相比具有加工精度高、自動化程度高、生產(chǎn)效率高等優(yōu)點，所以數(shù)控銑床已取代普通銑床而成為機械加工中常用的設(shè)備。但由于數(shù)控銑床換機構(gòu)在使用過程中操作頻繁，且又容易受其它因素影響，在生產(chǎn)過程中一旦出問題將嚴重影響銑床的使用性能，通過對數(shù)控銑床換刀機構(gòu)的維修過程，介紹解決此類問題的方法和思路，從而減免數(shù)控銑刀換刀機構(gòu)在生產(chǎn)過程中的負面影響。

數(shù)控銑床；換刀機構(gòu)；自動換刀

數(shù)控銑床已成為現(xiàn)在機加工中最常用的設(shè)備之一，其換刀機構(gòu)與普通銑床相比操作簡單、使用方便、裝夾可靠，縮短換刀時間，是提高生產(chǎn)率降低勞動強度的重要保障。但在使用過程中也會遇到此機構(gòu)出現(xiàn)刀具裝不上、掉刀、卸刀困難或卡死等問題。筆者單位購置了九臺FANUC OI系列VB2900B型號的數(shù)控銑床，一年后有部分機床出現(xiàn)卸刀困難（有時要借助外力撬動或敲擊才能勉強卸下）或有甚者卸不掉刀的情況，給操作造成很多不便。結(jié)合這種現(xiàn)象根據(jù)相關(guān)知識和經(jīng)驗初步判斷可能有以下幾方面的原因所致：

（1）換刀機構(gòu)電氣部分出故障；

（2）換刀動力原件（氣壓或液壓缸）的故障；

（3）主軸中刀具夾緊機構(gòu)出現(xiàn)問題。

為了解決此類問題通過對換刀機構(gòu)的分析，找到造成卸刀困難、掉刀等問題的根本原因，并予以解決，同時通過此過程介紹在生產(chǎn)中遇到此類問題的維修思路及維修方法。

1 數(shù)銑換刀機構(gòu)的組成及其工作過程

數(shù)控銑床換刀機構(gòu)的工作原理[1]及其工作過程與其他數(shù)控系統(tǒng)基本相同，其換刀機構(gòu)是由電氣部分、氣動或液動部分及主軸刀具加緊機構(gòu)三部分組成。如圖1數(shù)控銑床換刀機構(gòu)圖所示[2]，手動按下?lián)Q刀按鈕A，開關(guān)閉合換刀信號發(fā)出，經(jīng)電路傳給電磁閥B，電磁閥動作接通氣壓缸，汽缸活塞1連同調(diào)整螺釘2一起向下動作，同時推動拉桿4向下移動，拉桿4壓縮碟形彈簧3并推動四瓣卡抓6（也稱主軸拉抓或拉刀抓）下移。

圖1 數(shù)控銑床換刀機構(gòu)

如刀具夾緊機構(gòu)圖2所示[3]，四瓣卡抓6下端外緣突起部位進入主軸后錐孔上部的環(huán)形槽內(nèi)，在收緊彈簧5的作用下四瓣卡抓6張開，隨著拉桿4繼續(xù)下移，其底面與拉釘7頂端接觸，同時把刀具從主軸錐孔中推下，此時氣壓缸也達到了最大行程。

圖2 刀具夾緊機構(gòu)圖

氣壓缸實物結(jié)構(gòu)如圖3所示，氣壓缸感應(yīng)桿3觸碰到下部氣缸行程開關(guān)2，活塞停止下移同時清潔錐孔的電磁閥開啟，壓縮空氣由主軸孔內(nèi)的空氣嘴噴出，清潔錐孔。當松開換刀按鈕時，電磁閥復(fù)位，氣壓缸活塞上移，在碟形彈簧3彈力的作用下拉桿開始向上移動復(fù)位，同時四瓣卡抓6下端外緣突起退入主軸后錐孔的環(huán)形槽，四瓣卡抓6在小徑主軸內(nèi)孔的作用下收縮復(fù)位，如果此前有刀具裝入，此時收縮的四瓣卡抓會加緊拉釘隨碟形彈簧的恢復(fù)而上移裝緊刀具。

圖3 氣壓缸實物結(jié)構(gòu)圖

2 故障分析

結(jié)合出現(xiàn)問題進行故障分析。根據(jù)上面對換刀機構(gòu)工作過程的分析，結(jié)合前面所說卸刀問題的現(xiàn)象，導(dǎo)致卸刀出現(xiàn)故障一般可能由以下幾個原因所致：

