1、 学院 毕业设计 题目： 数控车床刀架的故障分析及排除 学生姓名： 学 号： 09 57 专 业： 数控技术 指导教师： 2011 年 11 月 25 日 1 数控刀架的故障分析与排除 摘要 数控车床在使用过程中，我们常见的故障有刀架类、主轴类、螺纹加工类、系统显示类、驱动类、 通信类等故障，其中刀架故障占很大比例。故障后机床暂时不能使用，这就造成了在时间上的人力、物力等资源的浪费。假如我们能对其进行一些基本的维修，就可以节约成本，节约时间，创造一定的经济效益。此次对刀架的维修时间较短，且维修过程也涉及到了刀架的其他原因，为以后的刀架维修奠定了基础。 数控车床在使用过程中，常常出现的是撞刀事件
2、。主要以数控车床在教学过程中撞刀引发的刀架故障为据，分析刀架结构原理，进行故障分析及故障处理，排除故障后装配调试四大方面来论述。通过阐述数控车床刀架的结构，以其机械原理来分析故障原因、判定故障 部位、最后进行排除及装配调试成功。 虽然刀架结构、尺寸各异，均有所不同，但无论是哪一类刀架，故障原因大多雷同，维修方法也可以互相参考。为此，及时排除刀架故障，懂得部分维修手段是必然性的。了解刀架结构，认识其机械原理，才能快速判定故障所在。所以，研究刀架故障分析与排除是很有必要的。 关键词： 刀架故障； 故障原因； 排除故障； 故障处理 2 目录 第一章 概述 .3 1.1 引言 .3 第二章 常见刀架工
3、作原理及工作步骤 .4 2.1 刀架工作原 .4 2.2 四方刀架换刀工作步骤 .4 2.3 六角刀架换刀工作步骤 .5 2.4 更换主轴头换刀 .7 2.5 带刀库的自动换刀系统 .9 2.6 刀架交换装置 .9 第三章 刀架、刀库及换刀常见故障及排除 .11 3.1 刀架、刀库及换刀常见故障及排除 .11 3.2 熟悉报警提示信息含义，解决刀架系统故障 .17 3.3 领会 PMC 程序和系统参数的内涵，找出刀架控制故障 .17第四章 典型的刀架故障实例分析 .19 4.1 加工中心刀架故障实例分析 .19 4.2 六角刀架故障分析实例 .19 4.3 四方刀架故障实例分析 .20结论 .
4、21 致谢 .22 参考文献 .23 3 附录 .24 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生产能力及机械制造装备的竞争。 20 世纪中期，随着电子技术的发展，自动信息处理、数据处理以及电子计算机的出现，给自动化技术带来了新的概念，用数字化信号对机床运动及其加工过程进行控制，推动了机床自动化的发展。 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
5、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，刀架类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，所以作为一名数控机床的操纵者，掌握一定的故障排除手段是很有必要的。 4 第二章 常见刀架故障分析及排除 2.1 刀架工作原理 想要排除刀架故障， 我们首先必须要先了解刀架的工作原理。 需要换刀时，控制系统发出刀架转位信号，三相异步电机正向旋转，通过蜗杆副带动螺杆正向转动，与螺杆配合的上刀体逐渐抬起，上刀体与下刀体之
6、间的端面齿慢慢脱开；与此同时，上盖圆盘也随着螺杆正向转动（上盖圆盘 1 通过圆柱销与螺杆联接），当转过约 270时，上盖圆盘直槽的另一端转到圆柱销的正上方，由于弹簧的作用，圆柱销落入直槽内，于是上盖圆盘就通过圆柱销使得上刀体转动起来（此时端面齿已完全脱开）。 上盖圆盘、圆柱销以及上刀体在转动过程中，反靠销能够从反靠圆盘中十字槽的左 侧斜坡滑出，而不影响上刀体寻找刀位时的正向转动。 上刀体带动磁铁转到需要的刀位时，发信盘上对应的霍尔元件输出低电平信号，控制系统收到后，立即控制刀架电动机反转，上盖圆盘通过圆柱销带动上刀体开始反转，反靠销马上就会落入反靠圆盘的十字槽内，至此，完成粗定位。此时，反靠销
7、从反靠圆盘的十字槽内爬不上来，于是上刀体停止转动，开始下降，而上盖圆盘继续反转，其直槽的左侧斜坡将圆柱销的头部压入上刀体的销孔内，之后，上盖圆盘的下表面开始与圆柱销的头部滑动。在此期间，上、下刀体的端面齿逐渐啮合，实现精定位，经过设定的延时时间后 ，刀架电动机停转，整个换刀过程结束。 由于蜗杆副具有自锁功能，所以刀架可稳定地工作。 2.2 四方刀架换刀工作步骤 （ 1）刀架抬起 5 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，涡轮丝杠环绕中心旋转。由于刀架底座和刀架体啮合，且涡
8、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）刀架固定 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）刀架紧缩 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
