經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床自動換刀原理與維修

為了保證經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床運行的穩(wěn)定性，要優(yōu)化自動換刀裝置的運行效果，維持運行作業(yè)效率質(zhì)量。在明確經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床自動換刀原理的同時，針對可能存在的問題予以預(yù)警分析，并及時落實維修處理工作，依據(jù)故障查找、故障原因分析、故障維修排除、檢測運行的流程完善相關(guān)維修工作，并對回轉(zhuǎn)刀架換刀、更換主軸頭換刀、帶刀庫自動換刀系統(tǒng)予以集中分析，了解容量、布局以及具體結(jié)構(gòu)對數(shù)控車床自動換刀工作產(chǎn)生的影響，全面分析和明確具體的換刀流程為后續(xù)全面提高維護(hù)氧化水平提供保障，充分發(fā)揮數(shù)控車床應(yīng)用優(yōu)勢，提高經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床的實際應(yīng)用效率。

????????????????

：趙宏霞，：1978年09月，女，籍貫：吉林省吉林市，職稱：高級工程師? 大學(xué)本科工學(xué)學(xué)士? 研究方向：機(jī)械電氣工程。

山東華宇工學(xué)院校級科研平臺：數(shù)控刀具制造工藝技術(shù)研發(fā)中心

在經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床應(yīng)用管理的過程中，要維持自動換刀裝置定位的準(zhǔn)確性，確保能貼合換刀時間短、剛性強(qiáng)的實際應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，避免故障問題對應(yīng)用效率產(chǎn)生的影響，打造良好的設(shè)備應(yīng)用環(huán)境。在中小企業(yè)中，經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床的應(yīng)用范圍較廣，為了保證其應(yīng)用效果，就要及時排除故障問題。加之?dāng)?shù)控系統(tǒng)中電子器件的性能和壽命離散性較高，利用電氣控制必然會存在應(yīng)用隱患，所以要及時檢索故障原因。

電動刀架的基本工作原理如下：系統(tǒng)在獲取指令后發(fā)出對應(yīng)的換刀信號，從而配合相應(yīng)的處理工序?qū)^電器予以控制，實現(xiàn)電機(jī)的正轉(zhuǎn)，借助渦輪元件、蝸桿遠(yuǎn)近以及螺桿遠(yuǎn)近將銷盤直接推動到指定的高度位置上，此時的離合銷就會進(jìn)入離合盤槽位置，帶動的歐承重就能實現(xiàn)上刀位的轉(zhuǎn)位處理。達(dá)到刀位后，霍爾元件發(fā)出信號，電動機(jī)自動反轉(zhuǎn)，此時，反靠銷進(jìn)入盤槽，刀架就能進(jìn)行基礎(chǔ)的粗定位處理，利用銷盤下降的指令處理方式，確保端齒匹配度合理，實現(xiàn)精準(zhǔn)定位。

與此同時，在刀架換刀應(yīng)用工序中，還要借助強(qiáng)電回路控制、交流回路控制和信號回路控制基礎(chǔ)單位完成電氣控制。常規(guī)化的四工位刀架要借助機(jī)床PLC實現(xiàn)換刀處理，匹配I/O信號進(jìn)行邏輯處理計算分析，完成順序控制。