（1）松刀開關(guān)失靈或傳遞信號電路出現(xiàn)故障，即換刀機構(gòu)沒有得到換刀信號；

（2）氣壓電磁閥失靈，松刀的動力由氣壓缸來實現(xiàn)，電磁閥失靈氣壓缸就不會動作也就沒有松刀的動力源；

（3）氣壓缸因漏氣或氣壓系統(tǒng)壓力不足、活塞行程不到位等原因?qū)е職鈮焊讻]能完成松刀動作，即四瓣卡抓6沒能松開；

（4）主軸刀具加緊機構(gòu)出現(xiàn)故障，主軸刀具夾緊機構(gòu)是數(shù)銑換刀機構(gòu)的重要組成部分，其不僅結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而且易受外界因素的影響，是數(shù)銑換刀機構(gòu)常出現(xiàn)故障的結(jié)構(gòu)之一，具體故障因素可能有以下幾個方面：

一是，拉釘7尾部長度不夠，致使氣缸雖已執(zhí)行到位卡抓4已松開，但未能使拉桿4底面與拉釘7頂端接觸，即沒能把刀具從主軸錐孔中推下。

二是，氣壓缸下部調(diào)整螺釘2松動，使拉桿下推行程不夠，致使卡抓4沒能松開或拉桿4底面沒能與拉釘7頂端接觸將刀具從主軸錐孔中推下。

三是，拉桿4出問題，變形或磨損。

四是，四瓣卡抓6出故障而不能張開。

五是，刀柄9與主軸錐孔銹死。

六是，主軸裝配調(diào)整時，刀具移動量調(diào)得太小，致使在使用過程中受一些綜合因素所致。

3 故障判斷與解決

要想確定故障解決問題，首先要對以上原因作出準確判斷，即根據(jù)具體情況準確分析排除故障的干擾原因。一般在數(shù)控維修中有幾種最常用的方法，如利用數(shù)控系統(tǒng)的自診斷功能或利用PLC程序的邏輯查找功能對電路及控制元件檢驗的方法，除此之外還有推理排除法、觀察法、代換法、測量法等。這里用推理排除法、觀察法和測量法對以上因素進行分析如下：

3.1 電氣故障的分析

電氣故障一般無外乎由于開關(guān)按鈕的損壞或失靈、電器元件的失效而造成的元件故障和由于電路接觸不良等原因而造成的線路故障[4]，可以用狀態(tài)分析法、測量法予以分析判斷。打開機床防護罩觀察發(fā)現(xiàn)，按下?lián)Q刀按鈕氣壓缸動作，即氣壓缸處于正常工作狀態(tài)，由此說明開關(guān)按鈕及其電路和氣壓電磁閥都工作正常。

3.2 氣動裝置故障的分析

氣壓系統(tǒng)和氣壓原件是換刀的動力來源，直接影響換刀的成敗。雖然氣壓系統(tǒng)故障的查找和維修相對困難，但實際操作中還是有一些較好的故障查找方法和手段的，其中氣壓的測量和監(jiān)控及氣壓元件的觀察是檢查氣動裝置常用的方法之一。通過對氣壓缸工作過程觀察發(fā)現(xiàn)，氣壓系統(tǒng)工作壓強在0.6 MPa（0.6 MPa是換刀機構(gòu)正常工作壓強[4]）以上，且氣壓缸工作正常、行程到位（能夠觸動行程開關(guān)），由此可排除氣壓缸出故障的可能。

3.3 主軸刀具加緊機構(gòu)故障的分析

通過觀察發(fā)現(xiàn)碟形彈簧5工作正常，同時對拉釘測量觀察也符合國標要求且與使用說明書的要求一致，即排除因拉釘不配套而導(dǎo)致拉桿4不能頂?shù)嚼?而頂出刀柄9的原因；根據(jù)主軸刀具加緊機構(gòu)結(jié)構(gòu)及工作原理[5]結(jié)合對前面各零件的排除，導(dǎo)致卸刀困難（有時要借助外力撬動或敲擊才能勉強卸下）的原因有以下四種：

（1）四瓣卡抓6出現(xiàn)張開不到位的情況。四瓣卡抓6張開不到位又有可能是四瓣卡抓的損壞、收緊彈簧5的失效或拉桿4動作不到位而沒能將四瓣卡抓6下端外緣突起部位完全推進入主軸后錐孔上部的環(huán)形槽內(nèi)三種情況所致。

（2）氣壓缸下部調(diào)整螺釘2松動，拉桿下推行程不夠，使拉桿4底面沒能與拉釘7頂端接觸將刀具從主軸錐孔中推下。

（3）刀柄9與主軸錐孔銹死。

（4）主軸裝配調(diào)整時，刀具移動量調(diào)得太小，致使在使用過程中受一些綜合因素所致。

3.4 故障的確定和解決

以上四種原因都有可能，但就檢測核實與維修的難易程度來講是不同的，其排序由易到難的次序為：（3）→（2）→（4）→（1）.

