自動換刀裝置是加工中心的重要執(zhí)行機(jī)構(gòu)，它的形式多種多樣，目前常見的有以下幾種。
1．回轉(zhuǎn)刀架換刀
數(shù)控機(jī)床使用的回轉(zhuǎn)刀架是最簡單的自動換刀裝置，有四方刀架、六角刀架，即在其上裝有四把、六把或更多的刀具。
回轉(zhuǎn)刀架必須具有良好的強(qiáng)度和剛度，以承受粗加工的切削力：同時(shí)要保證回轉(zhuǎn)刀架在每次轉(zhuǎn)位的重復(fù)定位精度。
圖1為數(shù)控車床六角回轉(zhuǎn)刀架，它適用于盤類零件的加工。在加工軸類零件時(shí)，可以用四方回轉(zhuǎn)刀架。由于兩者底部安裝尺寸相同，更換刀架十分方便。
圖1 數(shù)控車床六角回轉(zhuǎn)刀架
1－活塞 2－刀架體 3、7－齒輪 4－齒圈 5－空套齒輪
6－活塞 8－齒條 9－固定插銷 10、11－推桿 12－觸頭
回轉(zhuǎn)刀架的全部動作由液壓系統(tǒng)通過電磁換向閥和順序閥進(jìn)行控制，它的動作分為4個(gè)步驟：
(1)刀架抬起 當(dāng)數(shù)控裝置發(fā)出換刀指令后，壓力油由a孔進(jìn)入壓緊液壓缸的下腔，活塞1上升，刀架體2抬起，使定位用的活動插銷10與固定插銷9脫開。同時(shí)，活塞桿下端的端齒離合器與空套齒輪5結(jié)合。
(2)刀架轉(zhuǎn)位 當(dāng)?shù)都芴鸷螅瑝毫τ蛷腸孔進(jìn)入轉(zhuǎn)位液壓缸左腔，活塞6向右移動，通過聯(lián)接板帶動齒條8移動，使空套齒輪5作逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動。通過端齒離合器使刀架轉(zhuǎn)過60º?；钊男谐虘?yīng)等于齒輪5分度圓周長的1/6，并由限位開關(guān)控制。
(3)刀架壓緊 刀架轉(zhuǎn)位之后，壓力油從b孔進(jìn)入壓緊液壓缸上腔，活塞1帶動刀架體2下降。齒輪3的底盤上精確地安裝有6個(gè)帶斜楔的圓柱固定插銷9，利用活動插銷10消除定位銷與孔之間的間隙，實(shí)現(xiàn)反靠定位。刀架體2下降時(shí)，定位活動插銷10與另一個(gè)固定插銷9卡緊，同時(shí)齒輪3與齒圈4的錐面接觸，刀架在新的位置定位并夾緊。這時(shí)，端齒離合器與空套齒輪5脫開。
(4)轉(zhuǎn)位液壓缸復(fù)位 刀架壓緊之后，壓力油從d孔進(jìn)入轉(zhuǎn)位液壓缸的右腔，活塞6帶動齒條復(fù)位，由于此時(shí)端齒離合器已脫開，齒條帶動齒輪3在軸上空轉(zhuǎn)。
如果定位和夾緊動作正常，推桿11與相應(yīng)的觸頭12接觸，發(fā)出信號表示換刀過程已經(jīng)結(jié)束，可以繼續(xù)進(jìn)行切削加工。
回轉(zhuǎn)刀架除了采用液壓缸轉(zhuǎn)位和定位銷定位之外，還可以采用電動機(jī)帶動離合器定位，以及其他轉(zhuǎn)位和定位機(jī)構(gòu)。
2．更換主軸頭換刀
在帶有旋轉(zhuǎn)刀具的數(shù)控機(jī)床中，更換主軸頭是一種簡單換刀方式。主軸頭通常有臥式和立式兩種，而且常用轉(zhuǎn)塔的轉(zhuǎn)位來更換主軸頭，以實(shí)現(xiàn)自動換刀。在轉(zhuǎn)塔的各個(gè)主軸頭上，預(yù)先安裝有各工序所需的旋轉(zhuǎn)刀具。當(dāng)發(fā)出換刀指令時(shí)，各主軸頭依次地轉(zhuǎn)到加工位置，并接通主軸運(yùn)動，使相應(yīng)的主軸帶動刀具旋轉(zhuǎn)，而其他處于不加工位置上的主軸都與主運(yùn)動脫開。