1.2.1回轉(zhuǎn)刀架換刀操作

在回轉(zhuǎn)刀架應(yīng)用處理的過程中，其本身具有較好的強(qiáng)度和剛度，才能承受粗加工產(chǎn)生的切削力，為了滿足重復(fù)定位的精度，要按照標(biāo)準(zhǔn)流程完成對應(yīng)操作。1）抬起刀架，在數(shù)控裝置獲取對應(yīng)換刀指令后，壓力油就會從入孔直接進(jìn)入到壓緊液壓缸的下腔位置，形成初始指令應(yīng)用模式，對應(yīng)的活塞上升，刀架體隨之抬起，此時，要利用具有定位功能的活動插銷完成合攏和脫開處理，有效維持應(yīng)用效果。與此同時，活塞桿的下端齒輪離合器和空套齒輪形成結(jié)合作用，完成初始工作內(nèi)容。2）刀架完成轉(zhuǎn)位處理，在刀架抬起操作結(jié)束后，壓力油進(jìn)入到轉(zhuǎn)為液壓缸位置，活塞隨之移動，借助連接板就能帶動齒輪產(chǎn)生對應(yīng)方向的移動，空套齒輪形成逆時針轉(zhuǎn)動模式，借助端齒離合器將刀架旋轉(zhuǎn)到固定的角度。此時，活塞的整個行程軌跡一般是齒輪周長的1/6，配合限位開關(guān)建立對應(yīng)的控制方案。3）刀架壓緊處理，在轉(zhuǎn)位操作結(jié)束后，壓力油會進(jìn)入到壓緊液壓缸的上腔位置，活塞此時帶動刀架體形成下降趨勢，齒輪帶動圓柱固定插銷，配合活動插銷就能最大程度上消除定位銷和孔之間產(chǎn)生的間隙，從而有效形成反靠定位處理工序。值得一提的是，在刀架體下降過程中，定位活動插銷和固定插銷之間能形成夾緊的模式，同時齒輪和齒圈錐面直接接觸，刀架就能完成新的位置定位夾緊操作，端齒離合器和空套齒輪分離。4）建立轉(zhuǎn)為液壓缸復(fù)位處理，在刀架壓緊操作結(jié)束后，壓力油會從孔直接進(jìn)入到轉(zhuǎn)位液壓缸的腔體內(nèi)，此時活塞會直接借助壓力產(chǎn)生的風(fēng)量帶動齒條完成復(fù)位操作，因為端齒離合器本身已經(jīng)處于脫開狀態(tài)，所以齒條會直接帶動齒輪完成空轉(zhuǎn)。若是定位和夾緊操作均滿足動作要求和指令標(biāo)準(zhǔn)，則推桿和觸頭就能形成良性接觸，會直接發(fā)送換刀結(jié)束的信號，整個經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床就能繼續(xù)完成匹配的切削加工操作。

1.2.2更換主軸頭換刀操作

針對具有旋轉(zhuǎn)刀具的數(shù)控機(jī)床，有效進(jìn)行主軸頭更換能在提升操作效率的同時，借助自動換刀大大優(yōu)化工作準(zhǔn)確性和規(guī)范性。一般而言，在磚塔的不同主軸頭位置要預(yù)先安裝匹配不同工序的旋轉(zhuǎn)刀具，在系統(tǒng)接收到對應(yīng)換刀指令后，主軸頭就會依次旋轉(zhuǎn)到加工的具體位置，并且有效連接主軸運動位置完成運動處理，保證主軸能帶動刀具形成旋轉(zhuǎn)趨勢。此時，沒有處在加工位置的主軸會自動和主運動模塊脫開，避免出現(xiàn)誤操作。另外，因為空間位置會存在一定的限制性，因此，主軸部位的結(jié)構(gòu)一般采取的是靈活運動模式，這就會對主軸系統(tǒng)的剛度形成作用，要想提升主軸的剛度水平，就要限制主軸的實際應(yīng)用數(shù)量，避免結(jié)構(gòu)尺寸增大產(chǎn)生的不穩(wěn)定性因素。更換主軸頭處理方案最大的優(yōu)勢就在于能有效減少卸刀、裝刀等操作產(chǎn)生的偏差，維護(hù)應(yīng)用可靠性合規(guī)發(fā)行，減少換刀時間。

1.2.3帶刀庫自動換刀系統(tǒng)處理模式

在加工的同時將刀具安裝在標(biāo)準(zhǔn)刀柄位置，并調(diào)整尺寸，按照標(biāo)準(zhǔn)方式完成刀庫吹工序，維持主軸應(yīng)用的合理性，滿足了精密加工的基本刦。這種處理方式使得刀庫能存放一定數(shù)量的刀具，符合工序加工的應(yīng)用要求，也能提升機(jī)床的加工時效性，更加適用在數(shù)控鉆床、數(shù)控銑床等自動換刀裝置處理工序中。

為了保證維修效果，要在發(fā)現(xiàn)電路故障后及時進(jìn)行對應(yīng)位置的查找，從而維持綜合維修處理的效果，一般是從電路故障和機(jī)械故障兩個方面予以分析：

