数控车床刀架原理

２０１３年８月　第４ｌ卷第１６期　机床与液压　ＭＡＣＨＩＮＥ　ＴＯＯＬ＆ＨＹＤＲＡＵＬＩＣＳ　Ａｕｇ．２０１３　Ｖｏ１．４１　Ｎｏ．１６　ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１—３８８１．２０１３．１６．０５９　ＣＫＡ６１５０数控车床刀架工作原理和典型故障分析　史并４娟　（北京工业职业技术学院机电系，北京１０００４２）　摘要：根据ＣＫＡ６１５０数控车床刀架换刀的工作原理，给出了它在使用过程中易出现的故障现象，系统分析了引起该故　障的原因，对从事数控机床故障诊断和维修的人员有一定的参考价值。　关键词：数控刀架；工作原理；故障分析　中图分类号：ＴＨ１７　文献标识码：Ｂ　文章编号：１００１—３８８１（２０１３）１６—１９１—２　数控机床是机电一体化技术的产物，它综合了机　械、电子、计算机和通信等先进的技术，结构复杂。　在机床使用过程中，会发生多种多样、各不相同的故　障，故障的类型按照发生故障的部位有数控装置的硬　件故障和软件故障、ＰＬＣ的硬件故障和软件故障、伺　服系统故障和机床主体部分故障；按照发生故障的类　型有机械故障和电气故障；按故障发生后有无报警显　示可以分为硬件报警显示、软件报警显示和无报警显　示等。当机床发生故障后进行故障原因分析时，发现　引起该故障的原因一般也都比较复杂，这给数控机床　的故障诊断和维修带来不少困难。　刀架在数控机床的运行过程中起着重要的作用，　若其出现故障，会给加工造成很大的影响；而且刀架　故障在数控车床故障中占有很大的比例。基于此，作　者以ＣＫＡ６１５０数控车床的四方刀架为例，对其工作　原理和常见故障进行分析。　１　ＣＫＡ６１５０刀架工作原理　ＣＫＡ６１５０数控车床所用刀架是四方刀架，其实　现换刀的过程主要由以下几个过程组成：　（１）换刀指令的输入和转换　通过控制面板或程序向数控系统输入换刀指令，　数控系统分析处理后经ＰＬＣ向控制刀架电机正转的　继电器、接触器发出指令；继电器接触器触点闭合，　刀架电机正转。这一部分主要是将输入的指令信号通　过数控系统和机床电气控制回路转换成刀架的旋转运　动。　（２）刀架正向转动的实现　电机的旋转运动通过涡轮、蜗杆、丝杠传动机构　带动刀架开始转动。　（３）刀架反向锁紧的实现　输出刀架反向运行或者说刀架正转什么时候结　束，是通过刀架上的霍尔元件将其到位信号传到数控　系统，数控系统接收到该信号后，向控制电机反转的　继电器、接触器发出控制信号，使其动作，实现电机　的反向运行，再通过电机的反向锁紧机械机构实现对　刀架的反向锁紧，电机反向运行的时间是由数控系统　的反向锁紧时间确定的。锁紧时间到后，控制其停止　运动。　刀架换刀过程还可以如图１所示。　回坌堑竺　－曩各蘸Ｉ　刀架电ｌ械装置　一刀架机　机转动卜—一　刀架转动　（ｂ）刀架反转　图Ｉ刀架换刀过程　分析刀架工作原理可以看出：换刀过程的实现需　要数控装置、机床电气控制回路和刀架机械机构的配　合共同完成，若某一部分有问题，都会造成刀架换刀　故障。也就是说，当出现故障时可能是某一方面的问　题，也可能是多方面的问题，需要仔细地进行故障的　分析和诊断。　２典型故障分析　（Ｉ）自动换刀不能正常进行　故障现象：当在控制面板中输人调刀指令控制刀　架进行换刀时，刀架没有动作。　故障分析：由前面工作原理可以看出，从控制面　板输入换刀指令到看到刀架的运动，需要数控车床的　收稿日期：２０１２—０６—２５　作者简介：史利娟（１９７５一），女，硕士，讲师，研究方向为机电一体化。Ｅ—ｍａｉｌ：ｓｌｊｚｃｈ＿２０００＠１２６．ｃｏｍ。