圖8-18為臥式八軸轉(zhuǎn)塔頭。轉(zhuǎn)塔頭上徑向分布著八根結(jié)構(gòu)完全相同的主軸7，主軸的回轉(zhuǎn)運(yùn)動由齒輪12輸入。當(dāng)數(shù)控裝置發(fā)出換刀指令時(shí)，先通過液壓撥叉將移動齒輪3與齒輪12脫離嚙合，同時(shí)在中心液壓缸14的上腔通壓力油。由于活塞桿和活塞15固定在底座上，因此中心液壓缸14帶著由兩個(gè)推力軸承17和16支承的轉(zhuǎn)塔刀架體18抬起，離合器2和1脫離嚙合。然后壓力油進(jìn)入轉(zhuǎn)位液壓缸，推動活塞齒條，再經(jīng)過中間齒輪使大齒輪4與轉(zhuǎn)塔刀架體18一起回轉(zhuǎn)45º，將下一工序的主軸轉(zhuǎn)到工作位置。轉(zhuǎn)位結(jié)束后，壓力油進(jìn)入中心液壓缸14的下腔，使轉(zhuǎn)塔頭下降，離合器2和1重新嚙合，實(shí)現(xiàn)了精確的定位。在壓力油的作用下，轉(zhuǎn)塔頭被壓緊，轉(zhuǎn)位液壓缸退回原位。最后，通過液壓撥叉移動齒輪3，使它與新?lián)Q上的主軸齒輪12相嚙合。為了改善主軸結(jié)構(gòu)的裝配工藝性，整個(gè)主軸部件裝在套筒5內(nèi)，只要卸去螺釘10，就可以將整個(gè)部件抽出。主軸前軸承9采用錐孔雙列圓柱滾子軸承，調(diào)整時(shí)，先卸下端蓋6，然后擰緊螺母8，使內(nèi)環(huán)做軸向移動，以便消除軸承的徑向間隙。
為了便于卸出主軸錐孔內(nèi)的刀具，每根主軸都有操縱桿13，只要按壓操縱桿，就能通過斜面推動桿11，頂出刀具。
轉(zhuǎn)塔主軸頭的轉(zhuǎn)位、定位和壓緊方式與鼠齒盤式分度工作臺極為相似，但因?yàn)樵谵D(zhuǎn)塔上分布著許多回轉(zhuǎn)主軸部件，使結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜。
1、2一離合器 3、4、12一齒輪 5一套筒 6一端蓋 7一主軸 8一螺母
9、16、17一軸承 10一螺釘 1l一推動桿 13一操縱桿 14一液壓缸 15一活塞 18一轉(zhuǎn)塔刀架體
由于空間位置的限制，主軸部件的結(jié)構(gòu)不可能設(shè)計(jì)得十分堅(jiān)實(shí)，因而影響了主軸系統(tǒng)的剛度。為了保證主軸的剛度，主軸數(shù)目必須加以限制，否則將會使結(jié)構(gòu)尺寸大為增加。
轉(zhuǎn)塔主軸頭換刀方式的主要優(yōu)點(diǎn)在于省去了自動松夾、卸刀、裝刀、夾緊以及刀具搬運(yùn)等一系列復(fù)雜的操作。從而提高了換刀的可靠性，并顯著地縮短了換刀時(shí)間。但由于上述結(jié)構(gòu)上的原因，轉(zhuǎn)塔主軸頭通常只是用于工序較少、精度要求不太高的機(jī)床，例如數(shù)控鉆床等。
3．帶刀庫的自動換刀系統(tǒng)
帶刀庫的自動換刀系統(tǒng)由刀庫和刀具交換機(jī)構(gòu)組成。首先把加工過程中需要使用的全部刀具分別安裝在標(biāo)準(zhǔn)刀柄上，在機(jī)外進(jìn)行尺寸預(yù)調(diào)整后，按一定的方式放入刀庫中去。換刀時(shí)先在刀庫中進(jìn)行選刀，并由刀具交換裝置從刀庫和主軸上取出刀具，在進(jìn)行交換刀具之后，將新刀具裝入主軸，把舊刀具放回刀庫。存放刀具的刀庫具有較大的容量，它既可以安裝在主軸箱的側(cè)面或上方，也可作為單獨(dú)部件安裝到機(jī)床以外，并由搬運(yùn)裝置運(yùn)送刀具。
與轉(zhuǎn)塔主軸頭相比較，由于帶刀庫的自動換刀裝置數(shù)控機(jī)床主軸箱內(nèi)只有一個(gè)主軸，設(shè)計(jì)主軸部件就有可能充分增強(qiáng)它的剛度，因而能滿足精密加工的要求。另外，刀庫可以存放數(shù)量很大的刀具，因而能夠進(jìn)行復(fù)雜零件的多工序加工，這樣就明顯提高了機(jī)床的適應(yīng)性和加工效率。所以帶刀庫的自動換刀裝置特別適用于數(shù)控鉆床、數(shù)控銑床和數(shù)控鏜床。
刀庫是自動換刀裝置的主要部件，其容量、布局以及具體結(jié)構(gòu)對數(shù)控機(jī)床的設(shè)計(jì)有很大的影響。