本著由易至難的原則其檢查排除并解決如下：

（1）刀柄9與主軸錐孔銹死。

故障排除：經(jīng)檢查[6]，確實存在由于機床維護工作不到位，致使部分機床主軸錐孔和刀柄生銹的現(xiàn)象，經(jīng)過清理維護之后，卸刀難的問題并沒有明顯改善，即表明故障并非由刀柄9與主軸錐孔銹死所致，當然也不排除有其相關(guān)影響因素在內(nèi)，但可以判定其不是故障的主要因素。

（2）氣壓缸下部調(diào)整螺釘2松動，拉桿下推行程不夠，使拉桿4底面沒能與拉釘7頂端接觸將刀具從主軸錐孔中推下。

故障排除：調(diào)整螺釘2，增大拉桿4下推行程，結(jié)果發(fā)現(xiàn)大部分機床恢復(fù)正常，由此可見導(dǎo)致主軸卸刀難的主要原因就是氣壓缸下部調(diào)整螺釘2松動，拉桿下推行程不夠。

（3）主軸裝配調(diào)整時，刀具移動量調(diào)得太小，致使在使用過程中受一些綜合因素所致。

故障排除：對經(jīng)以上調(diào)整并沒有排除故障恢復(fù)正常的一臺機床，首先進行主軸調(diào)整，盡量通過調(diào)整的方法解決問題，否則只能拆卸主軸對其相關(guān)情況檢測維修，自然主軸的拆卸是比較復(fù)雜而困難的，因此優(yōu)先選用主軸的調(diào)整，經(jīng)過對主軸反復(fù)調(diào)整后其恢復(fù)正常。

4 結(jié)束語

結(jié)合實際維修過程中遇到的一些情況，可根據(jù)文章中涉及的故障分析步驟和方法進行分析，對于生產(chǎn)中拆刀或裝刀困難、掉刀等故障也屬于此類問題的故障體現(xiàn)，鑒于銑削中心其換刀機構(gòu)是在數(shù)控銑床換刀機構(gòu)基礎(chǔ)上增加刀庫和換刀手而構(gòu)成，其換刀故障除刀庫部分也可參照本文進行查找維修，此維修方法和思路也可為其他機床維修所借鑒使用。

[1]李宏勝.機床數(shù)控技術(shù)及應(yīng)用[M].北京：高教出版社，2010. [2]熊軍.數(shù)控機床原理與結(jié)構(gòu)[M].北京：人民郵電出版社，2009.

[3]鄧三鵬.數(shù)控機床結(jié)構(gòu)及維修[M].北京：國防工業(yè)出版社，2011.

[4]樸成道.煤礦機械[M].哈爾濱：國防工業(yè)出版社，2014.

[5]陸劍中，孫家寧.金屬切學原理與刀具[M].北京：機械工業(yè)出版社，2004.

[6]胡家富.簡明數(shù)控機床維修工手冊[M].上海：上?？萍即髮W出版社，2009.

The Maintenance and Application of the Tool Changing Mechanism Based on NC Milling Machine

LI Fu-yun
（Guangdong Songshan Polytechinc College，Shaoguan Guangdong 512126，China）

Comparing with conventional milling，CNC milling has the advantages on higher precision，automation degree，and production efficiency.So CNC milling has displaced the plain milling machine，and to be the typical equipment on machine work.But everything has two sides.Because of using frequently and it is easy to be affected by other factors，once the CNC milling goes wrong in production，it will influence the function of the arm brace. Based on these，by introducing the maintenance procedures of tool changing mechanism of numerical control milling machine，the author is trying to propose some methods and thinking on solving the above problems，then deducing the negative effect on production by the tool changing mechanism of numerical control milling cutter.

NC milling machine；tool changing mechanism；automatic tool change

TG547

B

1672-545X（2017）03-0227-03

2016-12-14

李福運（1982-），男，河南商丘人，本科，講師，工程師，研究領(lǐng)域：機械制造自動化。