数控机床刀架最新故障诊断

第一章概述1.1引言制造业是一个国家或地区经济发展的重要支柱，其发展水平标志着该国或地区经济的实力，科技水平，生活水准和国防实力。

国际市场的竞争归根到底是各国制造生产能力及机械制造装备的竞争。

自从20世纪60年代世界上第一台数控机床问世以来，随着计算机技术、微电子技术、现代控制技术、传感检测技术、信息处理技术、网络通信技术和机械制造技术等各相关领域的发展，数控技术已成为现代先进制造系统(FMS，CIMS 等)中不可缺少的基础技术。

由于机床数控系统技术复杂，种类繁多。

现在数控机床的“使用难、维修难”问题，已经是影响数控机床有效利用的首要问题。

工业发达国家都非常注重机械制造业的发展，为了用先进技术和工艺装备制造业，机械制造装备工业得到先发展。

对比之下，我国目前机械制造业的装备水平还比较落后，表现在大部分工厂的机械制造装备基本上是通用机床加专用工艺装备，数控机床在机械制造装备中的比重还非常低，导致“刚性”强,更新产品速度慢，生产批量不宜太小，生产品种不宜过多；自动化程度基本上还是“一个工人，一把刀，一台机床”，导致劳动生产率低下，产品质量不稳定。

在数控加工过程中，有时会出现各种设备故障，比如刀架类，主轴类，伺服类等等，其中，刀架故障占了很大一部分。

如果故障得不到及时排除的话，会影响加工效率及经济效益，所以，作为一名数控车床的操作者，掌握一定的故障排除手段是很有必要的，考虑到目前我国普遍使用的是经济型通用机床，在这里一常见的可转位刀架为例，分析一下常见的故障现象及排除手段，大家可以联系自身实际情况作参考使用。

第二章常见刀架故障分析及排除2.1.1 四方刀架换刀工作步骤（1）刀架抬起当换刀指令发出后，刀架电机正转，通过蜗杆连轴器带动涡轮丝杠转动，刀架体内孔有螺纹，与涡轮丝杠旋合。

涡轮丝杠内孔与刀架中心轴是动配合，在转位换刀时，中心轴固定不动，涡轮丝杠环绕中心轴旋转。

由于刀架底座和刀架体啮合，且涡轮丝杠轴向固定，这时刀架抬起。

（2）刀架换刀当刀架体抬至一定距离后，端面齿脱开。

转位套用销钉与涡轮丝杠连接，随涡轮丝杠一同转动，当端面齿完全脱开，转位套正好转过160°，球头销在弹簧作用下进入转位套的槽中，带动刀架体转位。

（3）刀架定位刀架体转动时带动电刷座一起转动，当转到程序指定的刀号时，定位销在弹簧作用下进入粗定位盘的槽中进行粗定位，同时电刷接触导面使电机反转，由于粗定位槽的限制，刀架体不能转动，使其在该位置垂直落下，刀架体和刀架底座上的端面齿啮合实现精确定位。