根據(jù)刀庫所需要的容量和取刀的方式，可以將刀庫設(shè)計(jì)成多種形式。圖8-19列出了最常用的幾種。圖8-19a~d是單盤式刀庫，為適應(yīng)機(jī)床主軸的布局，刀庫的刀具軸線可以按不同的方向配置(如圖8-19a~c)，圖8-19d是刀具可作90º翻轉(zhuǎn)的圓盤刀庫，采用這種結(jié)構(gòu)能夠簡化取刀動作。單盤式刀庫的結(jié)構(gòu)簡單，刀庫的容量通常為15～30把，取刀比較方便，因此應(yīng)用最為廣泛。圖8-19e是鼓輪彈倉式(又稱刺猬式)刀庫，其結(jié)構(gòu)十分緊湊，在相同的空間內(nèi)，它的刀庫容量較大，但選刀和取刀的動作較復(fù)雜。圖8-19f是鏈?zhǔn)降稁?，其結(jié)構(gòu)有較大的靈活性，存放刀具的數(shù)量也較多，選刀和取刀動作十分簡單。當(dāng)鏈條較長時(shí)，可以增加支承鏈輪的數(shù)目，使鏈條折疊回繞，提高了空間的利用率。圖8-19g和8-19h分別為多盤式和格子式刀庫，它們雖然也具有結(jié)構(gòu)緊湊的特點(diǎn)，但選刀和取刀動作復(fù)雜，應(yīng)用較少。刀庫的容量一般為10~60，但隨著加工工藝的發(fā)展，目前刀庫的容量似乎有進(jìn)一步增大的趨勢。圖8-20為一龍門式加工中心采用的鏈?zhǔn)降稁鞂?shí)例，圖8-21為一立式加工中心的圓盤式刀庫實(shí)例。
8.4.3 刀具交換裝置
數(shù)控機(jī)床的刀具交換方式通常分為由刀庫與機(jī)床主軸的相對運(yùn)動實(shí)現(xiàn)刀具交換和采用機(jī)械手交換刀具兩類。刀具的交換方式和它們的具體結(jié)構(gòu)對機(jī)床的生產(chǎn)率和工作可靠性有直接的影響。
由刀庫與機(jī)床主軸的相對運(yùn)動實(shí)現(xiàn)刀具交換的裝置，在換刀時(shí)必須先將用過的刀具送回刀庫，然后再從刀庫中取出新刀具，這兩個(gè)動作不可能同時(shí)進(jìn)行，因此換刀時(shí)間長。如圖8-20所示的龍門加工中心，就是采用這類刀具交換方式的實(shí)例。它的選刀運(yùn)動由伺服電動機(jī)驅(qū)動鏈?zhǔn)降稁煨D(zhuǎn)來完成，換刀運(yùn)動由主軸箱沿y和z軸運(yùn)動來完成。
采用機(jī)械手進(jìn)行刀具交換的方式應(yīng)用最為廣泛，這是因?yàn)闄C(jī)械手換刀有很大的靈活性而且可以減少換刀時(shí)間。目前在加工中心上絕大多數(shù)都使用記憶式的任選換刀方式。這種方式能將刀具號和刀庫中的刀套位置(地址)對應(yīng)地記憶在數(shù)控系統(tǒng)的pc中，不論刀具放在哪個(gè)刀套內(nèi)都始終記憶著它的蹤跡。刀庫上裝有位置檢測裝置(一般與電動機(jī)裝在一起)，可以檢測出每個(gè)刀套的位置，這樣刀具就可以任意取出并送回。刀庫上還設(shè)有機(jī)械原點(diǎn)，使每次選刀時(shí)，就近選取，如對于盤式刀庫來說，每次選刀運(yùn)動或正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)不會超過180º。
圖8-22為凸輪機(jī)械手換刀結(jié)構(gòu)圖，圖8-23為凸輪機(jī)械手換刀動作實(shí)例。
刀庫及換刀機(jī)械手結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，且在工作中又頻繁運(yùn)動，所以故障率較高，目前機(jī)床上有50％以上的故障都與之有關(guān)。如刀庫運(yùn)動故障，定位誤差過大，機(jī)械手夾持刀柄不穩(wěn)定，機(jī)械手動作誤差過大等。這些故障最后都造成換刀動作卡位，整機(jī)停止工作。因此刀庫及換刀機(jī)械手的維護(hù)十分重要。
1．刀庫及換刀機(jī)械手的維護(hù)要點(diǎn)
1)嚴(yán)禁把超重、超長的刀具裝入刀庫，防止在機(jī)械手換刀時(shí)掉刀或刀具與工件、夾具等發(fā)生碰撞。
2)順序選刀方式必須注意刀具放置在刀庫中的順序要正確，其他選刀方式也要注意所換刀具是否與所需刀具一致，防止換錯(cuò)刀具導(dǎo)致事故發(fā)生。
3)用手動方式往刀庫上裝刀時(shí)，要確保裝到位，裝牢靠，并檢查刀座上的鎖緊裝置是否可靠。