9、器的控制下，电动机停止转动，刀架 紧缩。 2.3 六角刀架换刀工作步骤 图 1为数控车床六角回转刀架，它适用于盘类零件的加工。在加工轴类零件时，可以用四方回转刀架。由于两者底部安装尺寸相同，更换刀架十分方便。 6 1活塞 2刀架体 3、 7 齿轮 4齿圈 5空套 齿轮 6活塞 8齿条 9固定插销 10、 11推杆 12触头 回转刀架的全部动作由液压系统通过电磁换向阀和顺序阀进行控制，它的动作分为 4 个步骤： (1)刀架抬起 当数控装置发出换刀指令后，压力油由 a 孔进入压紧液压缸的下腔，活塞 1 上升，刀架体 2 抬起，使定位用的活动插销 10 与固定插销 9 脱开。同时，活塞杆下端的端齿离
10、合器与空套 齿轮 5 结合。 (2)刀架转位 当刀架抬起后，压力油从 c 孔进入转位液压缸左腔，活塞 6 向右移动，通过联接板带动齿条 8 移动，使空套 齿轮 5 作逆时针方向转动。通过端齿离合器使刀架转过60。活塞的行程应等于 齿轮 5 分度圆周长的 1/6，并由限 位开关控制。 (3)刀架压紧 刀架转位之后，压力油从 b 孔进入压紧液压缸上腔，活塞 1 带动刀架体 2 下降。7 齿轮 3 的底盘上精确地安装有 6 个带斜楔的圆柱固定插销 9，利用活动插销 10 消除定位销与孔之间的间隙，实现反靠定位。刀架体 2 下降时，定位活动插销 10 与另一个固定插销 9 卡紧，同时 齿轮 3 与齿圈
11、 4 的锥面接触，刀架在新的位置定位并夹紧。这时，端齿离合器与空套 齿轮 5 脱开。 (4)转位液压缸复位 刀架压紧之后，压力油从 d 孔进入转位液压缸的右腔，活塞 6 带动齿条复位，由于此时端齿离合器已脱开，齿条带动 齿轮 3 在轴上空转。 如果定位和夹紧动作正常，推杆 11 与相应的触头 12 接触，发出信号表示换刀过程已经结束，可以继续进行切削加工。 回转刀架除了采用液压缸转位和定位销定位之外，还可以采用电动机带动离合器定位，以及其他转位和定位机构。 2.4 更换主轴头换刀 在带有旋转刀具的数控机床中，更换主轴头是一种简单换刀方式。主轴头通过常有卧式和立式两种，而且常用转塔的转位来更换主
12、轴头，以实现自动换刀。在转塔的各个主轴头上，预先安装有各工序所需的旋转刀具。当发出换刀指令时，各主轴头依次地转到加工位置，并接 通主轴运动，使相应的主轴带动刀具旋转，而其他处于不加工位置上的主轴都与主运动脱开。 图 2-2 为卧式八轴转塔头。转塔头上径向分布着八根结构完全相同的主轴 7，主轴的回转运动由齿轮 12 输入。当数控装置发出换刀指令时，先通过液压拨叉将移动齿轮 3 与齿轮 12 脱离啮合，同时在中心液压缸 14 带着由两个推力轴承 17 和 16 支承的转塔刀架体 18 抬起，离合器 2 和 1 脱离啮合。然后压力油进入转位液压缸，推动活塞齿条，再经过中间齿轮使大齿轮 4 与转塔刀架
13、体 18 一起回转 45，将下一工序8 的主轴转到工作位置。转位结束后，压力油进入中心液压缸 14 的下腔，试转塔头下降，离合器 2 和 1 重新啮合，实现了精确定位。在压力油的作用下，转塔头被压紧，转位液压缸退回原位。最后，通过液压拨叉移动齿轮 3，使它与新换上的主轴齿轮 12相啮合。为了改善主轴结构的装配工艺性，整个主轴部件装在套筒 5 内，只要卸去螺钉 10，就可以将整个部件抽出。主轴前轴承 9 采用锥孔双列圆柱滚子轴承，调整时，先卸下端盖 6，然后拧紧螺母 8，使内环做轴向移动，以便消除轴承的径向间隙。 图 2-2 卧式八轴转塔头 1、 2-离合器 3、 4、 12-齿轮 5-套筒 6
14、-端盖 7-主轴 8-螺母 9、 16、 17、 -轴承 10-螺钉 11-推动杆 13-操纵杆 14-液压缸 15-活塞 18-转塔刀架体 为了便于卸出主轴锥孔内的刀具，每根主轴都有操纵杆 13，只要按压操纵杆，就能通过斜面推动杆 11，顶出刀具。 转塔主轴头的转位 、定位和压紧方式与 鼠齿盘式分度工作台极为相似，但因为在转塔上分布着许多回转主轴部件，使结构更为复杂。 由于空间位置的限制，主轴部件的结构不可能设计得十分坚实，因而影响了主轴9 系统的刚度。为了保证主轴的刚度，主轴数目必须加以限制，否则将会使结构尺寸大为增加。 转塔主轴头换刀方式的主要优点在于省去了自动松夹、卸刀、装刀、夹紧以及
15、刀具搬运等一系列复杂的操作。从而提高了换刀的可靠性，并显著的缩短了换刀时间。但由于上述结构上的原因，转塔主轴头通常只是用于工序较少、精度要求不太高的机床，例如数控钻床等。 2.5 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，在进行刀具交换后，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、分布以及结构对数控机床的设计有很大的影响。 2.6 刀具交换装置