（4）刀架锁紧刀架电机继续反转，此时涡轮停止转动，蜗杆继续转动，随加紧力增加，转矩不断增大，达到一定值时，在传感器的控制下，电机停止转动，刀架锁紧。

2.1.2带刀库的自动换刀系统带刀库的自动换刀系统由刀库和刀具交换机构组成。

首先把加工过程中需要的全部刀具分别安装在标准刀柄上，在机外进行尺寸预调整后，按一定的方式放到刀库中去。

换刀时先在刀库中选刀，并由刀具交换装置从刀库和主轴上取出刀具，在进行交换刀具后，将新刀装入主轴，把旧刀放回刀库。

存放刀具的刀库具有较大的容量，它既可以安装在主轴箱的侧面或上方，也可以作为单独部件安装到机床外，并由搬运装置运送刀具。

与转塔主轴头相比较，由于带刀库的自动换刀装置数控机床主轴箱内只有一个主轴，设计主轴部件就有可能充分加强它的刚度，因而能满足精密加工的要求。

另外，刀库可以存放数量很大的刀具，因而能进行复杂零件的多工序加工，这样就明显提高了机床的适应性和加工效率。

所以带刀库的自动换刀装置特别适用于数控钻床、数控铣床和数控镗床。

刀库是自动换刀装置的主要部件，其容量、布局以及结构对数控机床的设计有很大的影响。

根据刀库所需要的容量和取刀方式，可以将刀库设计成多种样式。

以下列出了几种。

一单盘式刀库，为适应机床主轴的布局，刀库的刀具轴线可以按不同的方向配置。

二是刀具可做90°翻转的圆盘刀库，采用这种结构能够简化取刀动作，刀库容量通常为15~30把，因取刀方便，所以应用最为广泛。

三是鼓轮弹仓式刀库，其结构十分紧凑，在相同的空间内，它的容量较大，但取刀较复杂。

四是链式刀库，其结构有较大的灵活性，存放刀具数量也较多，选刀和取刀动作十分简单。

当链条较长时，可以增加支承链轮的数目，使链条折叠回绕，提高了空间利用率。

2.1.3 刀具交换装置数控机床的刀具交换方式通常分为有刀库与机床主轴的相对运动实现刀具交换和采用机械手交换刀具两类。

刀具的交换方式和它们的具体结构对机床的生产率和工作可靠性有直接影响。

由刀库与机床主轴的相对运动实现换刀的装置，在换刀换刀时必须先将用过的刀具送回刀库，然后再从刀库中取出新刀具，两个动作不能同时进行，因此换刀时间长。

采用机械手换刀的方式应用最为广泛，这是因为机械手换刀有很大的灵活性而且可以减少换刀时间。

目前在加工中心上绝大多数都使用记忆式的任选换刀方式。

这种方式能将刀具号和刀库中的刀套位置对应的记忆在数控系统的PLC中，不论刀具放在哪个刀套内都始终记忆着它的轨迹。

刀库上装有位置检测装置，可以检测出每个刀套的位置，这样刀具就可以任意取出并送回。

刀库上爱设有机械原点使每次选刀时，就近选取，如对于盘式刀库来说，每次选刀运动角度都不会超过180°。

2.2.1 刀架、刀库及换刀常见故障：1.刀架刀位转不停故障原因处理方法3.刀架不转5.刀架某一刀位转不停，其余刀位正常6.输入刀号能转，但直接按换刀键刀架不转第三章典型的刀架故障实例分析3.1加工中心刀架故障实例分析例1：某加工中心采用凸轮机械手换刀，机械手换刀过程中，动作中断，发出报警，显示内容为：机械手伸出故障。

分析及处理：根据报警内容，机床是因为无法进行下一步“从主轴和刀库中拔出刀具”，而使换刀过程中断并报警。

机械手未能伸出完成从主轴和刀库中拔刀动作，其原因可能有：（1）松刀感应开关失灵在换刀过程中，各动作的完成信号均由感应开关发出，只有上一动作完成后菜能进行下一动作。

第三步为“主轴松刀”，如果感应开关未发信号，则机械手“拔刀”就不会动作。

检查两感应开关，信号正常。

（2）松刀电磁阀失灵主轴的松刀，是由电磁阀接通液压缸来完成的。

如电磁阀失灵，主轴就无法松刀。

检查主轴松刀电磁阀动作正常。

（3）松刀液压缸因液压系统压力不够或漏油而不动作，或行程不到位。

检查液压缸，动作正常，行程到位，油压正常，无漏油现象。

（4）机械手系统有问题建立不起“拔刀”条件，其原因可能是电动机控制电路有问题。

检查电动机控制电路系统正常。

（5）主轴系统有问题刀具是靠碟簧通过拉杆和弹簧卡头而将刀具柄尾端的拉钉拉紧的；松刀时，液压缸的活塞杆顶压顶杆，顶杆通过空心螺钉推动拉杆，一方面使弹簧卡头松开刀具的拉钉，另一方面又顶动拉钉，使刀具右移而在主轴锥孔中不变松。

主轴系统不松刀的原因估计有以下几点：①刀具尾部拉钉长度不够，致使液压缸虽已到位，而仍未将当道具顶松；②拉杆尾部空心钉位置其了变化，使液压缸行程满足不了松刀要求；③顶杆出了问题，已变形或磨损；④弹簧卡头出故障，不能张开；⑤主轴装配时，刀具移动量调的太小，致使在使用中的一些综合因素不能满足松刀条件。

处理方法：拆下松刀液压缸，检查发现，这一故障系装配时，空心钉的伸出量调整的太小，故液压缸行程到位后，刀具在主轴锥孔中的压力不够，刀具无法取出。

调整空心螺钉的伸出量，保证液压缸到位后，刀柄在主轴锥孔中的压出量为0.4~0.4mm。

经以上调整，故障排除。

例2：一加工中心使用一段时间后出现换刀故障，刀插入主轴刀孔时，发生了错位，机床上无任何报警。

故障分析：在对机床进行了仔细的观察后，发现造成刀具插入错位是因为主轴定向后又偏移了原来的位置，在使用手动方式检查主轴定向发现：主轴在定向完成后位置是正确的，当用手动一下主轴后，主轴会慢慢的向使力的相反方向转动一小段距离，逆时针旋转时在定向完成后只转一点，再力向顺时针旋转后能返回到原来的位置，为了确认电气部分是否正常，在主轴定向后检查了有关的信号均正常，由于定向控制是通过编码器进行检测的，因此对编码器产生了怀疑，。

对该部分的电气和机械连接进行了检查，当将主轴的编码器拆开后即发现编码器上的连轴器止退螺钉松动且已经向后移。

因而出现工作时编码器与检测齿轮不能同步，使主轴的定向位置不准，造成了换刀错位故障。

3.2四方刀架故障实例分析例1:配套某系统的数控车床，开机时发现，当机床进行换刀动作时，主轴也随之转动。

分析与处理过程：由于该机床采用的是安川变频器控制主轴，主轴转速是通过系统输出的模拟电压控制的。

根据以往的经验，安川变频器对输入信号的干扰比较敏感，因此初步确认故障原因与线路有关。

为了确认，再次检查了机床的主轴驱动器、刀架控制的原理图与实际接线，可以判定在线路连接、控制上两者相互独立，不存在相互影响。

进一步检查变频器的输入模拟量屏蔽电缆布线与屏蔽线连接，发现该电缆的布线位置与屏蔽线均不合理，将电缆重新布线并对屏蔽线进行重新连接后，故障消失。

例2：一台四刀位数控车床，发生一号刀位找不到，其它刀位能正常换刀的现象。

故障分析：由于只有一号刀找不到刀位，可以排除机械传动方面的问题，确定是电气方面的故障。

可能是该刀位周围的霍尔元件及其周围线路出现问题，导致该工位信号不能输送给PLC。

对照电路图利用万用表检查后发现：1好刀位霍尔元件的 24V供电正常，，GND线路为正常，T1信号线正常，因此可以判定是霍尔元件损坏导致该刀位信号无法发出。

解决办法：更换新的霍尔元件后故障排除，一号刀位找到。