4)經(jīng)常檢查刀庫的回零位置是否正確，檢查機(jī)床主軸回?fù)Q刀點(diǎn)位置是否到位，發(fā)現(xiàn)問題要及時(shí)調(diào)整，否則不能完成換刀動作。
5)要注意保持刀具刀柄和刀套的清潔。
6)開機(jī)時(shí)，應(yīng)先使刀庫和機(jī)械手空運(yùn)行，檢查各部分工作是否正常，特別是行程開關(guān)和電磁閥能否正常動作。檢查機(jī)械手液壓系統(tǒng)的壓力是否正常，刀具在機(jī)械手上鎖緊是否可靠，發(fā)現(xiàn)不正常時(shí)應(yīng)及時(shí)處理。
2．刀庫的故障
刀庫的主要故障有：刀庫不能轉(zhuǎn)動或轉(zhuǎn)動不到位；刀套不能夾緊刀具；刀套上下不到位等。
(1)刀庫不能轉(zhuǎn)動或轉(zhuǎn)動不到位 刀庫不能轉(zhuǎn)動的原因可能有：①聯(lián)接電動機(jī)軸與蝸桿軸的聯(lián)軸器松動；②變頻器故障，應(yīng)檢查變頻器的輸入、輸出電壓是否正常；③plc無控制輸出，可能是接口板中的繼電器失效；④機(jī)械連接過緊；⑤電網(wǎng)電壓過低。
刀庫轉(zhuǎn)不到位的原因可能有：電動機(jī)轉(zhuǎn)動故障，傳動機(jī)構(gòu)誤差。
(2)刀套不能夾緊刀具 原因可能是刀套上的調(diào)整螺釘松動，或彈簧太松，造成卡緊力不足；或刀具超重。
(3)刀套上下不到位 原因可能是裝置調(diào)整不當(dāng)或加工誤差過大而造成撥叉位置不正確；限位開關(guān)安裝不正確或調(diào)整不當(dāng)而造成反饋信號錯(cuò)誤。
3．換刀機(jī)械手故障
(1)刀具夾不緊掉刀 原因可能是卡緊爪彈簧壓力過??；或彈簧后面的螺母松動；或刀具超重；或機(jī)械手卡緊鎖不起作用等。
(2)刀具夾緊后松不開 原因可能是松鎖的彈簧壓合過緊，卡爪縮不回：應(yīng)調(diào)松螺母，使最大載荷不超過額定數(shù)值。
(3) 刀具交換時(shí)掉刀 換刀時(shí)主軸箱沒有回到換刀點(diǎn)或換刀點(diǎn)漂移，機(jī)械手抓刀時(shí)沒有到位，就開始拔刀，都會導(dǎo)致?lián)Q刀時(shí)掉刀。這時(shí)應(yīng)重新移動主軸箱，使其回到換刀點(diǎn)位置，重新設(shè)定換刀點(diǎn)。
二、 自動換刀裝置故障維修10例
1．機(jī)械手故障的維修
例1．故障現(xiàn)象：某加工中心采用凸輪機(jī)械手換刀，機(jī)械手結(jié)構(gòu)及換刀程序如圖2-22、圖2-23所示。換刀過程中，動作中斷，發(fā)出2035#報(bào)警，顯示內(nèi)容：機(jī)械手伸出故障。
分析及處理過程：根據(jù)報(bào)警內(nèi)容，機(jī)床是因?yàn)闊o法執(zhí)行下一步“從主軸和刀庫中拔出刀具”，而使換刀過程中斷并報(bào)警。
機(jī)械手未能伸出完成從主軸和刀庫中拔刀動作，產(chǎn)生故障的原因可能有：
(1)“松刀”感應(yīng)開關(guān)失靈 在換刀過程中，各動作的完成信號均由感應(yīng)開關(guān)發(fā)出，只有上一動作完成后才能進(jìn)行下一動作。第3步為“主軸松刀”，如果感應(yīng)開關(guān)未發(fā)信號，則機(jī)械手“拔刀”就不會動作。檢查兩感應(yīng)開關(guān)，信號正常。
(2)“松刀”電磁閥失靈 主軸的“松刀”，是由電磁閥接通液壓缸來完成的。如電磁閥失靈，則液壓缸未進(jìn)油，刀具就“松”不了。檢查主軸的“松刀”電磁閥動作均正常。
(3)“松刀”液壓缸因液壓系統(tǒng)壓力不夠或漏油而不動作，或行程不到位 檢查刀庫松刀液壓缸，動作正常，行程到位；打開主軸箱(圖8-2)后罩，檢查主軸松刀液壓缸，發(fā)現(xiàn)也已到達(dá)松刀位置，油壓也正常，液壓缸無漏油現(xiàn)象。
(4)機(jī)械手系統(tǒng)有問題，建立不起“拔刀”條件 其原因可能是：電動機(jī)控制電路有問題。檢查電動機(jī)控制電路系統(tǒng)正常。
