經濟型數控車床自動換刀原理與維修
2022-5-12 來源：山東華宇工學院 作者：趙宏霞
摘要：目的：保證經濟型數控車床運行的穩定性，要優化自動換刀裝置的運行效果，維持運行作業效率質量。方法：在明確經濟型數控車床自動換刀原理的同時，針對可能存在的問題予以預警分析，并及時落實維修處理工作，依據故障查找、故障原因分析、故障維修排除、檢測運行的流程完善相關維修工作，并對回轉刀架換刀、更換主軸頭換刀、帶刀庫自動換刀系統予以集中分析，了解容量、布局以及具體結構對數控車床自動換刀工作產生的影響，全面分析和明確具體的換刀流程。結論：為后續全面提高維護養護水平提供保障，充分發揮數控車床應用優勢，提高經濟型數控車床的實際應用效率。
關鍵詞：經濟型數控車床；自動換刀；原理；維修
在經濟型數控車床應用管理過程中，要維持自動換刀裝置定位的準確性，確保能貼合換刀時間短、剛性強的實際應用標準，避免故障問題對應用效率產生的影響，則需打造良好的設備應用環境。目前，中小企業中，經濟型數控車床的應用范圍較廣，為保證其應用效果，就需及時排除故障。另外數控系統中電子器件的
性能和壽命離散性較高，利用電氣控制必然會存在應用隱患，所以須及時檢索故障原因。
1、經濟型數控車床自動換刀原理和具體操作
1.1 基本原理
電動刀架的基本工作原理如下：系統在獲取指令后發出對應的換刀信號，從而配合相應的處理工序對繼電器予以控制，實現電機正轉，借助渦輪元件、蝸桿遠近及螺桿遠近將銷盤直接推動到指定高度，此時離合銷就會進入離合盤槽，帶動歐承重實現上刀位的轉位處理。到達刀位后，霍爾元件發出信號，電動機自動反轉，此時，反靠銷進入盤槽，刀架就能進行基礎的粗定位處理，利用銷盤下降的指令處理方式，確保端齒匹配度合理，實現精準定位。
與此同時，在刀架換刀應用工序中，還要借助強電回路控制、交流回路控制和信號回路控制基礎單位完成電氣控制。常規化的四工位刀架要借助機床PLC實現換刀處理，匹配 I/O 信號進行邏輯處理計算分析，完成順序控制。
1.2 具體操作
1.2.1 回轉刀架換刀操作
回轉刀架應用處理過程中，因其本身具有較好的強度和剛度，故才能承受粗加工產生的切削力，為滿足重復定位的精度，要按照標準流程完成相應操作。
（1）抬起刀架。在數控裝置獲取對應換刀指令后，壓力油會從入孔直接進入壓緊液壓缸的下腔，形成初始指令應用模式，對應的活塞上升，刀架體隨之抬起，此時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合作用，完成初始工作內容。
（2）刀架完成轉位處理。刀架抬起操作結束后，壓力油進入轉位液壓缸，活塞隨之移動，借助連接板帶動齒輪產生對應方向的移動，空套齒輪形成逆時針轉動模式，借助端齒離合器將刀架旋轉到固定角度。此時，活塞的整個行程軌跡一般是齒輪周長的1/6，配合限位開關建立對應的控制方案。
（3）刀架壓緊處理。轉位操作結束后，壓力油進入壓緊液壓缸上腔，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，配合活動插銷在最大程度上消除定位銷和孔之間產生的間隙，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）建立轉為液壓缸復位處理。刀架壓緊操作結束后，壓力油從孔直接進入轉位液壓缸腔體，此時活塞會直接借助壓力產生的風量帶動齒條完成復位操作，因端齒離合器本身已處于脫開狀態，所以齒條會直接帶動齒輪完成空轉。若是定位和夾緊操作均滿足動作要求和指令標準，則推桿和觸頭就能形成良性接觸，就會直接發送換刀結束信號，整個經濟型數控車床就能繼續完成匹配的切削加工操作。
1.2.2 更換主軸頭換刀操作
針對具有旋轉刀具的數控機床，有效進行主軸頭更換能在提升操作效率的同時，還可以借助自動換刀優化工作準確性和規范性。一般而言，磚塔的不同主軸頭位置要預先安裝匹配不同工序的旋轉刀具，在系統接收到對應換刀指令后，主軸頭就會依次旋轉到加工的具體位置，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，避免出現誤操作。
另外，因為空間位置存在一定限制，因此主軸部位的結構一般采取靈活運動模式，這就會對主軸系統的剛度有一定影響，要提升主軸的剛度水平，則要限制主軸的實際應用數量，避免結構尺寸增大產生的不穩定性因素。更換主軸頭處理方案最大的優勢在于能有效減少卸刀、裝刀等操作產生的偏差，維護應用可靠性合規發行，減少換刀時間。
1.2.3 帶刀庫自動換刀系統處理模式
