吴美娥

摘要：數控技术的引入为国内机床生产效率的提升提供了重要帮助。自动换刀设备属于机床所有控制环节中最重要的执行部件之一，对于零部件运转的稳定性以及可靠性都有影响，关系到机床生产的质量水平以及生产效率。只有确保零部件运转的稳定才可以有效提升机床运转的顺畅性。以此为前提，本文的研究围绕经济型数控车床自动换刀原理以及维修进行探索。

关键词：数控技术机床控制换刀操作故障维修

前言

借助自动换刀技术可以较快检查出机床工作环节发生的故障问题，目前这一技术在机床生产中应用普及度较高，可以有效确保机床的正常运转。本文的研究对自动换刀设备运转的有关机制以及架构进行了全面研究，并对几类经常出现的问题以及诊断方法进行具体阐释。

1 数控加工中心自动换刀原理

虽然数控加工中心刀的品种不一，但是换刀程序相同。一旦自动换刀设备接收换刀命令后，主轴立即暂停运行并精确停至换刀地点，执行松刀操作;刀库携带新刀运行至换刀地点，执行松刀操作;双臂机械.手将新、叨同是抓起，具交换台回转到位后，分别将新、旧刀具旋转至主轴以及刀库中的空位;主轴重新夹紧刀具，并回到暂停前的加工地点，换刀操作结束。

数控加工中心换刀的过程中刀运行包含四个方面内容;刀具跟随主轴暂停并运行至换刀地点、刀具在刀库内运行、刀具经机械臂传递以及刀具随主轴运行至加工地点等，其中刀具在链式刀库中的随链运动属于转动副，而随主轴运动属于移动副。换刀机械臂传递运动中包含了转动副以及移动副两种。换刀机械臂换刀环节包含下述五个步骤：抓刀步骤、拔刀步骤、换刀步骤、插刀步骤以及放刀步骤。以上动作通过下述运动副实现;两个条分辊与缸体构成移动副;两个齿条分别与两个齿轮轴构成齿轮副;两个齿轮轴分别与缸体构成转动副;机械臂分别与两个齿轮轴构成移动副，来回运动从而实现拔刀以及插刀操作。

2 刀库及换刀机械手的维护要点

1）禁止在刀库内安装超长、超重的刀具，避免机械臂换刀过程中出现掉刀或者刀具与其他部件、夹具出现碰擦情况。

2）顺序选刀方式要重点检查刀具在刀库中的摆放顺序是否准确，采用其他类型的选刀方式也需检查所换刀具与所需刀具是否相同，避免错换刀具引发故障。

3）手动安装刀库中刀具的过程中，必须保证刀具安装有效，确保稳固，并查验刀座中锁紧设备是否牢固。

4）定期查看刀库回零位置有没有出现误差，检测机床主轴回换刀位置是否准确，若出现此类情况应立即调节，不然将无法实现换刀操作。

5）确保刀具刀柄、刀套的干净、整洁。

6）开机过程中，先运转刀库以及机械臂，检查其状态是否正常，尤其是行程开关以及电磁阀功能是否正常。检测机械臂液压系统中压力是否稳定，机械臂对刀具的锁紧是否牢固，出现问题必须立即解决。

2.1 刀库的故障

刀库的主要问题包括：刀库无法转动或者无法转动至准确位置;刀套无法夹紧刀具;刀套上下无法到达准确位置等。

（1）刀库无法转动或者无法转动至准确位置的原因包括以下几点：①用来联接电动机轴以及蜗杆轴的联轴装置有没有出现松脱;②变频装置问题，必须查验变频器的输入、输出电压是否发生改变;③plc没有控制输出，大概率是因为接口板内的继电装置不运转;④机械连接紧密度太高;⑤电网中电压不足。刀库无法转动至准确位置的原因包括：电动机转动发生问题，传动装置问题。