(5)主軸系統(tǒng)有問題 主軸結(jié)構(gòu)示意圖如圖8-2所示。刀具是靠碟簧通過拉桿和彈簧卡頭而將刀具柄尾端的拉釘拉緊的；松刀時(shí)，液壓缸的活塞桿頂壓頂桿，頂桿通過空心螺釘推動拉桿，一方面使彈簧卡頭松開刀具的拉釘，另一方面又頂動拉釘，使刀具右移而在主軸錐孔中變“松”。
主軸系統(tǒng)不松刀的原因估計(jì)有以下4點(diǎn)：①刀具尾部拉釘?shù)拈L度不夠，致使液壓缸雖已運(yùn)動到位，而仍未將刀具頂“松”；②拉桿尾部空心螺釘位置起了變化，使液壓缸行程滿足不了“松刀”的要求；③頂桿出了問題，已變形或磨損；④彈簧卡頭出故障，不能張開：⑤主軸裝配調(diào)整時(shí)，刀具移動量調(diào)得太小，致使在使用過程中一些綜合因素導(dǎo)致不能滿足“松刀”條件。
處理方法：拆下“松刀”液壓缸，檢查發(fā)現(xiàn)：這一故障系制造裝配時(shí)，空心螺釘?shù)摹吧斐隽俊闭{(diào)整得太小，故“松刀”液壓缸行程到位，而刀具在主軸錐孔中“壓出”不夠，刀具無法取出。調(diào)整空心螺釘?shù)摹吧斐隽俊?，保證在主軸“松刀”液壓缸行程到位后，刀柄在主軸錐孔中的壓出量為0.4~0.5mm。經(jīng)以上調(diào)整后，故障排除。
例2．故障現(xiàn)象：jcs-018a立式加工中心(北京精密機(jī)床廠生產(chǎn))機(jī)械手失靈；手臂旋轉(zhuǎn)速度快慢不均，氣液轉(zhuǎn)換器失油頻率加快，機(jī)械手旋轉(zhuǎn)不到位，手臂升降不動作，或手臂復(fù)位不靈。調(diào)整sc-15節(jié)流閥配合手動調(diào)整，只能維持短時(shí)間正常運(yùn)行，且排氣聲音逐漸渾濁，不像正常動作時(shí)清晰，最后到不能換刀。
分析及處理過程：
1)手臂旋轉(zhuǎn)75º抓主軸和刀套上的刀具，必須到位抓牢，才能下降脫刀。動作到位后旋轉(zhuǎn)180º，換刀位置上升分別插刀，手臂再復(fù)位、刀套上。手臂75º、180º旋轉(zhuǎn)，其動力傳遞是壓縮空氣源推動氣液轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成液壓油由電控程序指令控制，其旋轉(zhuǎn)速度由sc-15節(jié)流閥調(diào)整；換向由5ed-ionl8f電磁閥控制。一般情況下，這些元器部件的壽命很長，可以排除這類元器件存在的問題。
2)因刀套上下和手臂上下是獨(dú)立的氣源推動，排氣也是獨(dú)立的消聲排氣口，所以不受手臂旋轉(zhuǎn)力傳遞的影響；但旋轉(zhuǎn)不到位時(shí)，手臂升降是不可能的。根據(jù)這一原理，著重檢查手臂旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)執(zhí)行元器件成為必要的工作。
3)觀察75º、180º手臂旋轉(zhuǎn)或不旋轉(zhuǎn)時(shí)液壓缸伸縮對應(yīng)氣液轉(zhuǎn)換各油標(biāo)升降、高低情況，發(fā)覺左右配對的氣液轉(zhuǎn)換器，左邊呈上限右邊就呈下極限，反之亦然，且公用的排氣口有較大量油液排出。分析氣液轉(zhuǎn)換器、尼龍管道均屬密閉安裝，所以此故障原因應(yīng)在執(zhí)行器件液壓缸上。
4)拆卸機(jī)械手液壓缸，解體檢查，發(fā)現(xiàn)活塞支承環(huán)o形圈均有直線性磨損，已不能密封。液壓缸內(nèi)壁粗糙，環(huán)狀刀紋明顯，精度太差。更換上北京精密機(jī)床廠生產(chǎn)的80缸筒，重裝調(diào)整后故障消失，正常運(yùn)行至今已7年，未再發(fā)生機(jī)械手換刀失靈故障。
例3．故障現(xiàn)象：某配套fanuc 11系統(tǒng)的bx-110p加工中心，jog方式時(shí)，機(jī)械手在取送刀具時(shí)，不能縮爪。機(jī)床在jog狀態(tài)下加工工件時(shí)，機(jī)械手將刀具從主刀庫中取出送入送刀盒中，不能縮爪，但卻不報(bào)警；將方式選擇到atc狀態(tài)，手動操作都正常。
