刀库和换刀装置的故障诊断方法和维修分析

摘 要：本文首先数控机床刀库与换刀装置为研究对象，首先简要分析了自动换刀装置的基本形式，指出了刀库及换刀机械手在日常运作时的常见故障，并给出了具体的维修方法，望能为此领域研究有所借鉴与帮助。

关键词：刀库;换刀装置;故障诊断;维修

刀库与换刀装置是为大、中型加工中心提供配套支持，且实现自动换刀与刀具储备的两部分，乃是重型加工中心、高档加工中心的重要构成。针对刀库来讲，其主要作用就是提供储刀位置，并且能够依程式控制，合理选刀具，并准确定位，以此完成刀具交换;而换刀装置则执行交换刀具的动作。在实际运行当中，刀库和换刀装置经常会出现各种故障，因而会影响整个生产的正常开展。本文结合实际情况，就其故障诊断方法及维修策略作一探讨。

1.自动换刀装置的基本形式

（1）带刀库所对应的自动换刀系统。针对此系统而言，其主要由两部分构成，其一为交换机，其二是刀库与刀具。首先将加工时所需所有刀具均安装于刀柄上，于机外预先调整其尺寸，并按照特定方式，放到刀库当中。在进行换刀时，首先会从刀库中选刀，并借助刀具交换装置，将刀具从刀库与主轴上取出，而在刀具交换后，把新刀具装到主轴上，然后把旧刀具放回到刀库当中。需要指出的是，用于存放刀具的刀库容量很大，其除了能够安装于主轴箱的上方，还可根据现实需要，当作单独部件，安装于机床外，借助搬运装置而完成刀具的运送。（2）更换主轴头换刀。如果数控机床当中安装有旋转刀具，那么对主轴头进行更换，便是一种比较简单的方式。针对主轴头来讲，一般情况下，其有两种方式，即立式与卧式，且经常用转塔的转位对主轴头进行更换，以此来达到自动换刀的目的。而在转塔所对应的各主轴头上，事先便安装有能够满足各工序操作需要的旋转刀具。当换刀指令发出之后，各主轴头会按照指定顺序，旋转至加工位置，且与主轴运动相连接，主轴将刀具带动，并进行旋转，而对于其他处在非加工位置的主轴，均和主运动之间呈脱开状态。（3）回转刀架换刀。针对用于数控机床的回转刀架而言，其实为一种运行比较简便且操作简单的自动换刀装置，不仅有六角刀架，而且还有四方刀架，在上面安装4～6把的刀具。对于回转刀架来讲，其无论是在刚度上，还是在强度上，都需要满足实用要求，能够承受粗加工所产生的切削力;此外，在转位时，还需保证定位精度准确。

2.刀库及换刀机械手的维护要点分析

（1）不得将那些超长或者超重的刀具装到刀库中，预防机械手换刀过程中出现掉刀情况，或者是刀具与夹具、工件之间出现碰撞。（2）如果采用的是顺序选刀方式，那么需要确保刀具在刀库中的放置顺序需正确，而对于其它选刀方式，需保证所换刀具一致于所选刀具，预防刀具换错所引发的各种事故。（3）如果采用手动方式将刀装在刀库中时，需保证准确、牢靠，并且还需要对刀座上所安装的锁紧装置可靠、实用与否进行检查。（4）对刀库回零位置正确与否进行定期检查，另外，对机床主轴回换刀点位置到位与否进行细致检查，如果发现存在问题，需即刻进行调整，不然难以完成换刀动作。（5）保持刀套、刀具、刀柄始终处于清洁状态。（6）开机时，首先让机械手、刀库处于空运行状态，并对各个部分工作正常与否进行细致检查，尤其是电磁阀、行程开关动作是否正常。