在加工的同時將刀具安裝在標準刀柄位置，并調整尺寸，按照標準方式完成刀庫吹工序，維持主軸應用的合理性，滿足精密加工的基本要求。這種處理方式使刀庫能存放一定數量刀具，符合工序加工的應用要求，也能提升機床的加工時效性，更適用于數控鉆床、數控銑床等自動換刀裝置處理工序中。
2、經濟型數控車床自動換刀維修流程
2.1 故障查找
為保證維修效果，在發現電路故障后須及時進行對應位置的查找，從而維持綜合維修處理的效果，一般是從電路故障和機械故障兩個方面予以分析。
2.1.1 電路故障查找
（1）確定刀架的具體換刀位置，若換刀位置準確，就直接啟動后續的換刀操作指令，然后開始相應的檢查工作。若刀架位置不準確，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確性產生影響。
（2）打開刀架蓋，結合實際應用規范分析刀架內部的開關位置，多數設備都會在四個角設置霍爾開關，觀察對應位置的準確性。
（3）關閉蓋子，開啟經濟型數控車床，進行試運行，觀察運行效果。若車床存在過沖或滯后運行問題，需集中開展故障分析。若開關位置和故障問題無關聯，就說明故障問題不是電路產生的。
2.1.2 機械故障查找
若要判斷數控車床自動換刀裝置是否存在機械故障問題，需先進行拆卸分析，由于自動刀架應用內螺旋結構完成傳動處理，因此卸載時要注意：一般以自上而下的方式完成拆卸，觀察霍爾開關位置是否存在改變或松動；并觀察線頭、斷頭等位置，標記好后完成記錄。另外，要依據操作規程插入蝸桿端頭進行順時針旋轉檢測，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，操作人員要統計確認換刀裝置的檢測結果，尤其是端面齒板的磨損狀態，避免過沖或滯后等問題對自動換刀維修裝置產生影響。
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，然后才能落實相匹配的故障處理方案。
第一，檢查定位銷，確認位置，并測量銷孔，一般是提起刀架后測定機械位置和機械距離。
第二，刀架抬起后，設備中銷釘的后端會受到彈簧的推力，內控長度隨之縮減，形成彎曲狀態。若阻力增加，則會造成刀架超調亦或是刀架操作滯后。
2.3 故障維修排除
判定相應問題后，就要制定對應的處理措施。本論述主要以機械故障維修排除為例，一般要及時更換圓柱銷，確保定位的準確性。在應用過程中，圓柱銷在孔內實現滑動操作，方向為自上而下，只有保證其耐磨性、韌性和強度，才能保證應用過程合理性。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，實現裝配工作和后處理工作。
另外，要對刀架渦輪蝸桿機構予以修復，確保精準定位的同時，修復后及時添涂紅丹粉，形成保護機理。要將蝸桿和渦輪拆卸后修復具體結構，確保維修應用的最優化。
在數控車床應用管理中，傳感器問題、接口問題、電源故障問題等較為常見，利用新型技術體系配合數控原理分析，就能提升故障維修的效率，從而減少故障產生的經濟損失。
2.4 檢測試行
在完成自動刀架裝配工作后，要對其進行精密性檢測，以保證能及時分析刀架定位的精度。
（1）換刀操作中，要對4個基礎刀位進行依次換刀，觀察重復換刀動作的連貫性，并及時觀測盤式刀庫中相應刀片的情況，記錄數據，有效調整刀片位置。
（2）利用小車天梯軸程序進行試運行分析，完成基礎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。
（3）操作人員要借助 50 mm 量規和千分表進行標準長度的測定和分析，圓度誤差為0.001 mm、重復定位精度為0.001 mm～0.002 mm。
3、案例
案例1：以西門子802S系數控車床為例，程序從運行狀態切換到換刀指令過程中出現運轉停止狀態，不能繼續后續操作。此時，要對數控系統指令操作予以存在異常。所以，及時調整電源的兩相結構，數控機床恢復正常運行。
案例2：某焊礦機械廠采用 CKD6163 系數控車床，執行換刀操作后，電機實現了正向旋轉，但是旋轉出現連續不停的問題。維修人員利用重新編程的方式更其他刀具發現問題消失，則判定是刀具問題，將刀位手動停在故障位后，檢查發現存在高電平問題，說明對應的霍爾元件出現損壞，更換霍爾元件后，整體車床運行恢復正常。
4、結束語
經濟型數控車床的應用范圍在不斷擴大，為維持其應用水平，需整合具體的應用要求，對質量和性能予以關注，滿足安全性能高和定位準確的要求，優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境，優化數控車床的水平，實現經濟效益、社會效益的共贏。
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