1）確定刀架的具體換刀位置，若是換刀位置準(zhǔn)確，就直接啟動后續(xù)的換刀操作指令，然后開始相應(yīng)的檢查工作。若是刀架位置不準(zhǔn)確，就要對刀架位置予以修正，錯誤的刀架位置會對電路檢測的時效性和準(zhǔn)確性產(chǎn)生影響。

2）打開刀架蓋，結(jié)合實際應(yīng)用規(guī)范分析刀架內(nèi)部的開關(guān)位置，多數(shù)設(shè)備都會在四個角設(shè)置霍爾開關(guān)，觀察對應(yīng)位置的準(zhǔn)確性。

3）關(guān)閉蓋子，開啟經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床，進(jìn)行試運行，觀察運行效果。若是車床存在過沖或者是滯后運行的問題，就要集中開展故障分析。開關(guān)位置和故障問題無關(guān)聯(lián)，就說明故障問題不是電路產(chǎn)生的。

若是要判斷數(shù)控車床自動換刀裝置是否存在機(jī)械故障問題，就要先進(jìn)行拆卸分析，自動刀架應(yīng)用內(nèi)螺旋結(jié)構(gòu)完成傳動處理，因此，卸載時要注意分寸，一般是選取自上而下的方式完成拆卸，觀察霍爾開關(guān)位置是否存在改變或者是松動。并且，要觀察線頭、斷頭等位置，標(biāo)記好后完成記錄。另外，要依據(jù)操作規(guī)程插入蝸桿端頭進(jìn)行順時針旋轉(zhuǎn)檢測，觀察端面齒盤磨損情況，然后綜合判定其運行效果。

除此之外，操作人員要統(tǒng)計確認(rèn)換刀裝置的檢測結(jié)果，尤其是端面齒板的磨損狀態(tài)，避免過沖或者是滯后等問題對自動換刀維修裝置產(chǎn)生影響。

在進(jìn)行故障查找后就要分析故障的主要原因，然后才能落實相匹配的故障處理方案。

第一，檢查定位銷，確認(rèn)位置，并測量銷孔，一般是提起刀架然后測定機(jī)械位置和機(jī)械距離。

第二，刀架抬起后，設(shè)備中銷釘?shù)暮蠖藭艿綇椈傻耐屏?，?nèi)控長度隨之縮減，形成彎曲狀態(tài)。若是阻力增加，則會造成刀架超調(diào)亦或是刀架操作滯后。

判定相應(yīng)問題后，就要制定對應(yīng)的處理措施。本文主要以機(jī)械故障維修排除為例，一般要及時更換圓柱銷，確保定位的準(zhǔn)確性。在應(yīng)用過程中，圓柱銷在孔內(nèi)實現(xiàn)滑動操作，方向為自上而下，只有保證其耐磨性、韌性和強(qiáng)度，才能保證應(yīng)用過程合理性。利用UQ材料時，要將其作為基孔間隙材料，利用熱處理滿足HRC48-52硬度要求，實現(xiàn)裝配工作和后處理工作。

另外，要對刀架蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)予以修復(fù)，確保精準(zhǔn)定位的同時，修復(fù)后及時添涂紅丹粉，形成保護(hù)機(jī)理。要將蝸桿和蝸輪拆卸后修復(fù)具體結(jié)構(gòu)，確保維修應(yīng)用的最優(yōu)化。

在數(shù)控車床應(yīng)用管理中，傳感器問題、接口問題、電源故障問題等較為常見，利用新型技術(shù)體系配合數(shù)控原理分析，就能提升故障維修的效率，從而減少故障產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)損失。

在完成自動刀架裝配工作后，要對其進(jìn)行精密性的檢測，以保證能及時分析刀架定位的精度。

第一，換刀操作中，要對4個基礎(chǔ)刀位進(jìn)行依次換刀，觀察重復(fù)換刀動作的連貫性，并及時盤式刀庫中相應(yīng)刀片的情況，記錄數(shù)據(jù)，有效調(diào)整刀片的位置。

