数控车床电动刀架常见故障诊断222

数控车床电动刀架常见故障诊断222 2 常见数控车床刀架的结构及工作原理 2.1自动换刀装置的形式 2.1.1 转位刀架 数控车床上用的最多的就是电动回转刀架，可以同时安装4、6、8、12把刀具不等。主要用于数控车床，是数控车床中的一种专用的自动化机械。它不但可以储存刀具，而且在切削时要连同刀具一起承受切削力，在加工过程中完成刀具交换转位、定位夹紧等动作。在卸装过程中要认真分析它的转位定位和夹紧等机构的工作原理。 2.1.2 刀库 刀库是加工中心机床的关键部件之一，在加工中心机床中用来储存和运送刀具，它的结构形式很多主要有盘式和链式两种结构形式(还有其它形式)，盘式刀库存储容量较小(30把刀以下)，链式刀库存储容量较大。在加工过程中进行换刀时控制系统选定刀具后，刀库必须把选定的刀具运送到特定的位置准备由机械手取刀具或机床的主轴直接取刀。有的大型的加工中心还装有特殊刀具运输装置，从刀库上取出刀具送到换刀位置。就机械运动来讲刀库的结构主要是由刀具的运送和定位机构组成，运送速度要快，定位要准。此外，刀具在刀库中装卡方法不同刀库结构也不相同，但是要求各个刀具的刀柄在刀库中安装位置必须一致，并且固定可靠又要便于新旧刀具交换(取下和装上)。 2.1.3 机械手 加工中心换刀机构的核心部件。换刀时机械手在机床主轴(或刀架)与刀库之间，执行新旧刀具交换的任务，在一个换刀程序中要完成抓刀、拔刀、交换(新旧刀对调)装刀，复位等动作。通常有三个自由度，即抓刀与复位的是一个自由度;拔刀与装刀是一个自由度;新旧刀具位置交换是一个自由度。换刀动作在加工过程中是一个辅助动作，要求换刀时间尽量缩短，目前多数机械换刀时间为5-8秒，少数可达0.7秒。要求机械手动动作迅速平稳可靠。特别是在高速旋转中交换刀具时，刀具不能从机械手中甩出来，因此机械手必须具有相应的锁紧机构。机械手完成各个动作是靠位置控制的，一个动作结束后，必须发出一个回答信号给PLC，以便启动下一个动作。拆装时要着重分析它的锁紧机械和各行程开关的安装部位。 2.2 常见的换刀类型 2.2.1六角回转刀架 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60º。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。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。 图1 数控车床六角回转刀架 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 2.2.2 四方刀架 (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。 2.2.3 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。主轴头通常有卧式和立式两种，而且常用转塔的转位来更换主轴头，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的上腔通压力油。由于活塞杆和活塞15固定在底座上，因此中心液压缸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与转塔刀架体18一起回转45º，将下一工序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，使转塔头下降，离合器2和1重新啮合，实现了精确的定位。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。 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 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 得十分坚实，因而影响了主轴系统的刚度。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，并显著地缩短了换刀时间。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。 图2卧式八轴转塔头 1、2一离合器3、4、12一齿轮5一套筒6一端盖7一主轴8一螺母9、16、17一轴承 10一螺钉1l一推动杆13一操纵杆14一液压缸15一活塞18一转塔刀架体 2.2.4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 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 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。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，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。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。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。多盘 式和格子式刀库，他们虽然也具有结构紧凑的特点，但选刀和取刀复杂，应用较少。为一龙门加工中心采用的链式刀，为一立式加工中心的圆盘式刀库。 图3 常用的刀库形式 图4 龙 门加工中心采 用 的链式刀 库 图5 盘式刀库结构示意图 2.2.5 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?。 图6 凸轮机械手换刀 2.3 TND360刀架的结构与工作原理 属于转塔刀架是由换刀机构和刀盘组成，刀盘用于刀具的安装。刀盘的背面装有端面齿盘，用于刀盘的定位。转塔刀架的换刀机构是实现刀盘的开定位、转动换刀位、定位和夹紧的传动机构。要实现刀盘的转动换刀，就要使刀盘的定位机构脱开后，才能进行转动，当转动到位后，刀盘要定位并夹紧，才能进行加工。转塔刀架的换刀传动是由刀架电动机提供动力，刀盘的抬起是用凸轮机构来实现的，而刀盘在圆周方向上的分度是用槽轮机构来实现的，分度完成后的回复也是在碟形弹簧的作用下进行工作的。刀盘在转动过程中，经1:1的齿轮副将运动传递给圆光栅，由圆光栅将转位信号送可编程控制器进行刀位计数。在加工的过程中，当端面齿盘上的定位销拔出后，切削力过大或撞刀时，刀盘会产生微量转动，这时圆光栅的转动信号就成为刀架过载报警信号，机床就会迅速停机。圆光栅将传动转换成脉冲信号送给数控系统，正常时用于刀盘上刀具刀位的计数;撞刀时用于产生刀架报警信号。刀盘的转动可根据最近找刀原则实现正反向转动，以达到快速找刀的目的。 2.4 LDB4电动刀架的结构与工作原理 属于四工位刀架，由电动机、蜗轮和蜗杆结构、丝杠和螺母结构、霍尔元件定位系统等组成，正转时，电动机通过涡轮和蜗杆结构将驱动传给丝杠，螺母和转动的刀架是键槽联结，即螺母和转动的刀架只能做相对上下滑动，而不能相对转动，螺母与电机底座是通过齿面啮合形成定位机构，在这对啮合齿脱开之前，螺母是不能转动的，也就是转动的刀架也是不能转动，刚刚开始，由于丝杠的顺时针旋转，螺母相对于转动的刀架向上移动，当啮合齿脱开后，通过销钉和止推槽的作用，使得丝杠转动-螺母转动-刀架转动-进行换刀，到指定的工位时，通过霍尔元件定位系统将到位信号传递给数控装置系统，从而停止转动，通过霍尔元件定位系统和辅助定位销钉进行位置的定位;数控装置控制刀架换刀电动机进行一定延时的反转信号，因为止推销钉的作用，螺母系统和刀架系统不能反转，因而螺母系统顺着丝杠向下移动，直到两对啮合齿重新啮合为止，这样完成了整个换刀的过程。 2.5 两种结构的比较 两种结构的共同点:都实现了刀盘的抬起与锁紧动作，刀盘的圆周定位，实现了同样的功能。两种结构只是机械结构的不同(而在电动机的正转和反转的电气控制上却是完全相同的。两者的区别:TND360的刀盘的抬起与锁紧是由凸轮机构和碟形弹簧实现的，刀盘的圆周分度是由槽轮机构实现的，槽轮实现的是8工位的刀盘分度;LDB4电动刀架的抬起与锁紧是由丝杠螺母的系统实现的，而刀架的圆周分度是由霍尔元件定位系统实现的，其实现的是4工位的刀盘分度;结构上是LDB4比较简单、实用。在分度精度上TND360定位精度比较高，同时比较可靠。而且TND360存在一定的报警功能，当切削力过大或撞刀时，刀盘产生不是常规的微量转动，这个时候圆光栅就传递出对应的传感器信号，而这个信号 就成为刀架的过载报警信号，这样数控系统就会停机，而这个功能LDB4是没有 的。