（2）刀套无法夹紧刀具的主要原因是刀套中调节螺钉发生松脱，或者弹簧的弹力不够，导致无法卡紧;或者刀具超过规定重量。

（3）刀套上下无法到达准确位置的原因包括设备调节不准确或者加工误差较大导致拨叉地点不准确;限位开关安装不准确或者调节位置不当导致发送错误反馈信号。

2.2 换刀机械手故障

（1）出现无法夹紧刀具掉刀问题的原因包括卡紧爪弹簧力度不足;或者固定弹簧的螺母出现松脱;或者刀具超过规定重量;或者机械臂卡紧锁失效等。

（2）夹紧刀具后无法松开的原因是松锁装置弹簧过紧，导致卡爪无法缩回： 必须将螺母调松，确保最大负荷不能高于额定值。

（3）刀具交换过程中出现掉刀情况。换刀环节主轴箱未能准确转至换刀位置或者换刀位置出现异动，机械臂抓到尚未到位，就执行拔刀操作，这些情况都会造成换刀环节出现掉刀问题。出现此类问题必须调整主轴箱的位置，准确运转至换刀点，并据此重新设置换刀位置。

3 经济型数控车床自动换刀装置维修案例

数控车床中采用的刀架是数控机床中运用最多的一类自动换刀设备，本文的研究以方形刀架为对象，对其常见问题进行探究。

问题情况一：刀架无法锁紧。发生这类问题的原因主要包括控制电路问题或刀架内锁刀反靠定位销出现磨损，或者机床指标值中反锁时间设定过短、发信盘地点不正确等。

针对这种问题，处理方案包含下述几方面：一如果问题是因为系统反锁时间过短导致的，只需要重新设置系统反锁时间就能解决;二如果是锁紧装置问题，必须拆解刀架，调节机械装置，另外还需要检测反靠定位销是否发生故障;三如果是刀架强电控制组内控制电机反锁的接触装置发生问题，必须检测接触装置的线圈以及所有触电是否正常;四如果出现发讯盘位置错误故障，必须拆卸刀架的顶盖，转动并调节发讯盘地点，保证刀位停留至准确地点。

本文的研究以安装 FANUC 0i-TB 系统的数控车床为研究对象进行阐释。当结束换刀命令后，这一车床尽管可以对刀架进行正确定位，但是不能实现锁紧反转操作，并且不会发出报警信号，极大限制了机床的正常工作。基于此，首先从机械出现问题着手排查，针对这一现象，维修者拆开刀架中的主体，对反靠定位销进行检测，显示虽然定位销出现一定程度的磨损，但是不会对机床正常工作产生影响。只靠考虑到可能是发讯盘与磁钢对接的原因导致，拆卸刀架顶盖，对发询盘地点进行多次调解，未有任何效果。还考虑到也许是因为系统反锁时间设定过短所致，对反锁时间进行重新设定等操作，但是未能处理这一问题。最后对刀架控制电路实施检测，维修者还绘出了机床控制电路图，如图 3 所示，对其中的所有元器件展开全面检测，最后排查出是控制电机反转的接触器 KM6 线圈损毁，进而导致刀架出现不能反转锁紧的问题。问题解决：替换毁坏的电子元器件，解决了问题，机床重新正常工作。

问题情况二：无法执行换刀操作。如果发生这类问题，首先必须排查故障因素，推测问题发生于机械部分还是电气部分，详细的步骤是换刀过程中，以手接触电机，体会其有没有出现振动，进而判断电机有没有出现问题，如果排除了电机问题，那就是机械部分出现故障，一般是刀架内机械闭死或者毁坏等故障，解决方案是替换毁坏的零部件。

下面以安装 SAG210/2NC 系统的数控车床为对象进行分析。这一车床在实施换刀操作的过程中上刀架能够抬起但无法转动。与之匹配的刀架是常州制造的LD4 四工位电动方形刀架。按照刀架有关的工作机理进行研究，造成上刀体不能转动的主要原因是粗定位销卡死或者断裂在锥孔之中。面对这类问题，详细的解决方案是：拆卸电动机架，替换原有的定位销，之后恢复刀架的正常工作，问题就能解决。

结语

经济型数控机床对于自动换刀设备的要求不断提升。数控机床对于刀架的要求是控制效果好、刚性高、换刀操作耗时短、定位准确度高、安全性能好，并且还可以有效解决出现的问题。尽管我们对于换刀设备的过冲以及滞后问题有了相应的认识，但无法有效满足数控机床生产的需求，还需要展开深层次的探索，研发出准确度高、故障率低的高效换刀设备。

参考文献

[1]张鑫. 经济型数控车床自动换刀原理与维修[J]. 冶金管理，2020（11）：118+120.

[2]高泉. 数控车床自动换刀装置常见故障分析[J]. 科技展望，2015，25（026）：73.