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經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車(chē)床自動(dòng)換刀原理與維修

2022-5-12 來(lái)源：山東華宇工學(xué)院作者：趙宏霞

摘要：目的：保證經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車(chē)床運(yùn)行的穩(wěn)定性，要優(yōu)化自動(dòng)換刀裝置的運(yùn)行效果，維持運(yùn)行作業(yè)效率質(zhì)量。方法：在明確經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車(chē)床自動(dòng)換刀原理的同時(shí)，針對(duì)可能存在的問(wèn)題予以預(yù)警分析，并及時(shí)落實(shí)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(cè)運(yùn)行的流程完善相關(guān)維修工作，并對(duì)回轉(zhuǎn)刀架換刀、更換主軸頭換刀、帶刀庫(kù)自動(dòng)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(duì)數(shù)控車(chē)床自動(dòng)換刀工作產(chǎn)生的影響，全面分析和明確具體的換刀流程。結(jié)論：為后續(xù)全面提高維護(hù)養(yǎng)護(hù)水平提供保障，充分發(fā)揮數(shù)控車(chē)床應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，提高經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車(chē)床的實(shí)際應(yīng)用效率。

關(guān)鍵詞：經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車(chē)床；自動(dòng)換刀；原理；維修

在經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車(chē)床應(yīng)用管理過(guò)程中，要維持自動(dòng)換刀裝置定位的準(zhǔn)確性，確保能貼合換刀時(shí)間短、剛性強(qiáng)的實(shí)際應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，避免故障問(wèn)題對(duì)應(yīng)用效率產(chǎn)生的影響，則需打造良好的設(shè)備應(yīng)用環(huán)境。目前，中小企業(yè)中，經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車(chē)床的應(yīng)用范圍較廣，為保證其應(yīng)用效果，就需及時(shí)排除故障。另外數(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(huì)存在應(yīng)用隱患，所以須及時(shí)檢索故障原因。

1、經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車(chē)床自動(dòng)換刀原理和具體操作

1.1 基本原理

電動(dòng)刀架的基本工作原理如下：系統(tǒng)在獲取指令后發(fā)出對(duì)應(yīng)的換刀信號(hào)，從而配合相應(yīng)的處理工序?qū)^電器予以控制，實(shí)現(xiàn)電機(jī)正轉(zhuǎn)，借助渦輪元件、蝸桿遠(yuǎn)近及螺桿遠(yuǎn)近將銷(xiāo)盤(pán)直接推動(dòng)到指定高度，此時(shí)離合銷(xiāo)就會(huì)進(jìn)入離合盤(pán)槽，帶動(dòng)歐承重實(shí)現(xiàn)上刀位的轉(zhuǎn)位處理。到達(dá)刀位后，霍爾元件發(fā)出信號(hào)，電動(dòng)機(jī)自動(dòng)反轉(zhuǎn)，此時(shí)，反靠銷(xiāo)進(jìn)入盤(pán)槽，刀架就能進(jìn)行基礎(chǔ)的粗定位處理，利用銷(xiāo)盤(pán)下降的指令處理方式，確保端齒匹配度合理，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定位。

與此同時(shí)，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(hào)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(shí)現(xiàn)換刀處理，匹配 I/O 信號(hào)進(jìn)行邏輯處理計(jì)算分析，完成順序控制。

1.2 具體操作

1.2.1 回轉(zhuǎn)刀架換刀操作

回轉(zhuǎn)刀架應(yīng)用處理過(guò)程中，因其本身具有較好的強(qiáng)度和剛度，故才能承受粗加工產(chǎn)生的切削力，為滿(mǎn)足重復(fù)定位的精度，要按照標(biāo)準(zhǔn)流程完成相應(yīng)操作。

（1）抬起刀架。在數(shù)控裝置獲取對(duì)應(yīng)換刀指令后，壓力油會(huì)從入孔直接進(jìn)入壓緊液壓缸的下腔，形成初始指令應(yīng)用模式，對(duì)應(yīng)的活塞上升，刀架體隨之抬起，此時(shí)利用具有定位功能的活動(dòng)插銷(xiāo)完成合攏和脫開(kāi)處理，有效維持應(yīng)用效果。與此同時(shí)，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。刀架抬起操作結(jié)束后，壓力油進(jìn)入轉(zhuǎn)位液壓缸，活塞隨之移動(dòng)，借助連接板帶動(dòng)齒輪產(chǎn)生對(duì)應(yīng)方向的移動(dòng)，空套齒輪形成逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)模式，借助端齒離合器將刀架旋轉(zhuǎn)到固定角度。此時(shí)，活塞的整個(gè)行程軌跡一般是齒輪周長(zhǎng)的1/6，配合限位開(kāi)關(guān)建立對(duì)應(yīng)的控制方案。