分析及處理過程：經(jīng)查看梯型圖，原來是限位開關(guān)ls916并沒有壓合；調(diào)整限位開關(guān)位置后，機(jī)床恢復(fù)正常。但過一段時(shí)間后，再次出現(xiàn)此故障，檢查ls916并沒松動，但卻沒有壓合，由此懷疑機(jī)械手的液壓缸拉桿沒伸到位。經(jīng)查發(fā)現(xiàn)液壓缸拉桿頂端鎖緊螺母的緊定螺釘松動，使液壓缸伸縮的行程發(fā)生了變化；調(diào)整了鎖緊螺母并擰緊緊定螺釘后，此故障排除。
例4．換刀不到位的故障維修
故障現(xiàn)象：自動換刀時(shí)刀鏈運(yùn)轉(zhuǎn)不到位。當(dāng)進(jìn)行到自動換刀程序時(shí)，刀庫開始運(yùn)轉(zhuǎn)，但是所需要換的刀具沒有傳動到位，刀庫就停止運(yùn)轉(zhuǎn)了。3min后機(jī)床自動報(bào)警。
分析及處理過程：mpa-h100a加工中心是日本三菱公司廣島工機(jī)工廠生產(chǎn)，所配cnc系統(tǒng)為fanuc 6m-modelb，工作臺為1000mm×l000mm，60把刀具。由上述故障查報(bào)警知道是換刀時(shí)間超出。此時(shí)在mdi方式中，無論用手動輸入刀庫順時(shí)針旋轉(zhuǎn)還是逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)動作指令，刀庫均不動作。檢查電氣控制系統(tǒng)，沒有發(fā)現(xiàn)什么異常；plc輸出指示器上的發(fā)光二極管燃亮，表明plc有輸出，刀庫順時(shí)針和逆時(shí)針傳動電磁閥上的逆時(shí)針一側(cè)的發(fā)光二極管燃亮，表明電磁閥有電，此時(shí)刀庫不動作，那么問題應(yīng)該發(fā)生在液壓系統(tǒng)或者其他方面。但是液壓系統(tǒng)的壓力正常，各油路均暢通并無堵塞現(xiàn)象；檢查各個(gè)液壓閥的液壓器件也沒有發(fā)現(xiàn)什么問題，估計(jì)故障可能出在液壓馬達(dá)上。為此，拆除了防護(hù)罩，卸下了液壓馬達(dá)，能拆卸檢查的部位，都作了檢查，也沒有發(fā)現(xiàn)什么問題；后又將液壓馬達(dá)送到大連組合機(jī)床研究所去鑒定，其測試結(jié)論是液壓馬達(dá)是完好的。經(jīng)在場的同志們仔細(xì)分析研究后認(rèn)為，問題只能有一個(gè)，那就是機(jī)械方面的故障；但刀庫的各部位，各個(gè)零部件均無明顯的損傷痕跡，因此機(jī)械損壞故障可排除在外；最后問題歸結(jié)為一點(diǎn)，即刀庫負(fù)載太重，或者有阻滯的部位，以至液壓馬達(dá)帶不動所致。
事實(shí)上的確如此。我們在加工10t叉車箱體時(shí)，由于工件較復(fù)雜，加工面較多，所用刀具多達(dá)40多把，而且大的刀具，長的刀具(最長的刀具達(dá)550mm)，重的刀具(最重的刀具達(dá)25kg以上)用量都很大，而且我們忽略了刀具在刀庫上的分布情況，重而長的刀具在刀庫上沒有均勻分布，而是集中于一段，以至造成刀庫的鏈帶局部拉得太緊，變形較大，并且可能有阻滯現(xiàn)象，所以機(jī)床的液壓馬達(dá)帶不動。最后我們把刀庫鏈帶的可調(diào)部分稍松了一些，結(jié)果一切都恢復(fù)正常，說明問題的確是出在機(jī)械上。
注意：刀庫的鏈帶又不能調(diào)得太松，否則會有“飛刀”的危險(xiǎn)。有一次機(jī)械手在刀庫側(cè)抓刀時(shí)，當(dāng)把刀具拔出、然后上升、再進(jìn)行180º旋轉(zhuǎn)時(shí)，刀具突然被甩出，險(xiǎn)些釀成大禍。分析這起故障的原因，就是因?yàn)榈稁戽湈傻木壒?。該機(jī)床機(jī)械手的兩個(gè)卡爪是靠向下的推力而被刀柄的外徑向外擠開，然后靠彈簧的張力來夾緊刀具的。當(dāng)機(jī)械手向下抓刀時(shí)，由于鏈帶太松，鏈帶也隨著機(jī)械手向下的推力而向下拱曲，結(jié)果機(jī)械手的卡爪只抓住刀柄的一大半，并沒有完全抓靠、抓牢，當(dāng)機(jī)械手旋轉(zhuǎn)時(shí)，由于刀具很重，在離心力的作用下，刀具就沿切線方向甩出去。經(jīng)把鏈帶稍微緊了一下，就再也沒有發(fā)生類似情況。