3.刀库及换刀机械手故障及维修方法

3.1刀库故障

（1）刀库无法转动，或者是转动难到位。刀具之所以会无法转动，究其原因，可能与如下因素有关：其一，蜗杆轴与联接电动机轴至今的联轴器发生松动;其二，变频器发生故障，此时，需要对变频器输入、出的电压正常与否进行详细检查;其三，PLC难以对输出施加有效控制，原因可能是接口板当中的继电器已经丧失作用;其四，机械连接太紧;其四，太低的电网电压。而对于刀库难以转到位而言，原因主要有两点，其一为传动机构存在误差，其二是电动机转动发生故障。（2）刀套上下不到位。原因主要有如下几点：第一，装置调整出现不当情况，或者是存在比较大的加工误差，从而导致拨叉位置错误;第二，安装限位开关存在错误，或调整不合理，而引发反馈信号不正确。

3.2换刀机械手故障

（1）刀具难以将掉刀夹紧。原因为：机械手卡紧锁丧失作用;刀具重量过重;位于弹簧后面的螺母出现松动情况;过小的卡紧爪弹簧压力。（2）刀具夹紧之后难以松开。原因为：松锁的弹簧压合太紧，卡爪难以缩回;对此，需要将螺母调松，使其载荷低于额定值。（3）刀具在交换过程中出现掉刀情况。在换刀过程中，主轴箱未能回至换刀点，或者是换刀点出现漂移情况，机械手抓到不到位，便开始拔刀，这均会造成换刀时出现掉刀情况。此时，需要对主轴箱进行重新移动，使其达到换刀点处，对换刀点进行重新设定。（4）机械手在具体的换刀速度上，出现过慢或过快情况，比如气动机械手，当其出现过高的气压，或者是换刀气阀流开口过小或过大，均会使换刀速度变慢或加快;此时，需要对气压大小进行调整，而且还需要调整节流阀开口的大小。

3.3换刀不启动或中断

需要指出的是，自动换刀装置的流程为步进式，也就是完成各个动作后，都需要向数控系统发送反馈信号来确认，确认之后，方能开始后续动作。此种故障的主要原因不仅与换刀过程中相关机械件卡住有关，而且还与缺少执行下一个换刀动作条件也有关。所以，要想将此类故障给排除掉，需要熟悉自动换刀顺序，并且知晓各个开关的具体位置，然后依照机床PLC梯形图纸，对位置检测开关进行重点检查，此外，还需检查控制下一个动作的电磁阀工作正常与否，以此对故障情况进行准确判断。例如刀库位置偏移故障。现象：1台XH754型号的数控机床，在换刀使，主轴向上移动到刀爪处，此时，刀库刀爪发生错动，而在对刀进行拨、插动作时，有响声。处理：当主轴向上移动到刀爪时，刀库刀爪发生错动情况，提示刀库零点可能发生偏移，或者是刀库传动有一定间隙。由于插拨刀比较费力，因此可判定刀库零点已出现偏移情况。卸下所有的刀库刀具，把主轴手摇到Y轴附近，然后用塞尺对主轴传动键与刀库刀爪与之间所存在的间隙进行测量，证实存在偏移;此时，对参数7508进行调整，直到主轴传动键与刀库刀爪之间有对等间隙。开机后，换刀恢复正常。

4.结语

综上，伴随当今工业技术的日渐完善，许多新技术、新方法在数控机床中得到广泛应用，有力推动着此方面的发展与成熟。刀库和换刀装置作为数控机床当中的重要组成部分，其在实际运行中，尤其是长时间运行后，容易出现多种故障，因此，需对此进行准确诊断，并加以维护，消除故障与隐患，保持刀库和换刀装置运行正常。

参考文献：

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[3]王元军， 杨琪， 俞晖. 某型卧式加工中心自动换刀系统可靠性与故障分析[J]. 机械设计与制造工程， 2017， 39（7）：75-78.

作者简介：

朱俊宇，出生年月：1998.01，性别：男，民族：汉族，籍贯（精确到市）：四川省自贡市，学历：本科，研究方向：机械设计制造机自动化.