（3）刀架壓緊處理。轉(zhuǎn)位操作結(jié)束后，壓力油進(jìn)入壓緊液壓缸上腔，活塞此時(shí)帶動(dòng)刀架體形成下降趨勢(shì)，齒輪帶動(dòng)圓柱固定插銷(xiāo)，配合活動(dòng)插銷(xiāo)在最大程度上消除定位銷(xiāo)和孔之間產(chǎn)生的間隙，從而有效形成反靠定位處理工序。另外，刀架體下降過(guò)程中，定位活動(dòng)插銷(xiāo)和固定插銷(xiāo)之間能形成夾緊的模式，同時(shí)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。刀架壓緊操作結(jié)束后，壓力油從孔直接進(jìn)入轉(zhuǎn)位液壓缸腔體，此時(shí)活塞會(huì)直接借助壓力產(chǎn)生的風(fēng)量帶動(dòng)齒條完成復(fù)位操作，因端齒離合器本身已處于脫開(kāi)狀態(tài)，所以齒條會(huì)直接帶動(dòng)齒輪完成空轉(zhuǎn)。若是定位和夾緊操作均滿(mǎn)足動(dòng)作要求和指令標(biāo)準(zhǔn)，則推桿和觸頭就能形成良性接觸，就會(huì)直接發(fā)送換刀結(jié)束信號(hào)，整個(gè)經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車(chē)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(duì)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(shí)，還可以借助自動(dòng)換刀優(yōu)化工作準(zhǔn)確性和規(guī)范性。一般而言，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(duì)應(yīng)換刀指令后，主軸頭就會(huì)依次旋轉(zhuǎn)到加工的具體位置，并且有效連接主軸運(yùn)動(dòng)位置完成運(yùn)動(dòng)處理，保證主軸能帶動(dòng)刀具形成旋轉(zhuǎn)趨勢(shì)。此時(shí)，沒(méi)有處在加工位置的主軸會(huì)自動(dòng)和主運(yùn)動(dòng)模塊脫開(kāi)，避免出現(xiàn)誤操作。

另外，因?yàn)榭臻g位置存在一定限制，因此主軸部位的結(jié)構(gòu)一般采取靈活運(yùn)動(dòng)模式，這就會(huì)對(duì)主軸系統(tǒng)的剛度有一定影響，要提升主軸的剛度水平，則要限制主軸的實(shí)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(shì)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(shí)間。

1.2.3 帶刀庫(kù)自動(dòng)換刀系統(tǒng)處理模式

在加工的同時(shí)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(kù)吹工序，維持主軸應(yīng)用的合理性，滿(mǎn)足精密加工的基本要求。這種處理方式使刀庫(kù)能存放一定數(shù)量刀具，符合工序加工的應(yīng)用要求，也能提升機(jī)床的加工時(shí)效性，更適用于數(shù)控鉆床、數(shù)控銑床等自動(dòng)換刀裝置處理工序中。

2、經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車(chē)床自動(dòng)換刀維修流程

2.1 故障查找

為保證維修效果，在發(fā)現(xiàn)電路故障后須及時(shí)進(jìn)行對(duì)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(gè)方面予以分析。

2.1.1 電路故障查找

（1）確定刀架的具體換刀位置，若換刀位置準(zhǔn)確，就直接啟動(dòng)后續(xù)的換刀操作指令，然后開(kāi)始相應(yīng)的檢查工作。若刀架位置不準(zhǔn)確，就要對(duì)刀架位置予以修正，錯(cuò)誤的刀架位置會(huì)對(duì)電路檢測(cè)的時(shí)效性和準(zhǔn)確性產(chǎn)生影響。

（2）打開(kāi)刀架蓋，結(jié)合實(shí)際應(yīng)用規(guī)范分析刀架內(nèi)部的開(kāi)關(guān)位置，多數(shù)設(shè)備都會(huì)在四個(gè)角設(shè)置霍爾開(kāi)關(guān)，觀察對(duì)應(yīng)位置的準(zhǔn)確性。

（3）關(guān)閉蓋子，開(kāi)啟經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車(chē)床，進(jìn)行試運(yùn)行，觀察運(yùn)行效果。若車(chē)床存在過(guò)沖或滯后運(yùn)行問(wèn)題，需集中開(kāi)展故障分析。若開(kāi)關(guān)位置和故障問(wèn)題無(wú)關(guān)聯(lián)，就說(shuō)明故障問(wèn)題不是電路產(chǎn)生的。

2.1.2 機(jī)械故障查找

若要判斷數(shù)控車(chē)床自動(dòng)換刀裝置是否存在機(jī)械故障問(wèn)題，需先進(jìn)行拆卸分析，由于自動(dòng)刀架應(yīng)用內(nèi)螺旋結(jié)構(gòu)完成傳動(dòng)處理，因此卸載時(shí)要注意：一般以自上而下的方式完成拆卸，觀察霍爾開(kāi)關(guān)位置是否存在改變或松動(dòng)；并觀察線頭、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(shí)針旋轉(zhuǎn)檢測(cè)，觀察端面齒盤(pán)磨損情況，然后綜合判定其運(yùn)行效果。