刀架原理简介

该装配图为螺旋升降式四方回转刀架，其工作原理见图：

图2-1 数控车床四工位刀架结构 1-直流伺服电动机；2-联轴器；3-蜗杆轴；4-蜗轮丝杠；5-刀架底座；6-粗定位盘；

7-刀架体；8-球头销；9-转为套；10-电刷座；11-发信号；12-螺母；

13、14-电刷；15-粗定位

图2-1所示为经济型数控机床常用方刀架结构，该刀架可以安装四把不同的刀具转位信

号有加工程序指定。其工作过程为：刀架抬起—刀架转位—刀架定位—夹紧刀架。

（1）刀架抬起

当数控装置发出换刀指令后，电动机1启动正常，通过套筒连轴器2使蜗杆轴3转动，

从而带动蜗轮丝杠4转动。刀架体7的内孔加工有螺纹，与蜗轮丝杠旋合，蜗轮与丝杠为整

体结构。蜗轮丝杠内孔与刀架中心轴式间隙配合，在转位换刀时，中心轴固定不动，蜗轮丝

杠绕中心轴旋转。当蜗轮开始转动时，由于刀架底座5和刀架体7上的端面齿处在啮合状态，

且蜗轮丝杠轴向固定，因此刀架体7抬起。

（2）刀架转位

当刀架体抬至一定距离后，刀架底座5和刀架体7的端面齿脱开，转位套9用销钉与

蜗轮丝杠4联接，随蜗轮丝杠一同转动，当端面齿完全脱开时转位套正好转过160°（如图

所示），球头销8在弹簧力的作用下进入转位套9的槽中，带动刀架体转位。

（3）刀架定位

刀架体7转动时带着电刷座10转动，当转到程序指定的刀号时，粗定位销15在弹簧

力的作用下进入粗定位盘6的槽中进行粗定位，同时电刷13接触导体使电动机1翻转。由

于粗定位槽的限制，刀架体7不能转动，使其在该位置垂直落下，刀架体7和刀架底座5

上的端面齿啮合实现精确定位。

（4）夹紧刀架

电动机继续反转，此时蜗轮停止转动，涡杆轴3自身转动，当两端面齿增加到一定夹

紧力时，电动机1停止转动。

译码装置由发信体13.14组成，电刷13负责发信号，电刷14负责位置判断当刀架定位

出现过位或不到位时，可松开螺母12，调好发信体11与电刷14的相对位置。

刀架故障实例分析

数控车床刀架常见故障维修

数控技术及数控机床的应用，成功地解决了某些形状复杂，一致性要求高的中、小批零件的自动化问题，这不仅大大提高了生产效率和加工精度，还减轻了工人的劳动强度，缩短了生产准备周期。但是，在数控车床使用过程中，数控车床难免会出现各种故障，所以故障的维修就成了数控车床使用者最关键的问题。一方面销售公司售后服务不能得到及时保证，另一方面掌握一些维修技术可以快速判断故障所在，缩短维修时间，让设备尽快运转起来。在日常故障中，我们经常遇见的是刀架类、主轴类、螺纹加工类、系统显示类、驱动类、通信类等故障。而刀架故障在其中占有很大比例。在这里，分类介绍一下日常工作中遇见的四工位电动刀架各类故障及相应地解决方法，希望能给大家提供一些有益的借鉴。所用数控系统是广州数控设备有限公司所生产的gsk系列车床数控系统。中国国际模具网

故障现象一：电动刀架锁不紧 中国国际模具网

故障原因 处理方法 中国国际模具网

①发信盘位置没对正 :拆开刀架的顶盖，旋动并调整发信盘位置，使刀架的霍尔元件对准磁钢，使刀位停在准确位置。 中国国际模具网

②系统反锁时间不够长:调整系统反锁时间参数即可（新刀架反锁时间ｔ＝１.2ｓ即可）。 中国国际模具网

③机械锁紧机构故障 :拆开刀架，调整机械，并检查定位销是否折断。中国国际模具网

故障现象二：电动刀架某一位刀号转不停，其余刀位可以转动 中国国际模具网

故障原因 处理方法 中国国际模具网

①此位刀的霍尔元件损坏:确认是哪个刀位使刀架转不停，在系统上输入指令转动该刀位，用万用表量该刀位信号触点对+24v触点是否有电压变化，若无变化，可判定为该位刀霍尔元件损坏，更换发信盘或霍尔元件。 中国国际模具网

②此刀位信号线断路，造成系统无法检测到位信号:检查该刀位信号与系统的连线是否存在断路，正确连接即可。 中国国际模具网

③系统的刀位信号接收电路有问题:当确定该刀位霍尔元件没问题，以及该刀位信号与系统的连线也没问题的情况下更换主板。

教学设计（讲稿）

教师姓名 王建华 授课班级

授课形式 实验

授课日期 年 月 日 第 周

授课时数 2

授课内容

任务3.3 现场认识数控车床刀架控制

3.3.1数控车床刀架的工作原理和换刀过程

3.3.2 数控车床刀架的常见故障分析

教学目标

知识目标

1、了解数控车床刀架的换刀过程；

2、掌握数控车床刀架控制原理；

能力目标

1、能用数控车床刀架的换刀过程来分析刀架转个不停的故障；

2、能用数控车床刀架的换刀过程来分析刀架不转的故障；

思想目标

1、培养学生的合作意识

教学重点 1、数控车床刀架控制原理

2、刀架转个不停的故障分析

3、刀架不转的故障分析

教学难点

1、数控车床的换刀过程

更新、补充、删节内容

使用教具

数控维修实验台

课外作业

故障：选择了目标刀位，按下刀位转换按钮以后，电动刀架不转。

课后总结

教学内容与设计

【上课思路】

1、先观察刀架换刀过程，复习“刀架抬起-刀架旋转-刀架定位-刀架夹紧”的机械结构原理。

2、再观察模拟刀架的换刀过程，认识霍尔元件以及换刀电路。

3、教师提出两个故障，

（1）换刀后，刀架不停旋转，

（2）换刀后，刀架电机不转

故障模拟，刀架电机不停旋转，学生分组讨论并讲解，教师点评。

故障模拟，刀架电机不转，布给学生的作业。

【引入】

数控机床使用的回转刀架是比较简单的自动换刀装置，常用的类型有四方刀架、六角刀架，即在其上装有四把、六把或更多的刀具。

【本次课的任务】

一、数控车床刀架的工作原理

1、先观察刀架换刀过程，复习“刀架抬起-刀架旋转-刀架定位-刀架夹紧”的机械结构原理。

注意：实际刀架与模拟刀架可以通过钮子开关选择。

2、再观察模拟刀架的换刀过程，认识霍尔元件以及换刀电路。

（1）刀架正反转控制电路

KA5和KA6是由谁控制的？PLC的地址是多少？

模拟刀架正反控制用的是接触器还是中间继电器？电压是多少？