維修體會：刀庫的驅(qū)動系統(tǒng)不外乎有兩類，一類是機(jī)械傳動，一類是液壓傳動。mpa-h100a加工中心是20世紀(jì)80年代初的產(chǎn)品，采用液壓傳動方式，即采用液壓馬達(dá)、電磁閥、流量控制閥等來驅(qū)動刀庫的運(yùn)轉(zhuǎn)。與采用變頻調(diào)速電動機(jī)驅(qū)動的刀庫相比，就其電氣控制系統(tǒng)而言，要簡單得多，也比較直觀，一般不容易出現(xiàn)故障。但它也會隨著設(shè)備的使用環(huán)境、加工條件、工件的復(fù)雜程度、所用刀具的多少而有所變化，尤其是刀具的長度、刀具的重量以及刀具在刀庫的分布情況，這些都是故障可能因素。
回轉(zhuǎn)刀架故障的維修
例5．故障現(xiàn)象：sag210/2nc數(shù)控車床刀架電動機(jī)起不動，刀架不能動作。
分析及處理過程：sag210/2nc及ckd6140及數(shù)控車床，與之配套的刀架為ld4-i四工位電動刀架。
分析該故障產(chǎn)生的原因，可能是電動機(jī)相序接反或電源電壓偏低，但調(diào)整電動機(jī)電樞線及電源電壓，故障不能排除。說明故障為機(jī)械原因所致。將電動機(jī)罩卸下，旋轉(zhuǎn)電動機(jī)風(fēng)葉，發(fā)現(xiàn)阻力過大。拿開電動機(jī)進(jìn)一步檢查發(fā)現(xiàn)，蝸桿軸承損壞，電動機(jī)軸與蝸桿離合器質(zhì)量差，使電動機(jī)出現(xiàn)阻力。
更換軸承，修復(fù)離合器后，故障排除。
例6．故障現(xiàn)象：sag210/2nc數(shù)控車床刀架的上刀體抬起但轉(zhuǎn)動不到位。
分析及處理過程：該車床所配套的刀架同上例。根據(jù)電動刀架的機(jī)械原理分析，上刀體不能轉(zhuǎn)動可能是粗定位銷在錐孔中卡死或斷裂。拆開電動刀架更換新的定位銷后，上刀體仍然不能旋轉(zhuǎn)到位。在重新拆卸時(shí)發(fā)現(xiàn)在裝配上刀體時(shí)，應(yīng)與下刀體的四邊對齊，而且齒牙盤必須嚙合，按上述要求裝配后，故障排除。
例7．故障現(xiàn)象：匈牙利een-400數(shù)控車床刀架定位不準(zhǔn)。
分析及處理過程：een-400數(shù)控車床是由匈牙利sein公司生產(chǎn)的，所配的刀架是由保加利亞生產(chǎn)的，可裝6把刀。經(jīng)查定位不準(zhǔn)的主要原因是刀架部分的機(jī)械磨損較嚴(yán)重，已不能通過常規(guī)的調(diào)整、刀補(bǔ)間隙補(bǔ)償?shù)仁侄蝸斫鉀Q，需考慮進(jìn)行整體更換。經(jīng)了解，國內(nèi)的數(shù)控刀架生產(chǎn)廠家已能生產(chǎn)相同性能的臥式6刀位刀架，作適當(dāng)?shù)奶幚?，就可以使用?br>以陜西省機(jī)械研究院生產(chǎn)的jyy臥式數(shù)控電動刀架更換了原刀架后，恢復(fù)了定位精度，經(jīng)使用一年多宋，一直正常。
例8．加工尺寸失控的故障維修
故障現(xiàn)象：南京jn系列數(shù)控系統(tǒng)加工尺寸不能控制。
分析及處理過程：該機(jī)床為采用南京江南機(jī)床數(shù)控工程公司的jn系列機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)而改造的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床，其刀架為ld4-i型電動刀架。