除此之外，操作人員要統(tǒng)計(jì)確認(rèn)換刀裝置的檢測(cè)結(jié)果，尤其是端面齒板的磨損狀態(tài)，避免過(guò)沖或滯后等問(wèn)題對(duì)自動(dòng)換刀維修裝置產(chǎn)生影響。

2.2 故障原因分析

查找出故障后就要分析故障的主要原因，然后才能落實(shí)相匹配的故障處理方案。

第一，檢查定位銷(xiāo)，確認(rèn)位置，并測(cè)量銷(xiāo)孔，一般是提起刀架后測(cè)定機(jī)械位置和機(jī)械距離。

第二，刀架抬起后，設(shè)備中銷(xiāo)釘?shù)暮蠖藭?huì)受到彈簧的推力，內(nèi)控長(zhǎng)度隨之縮減，形成彎曲狀態(tài)。若阻力增加，則會(huì)造成刀架超調(diào)亦或是刀架操作滯后。

2.3 故障維修排除

判定相應(yīng)問(wèn)題后，就要制定對(duì)應(yīng)的處理措施。本論述主要以機(jī)械故障維修排除為例，一般要及時(shí)更換圓柱銷(xiāo)，確保定位的準(zhǔn)確性。在應(yīng)用過(guò)程中，圓柱銷(xiāo)在孔內(nèi)實(shí)現(xiàn)滑動(dòng)操作，方向?yàn)樽陨隙拢挥斜ＷC其耐磨性、韌性和強(qiáng)度，才能保證應(yīng)用過(guò)程合理性。利用 UQ材料時(shí)，要將其作為基孔間隙材料，利用熱處理滿(mǎn)足HRC48-52硬度要求，實(shí)現(xiàn)裝配工作和后處理工作。

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

在數(shù)控車(chē)床應(yīng)用管理中，傳感器問(wèn)題、接口問(wèn)題、電源故障問(wèn)題等較為常見(jiàn)，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。

2.4 檢測(cè)試行

在完成自動(dòng)刀架裝配工作后，要對(duì)其進(jìn)行精密性檢測(cè)，以保證能及時(shí)分析刀架定位的精度。

（1）換刀操作中，要對(duì)4個(gè)基礎(chǔ)刀位進(jìn)行依次換刀，觀察重復(fù)換刀動(dòng)作的連貫性，并及時(shí)觀測(cè)盤(pán)式刀庫(kù)中相應(yīng)刀片的情況，記錄數(shù)據(jù)，有效調(diào)整刀片位置。

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

（3）操作人員要借助 50 mm 量規(guī)和千分表進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度的測(cè)定和分析，圓度誤差為0.001 mm、重復(fù)定位精度為0.001 mm～0.002 mm。

3、案例

案例1：以西門(mén)子802S系數(shù)控車(chē)床為例，程序從運(yùn)行狀態(tài)切換到換刀指令過(guò)程中出現(xiàn)運(yùn)轉(zhuǎn)停止?fàn)顟B(tài)，不能繼續(xù)后續(xù)操作。此時(shí)，要對(duì)數(shù)控系統(tǒng)指令操作予以存在異常。所以，及時(shí)調(diào)整電源的兩相結(jié)構(gòu)，數(shù)控機(jī)床恢復(fù)正常運(yùn)行。

案例2：某焊礦機(jī)械廠采用 CKD6163 系數(shù)控車(chē)床，執(zhí)行換刀操作后，電機(jī)實(shí)現(xiàn)了正向旋轉(zhuǎn)，但是旋轉(zhuǎn)出現(xiàn)連續(xù)不停的問(wèn)題。維修人員利用重新編程的方式更其他刀具發(fā)現(xiàn)問(wèn)題消失，則判定是刀具問(wèn)題，將刀位手動(dòng)停在故障位后，檢查發(fā)現(xiàn)存在高電平問(wèn)題，說(shuō)明對(duì)應(yīng)的霍爾元件出現(xiàn)損壞，更換霍爾元件后，整體車(chē)床運(yùn)行恢復(fù)正常。

4、結(jié)束語(yǔ)

經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車(chē)床的應(yīng)用范圍在不斷擴(kuò)大，為維持其應(yīng)用水平，需整合具體的應(yīng)用要求，對(duì)質(zhì)量和性能予以關(guān)注，滿(mǎn)足安全性能高和定位準(zhǔn)確的要求，優(yōu)化自動(dòng)換刀裝置的控制力，及時(shí)檢索問(wèn)題和故障并維修，利用針對(duì)性處理方案打造良好的工作環(huán)境，優(yōu)化數(shù)控車(chē)床的水平，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益的共贏。

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