第二，利用小車天梯軸程序進(jìn)行試運行分析，完成基礎(chǔ)試驗操作后對工位加裝外圓刀具，確保工件檢查的合理性和完整性。

第三，操作人員要借助50mm量規(guī)和千分表進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)長度的測定和分析，圓度的誤差在0.001mm、重復(fù)定位精度在0.001mm到0.002mm之間。

案例1：以西門子802S系數(shù)控車床為例，程序從運行狀態(tài)切換到換刀指令過程中出現(xiàn)運轉(zhuǎn)停止?fàn)顟B(tài)，不能繼續(xù)后續(xù)操作。此時，維修人員要對數(shù)控系統(tǒng)指令操作予以分析，因為指令發(fā)布正常，因此排除數(shù)據(jù)控制系統(tǒng)的問題，此時，維修人員將自動換刀切換到手動換刀，發(fā)現(xiàn)依舊無法操作，于是拆卸電機(jī)利用扳手盤動換刀裝置，此時出現(xiàn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向相反的情況，就說明動力網(wǎng)體系中電源相序存在異常。所以，維修人員及時調(diào)整了電源的兩相結(jié)構(gòu)，數(shù)控機(jī)床恢復(fù)正常運行。

案例2：某焊礦機(jī)械廠應(yīng)用的是CKD6163系數(shù)控車床，在執(zhí)行換刀操作后，電機(jī)實現(xiàn)了正向旋轉(zhuǎn)，但是旋轉(zhuǎn)出現(xiàn)連續(xù)不停的問題。維修人員利用重新編程的方式更換其他刀具發(fā)現(xiàn)問題消失，就判定是刀具問題，將刀位手動停在故障位后，檢查發(fā)現(xiàn)存在高電平的問題，說明對應(yīng)的霍爾元件出現(xiàn)損壞，維修人員更換了霍爾元件，整體車床運行恢復(fù)正常。

總而言之，經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床的應(yīng)用范圍在不斷擴(kuò)大，為了維持其應(yīng)用水平，要整合具體的應(yīng)用要求，對質(zhì)量和性能予以關(guān)注，滿足安全性能高和定位準(zhǔn)確的要求，優(yōu)化自動換刀裝置的控制力，及時檢索問題和故障并維修，利用針對性處理方案打造良好的工作環(huán)境，優(yōu)化數(shù)控車床的水平，實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益、社會效益的共贏。

[1]沈勝利，張芬.經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床自動換刀裝置的故障分析及排除[J].制造業(yè)自動化，2017，34（6）：63-66.

[2]陳艷紅，劉德平.普通車床數(shù)控改造中刀架改造及常見故障分析[J].煤礦機(jī)械，2019，30（4）：143-145.

[3]顏昌標(biāo)，程芬，邱文萍. 數(shù)控車床自動換刀裝置原理與故障分析[J]. 建筑工程技術(shù)與設(shè)計，2018（5）：3150.

[4]雷楠南. FANUC0iD系統(tǒng)數(shù)控車床換刀PMC程序設(shè)計[J]. 黃岡職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2019，21（3）：95-98.

[5]楊瑞，孔玉強(qiáng)，韓彥勇，等. 霍爾開關(guān)在數(shù)控車床自動回轉(zhuǎn)刀架中的應(yīng)用[J]. 煤礦機(jī)械，2017，38（7）：117-118.

[6]關(guān)進(jìn)良，陳宏亮，戰(zhàn)祥鑫，等. 數(shù)控立床自動轉(zhuǎn)位四方刀臺換刀原理及故障診斷[J]. 設(shè)備管理與維修，2019（16）：36-37.

[7]余新. FANUC 0imate-TD系統(tǒng)數(shù)控車床換刀程序改進(jìn)設(shè)計[J]. 機(jī)械工程與自動化，2016（6）：192-193，196.

[8]高泉. 數(shù)控車床自動換刀裝置常見故障分析[J]. 科技展望，2017，25（26）：73.

[9]王勇，徐旭陽，曹犇，等. CK6136I數(shù)控車床四工位自動換刀裝置控制系統(tǒng)設(shè)計[J]. 自動化應(yīng)用，2016（6）：43-46.