該機(jī)床在產(chǎn)品加工的過程中，發(fā)生其加工尺寸不能控制的現(xiàn)象，操作者每次在系統(tǒng)中修改參數(shù)后，數(shù)碼顯示器顯示的尺寸與實(shí)際加工出來的尺寸相差很大，且尺寸的變化無規(guī)律可尋，即使不修改系統(tǒng)的加工參數(shù)，加工出來的產(chǎn)品尺寸也在不停地變化。因該機(jī)床主要是進(jìn)行內(nèi)孔加工，因此尺寸的變化主要反應(yīng)在x軸上。為了確定故障部位，采用替換法，將x軸的驅(qū)動信號與z軸的驅(qū)動信號進(jìn)行交換，即用2軸控制信號去驅(qū)動x軸，而用x軸控制信號去驅(qū)動z軸。替換后故障依然存在，這說明x軸的驅(qū)動信號無故障，同時(shí)也說明故障源應(yīng)在x軸步進(jìn)電動機(jī)及其傳動機(jī)構(gòu)、滾珠絲杠等硬件上。
檢查上述傳動機(jī)構(gòu)、滾珠絲杠等硬件均無故障，進(jìn)一步檢查x軸軸向重復(fù)定位精度也在其技術(shù)指標(biāo)之內(nèi)。是何原因產(chǎn)生x軸加工尺寸不能控制呢?思考檢查分析故障的思路，發(fā)現(xiàn)在分析檢查中忽略了一個(gè)重要的部件——電動刀架。
檢查電動刀架的每一個(gè)刀號的重復(fù)定位精度，發(fā)現(xiàn)電動刀架定位不準(zhǔn)。分析電動刀架定位不準(zhǔn)的原因，若是電動刀架自身的機(jī)械定位不準(zhǔn)，故障應(yīng)該是固定不變的，不應(yīng)該出現(xiàn)加工尺寸不能控制的現(xiàn)象，定有其他的原因造成該故障現(xiàn)象。檢查電動刀架的轉(zhuǎn)動情況，發(fā)現(xiàn)電動刀架在抬起時(shí)，有一鐵屑卡在里面。鐵屑使定位不準(zhǔn)，這就是故障源。
拆開電動刀架，用壓縮空氣將電動刀架定位齒盤上的鐵屑吹干凈，重新裝配好電動刀架后，故障排除。
例．刀庫無法旋轉(zhuǎn)的故障維修
例9．故障現(xiàn)象：自動換刀時(shí)刀鏈運(yùn)轉(zhuǎn)不到位。當(dāng)進(jìn)行到自動換刀程序時(shí)，刀庫開始運(yùn)轉(zhuǎn)，但是所需要換的刀具沒有傳動到位，刀庫就停止運(yùn)轉(zhuǎn)了。3min后機(jī)床自動報(bào)警。
分析及處理過程：th42160龍門加工中心采用的鏈?zhǔn)降稁烊鐖D8-20所示，其配套的cnc系統(tǒng)為siemens 840d。
由上述故障查報(bào)警知道是換刀時(shí)間超出。此時(shí)在mdi方式中，無論用手動輸入刀庫順時(shí)針旋轉(zhuǎn)還是逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)動作指令，刀庫均不動作。檢查電氣控制系統(tǒng)，沒有發(fā)現(xiàn)什么異常；plc輸出指示器上的發(fā)光二極管燃亮，表明plc有輸出，那么問題應(yīng)該發(fā)生在機(jī)械傳動方面。估計(jì)故障可能出在減速器上。為此，拆除了防護(hù)罩，卸下了伺服電動機(jī)，拆開減速器，發(fā)現(xiàn)減速器內(nèi)一傳動軸上的聯(lián)接鍵脫落，致使動力傳動路線中斷，刀庫無法旋轉(zhuǎn)。修復(fù)減速器后，故障排除。
例10．故障現(xiàn)象：自動換刀時(shí)刀鏈運(yùn)轉(zhuǎn)不到位，刀庫就停止運(yùn)轉(zhuǎn)了，機(jī)床自動報(bào)警。
分析及處理過程：th42160龍門加工中心采用的鏈?zhǔn)降稁烊鐖D8-20所示，其配套的cnc系統(tǒng)為siemens 840d。
由上述故障查報(bào)警知道是刀庫伺服電動機(jī)過載。檢查電氣控制系統(tǒng)，沒有發(fā)現(xiàn)什么異常，問題應(yīng)該發(fā)生在機(jī)械傳動或其他方面：①刀庫鏈或減速器內(nèi)有異物卡?。孩诘稁戽溕系牡毒咛兀孩蹪櫥涣迹航?jīng)過檢查上述三項(xiàng)正常。卸下伺服電動機(jī)，發(fā)現(xiàn)伺服電動機(jī)內(nèi)部有許多切削液，致使線圈短路所致。觀察原因是電動機(jī)與減速器聯(lián)接處的密封圈磨損，從而導(dǎo)致切削液滲入電動機(jī)。更換密封圈和伺服電動機(jī)后，故障排除。