高速加工中心的快速自动换刀技术杨庆东等_百度文库
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高速加工中心的快速自动换刀技术杨庆东等
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你可能喜欢第六章 数控加工系统的装备
&&&为了进一步提高数控机床的加工效率，数控机床向着工件在一台机床上经一次装夹可完成多道工序或全部工序加工的方向发展，从而出现了各种类型的加工中心机床和车削中心机床。这类机床为了完成不同工序的加工工艺，需使用多种刀具，因此必须有自动换刀装置。自动换刀装置应满足换刀时间短、刀具重复定位精度高、刀具储存量足够、结构紧凑及安全可靠等要求。
各类数控机床的自动换刀装置的结构取决于机床的类型、工艺范围、使用刀种类和数目。目前数控机床使用的自动换刀装置主要有转塔式自动换刀和刀库式自动换刀二种。
一、转塔式自动换刀装置
&& 转塔式自动换刀装置又分回转刀架式和转塔头式二种，回转刀架式用于各种数控车床和车削中心机床。转塔头式多用于数控钻、镗、铣床。
& （一）回转刀架换刀
回转刀架换刀是一种简单的自动换刀装置。在回转刀架各刀座安装或夹持各种不同用途的刀具，通过回转刀架的转位实现换刀。回转刀架可在回转轴径向和轴向安装刀具。在数控车床上，回转刀架和其上的刀具布置大致有：
& （1）一个回转刀架，外圆类、内孔类刀具混合放置，如图6-10所示。
& （2）两个回转刀架，分别布置外圆和内孔类刀具。
&& 如图6-11所示，上刀架的回转轴与主轴平行，用于装外圆类刀具；下刀架的回转轴与主轴垂直，用于装内孔类刀具。
图6-11&& 带有两个回转刀架的数控车床
图6-12&& 双排回转刀架外形图
（3）一个回转刀架，外圆类、内孔类刀具分别布置在刀架的一侧面，如图6-12所示
。回转刀架的回转轴与主轴倾斜，每个刀位上可装两把刀具，用于加工外圆和内孔。
回转刀架的工位数最多可达20余个，但最常用的是8、10、12和16工位4种。工位数越多，刀间夹角越小，非加工位置刀具与工件相碰而产生的干涉可能性越大；在刀架布
刀时要给予考虑，避免发生干涉现象。
回转刀架在结构上必须具有良好的强度和刚度，以承受粗加工时切削抗力和减小刀架
在切削力作用下的位移变形，提高加工精度。回转刀架还要选择可靠的定位方案和定位结构，以保证回转刀架在每次转位之后具有高的重复定位精度。
&& 图6-13是CK3263系列数控车床回转刀架结构简图。
& 刀架的升起、转位、夹紧等动作都是由液压驱动的。其工作过程是：当数控装置发出换刀指令以后，液压油进入液压缸1的右腔，通过活塞推动中心轴2将刀盘3左移，使定位副端齿盘4和5脱离啮合状态，为转位作好准备。齿盘处于完全脱开位置时，行程开关
ST2发出转位信号，液压马达带动转位凸轮6旋转，凸轮依次推动回转盘7上的分度往销8使回转盘通过键带动中心轴及刀盘作分度转动。凸轮每转过一周拨过一个柱销，使刀盘旋转一个工位1/n周(n为刀架工位数，也等于柱销数)。中心轴的尾端固定着一个有n个齿的凸轮，每当中心轴转过一个工位时，凸轮压合计数开关ST1一次，开关将此信号送入控制系统。当刀盘旋转到预定工位时，控制系统发出信号使液压马达刹车，转位凸轮停止运动，刀架处于预定位状态。与此同时液压缸1左腔进油，通过活塞将中心轴和刀盘拉回，端齿盘啮合，刀盘完成精定位和
夹紧动作。刀盘夹紧后中心轴尾部将ST2压下发出转位结束信号。端齿盘的制造精度和
装配精度要求较高，以保证转位的分度精度和重复定位精度。
&& 刀盘转位驱动采用圆柱凸轮步进传动机构，其工作原理如图6-14所示。圆柱凸轮是在圆周面上加工出一条二端有头的凸轮轮廓。从动回转盘端面有多个
柱销，柱销数量与工位数相等。按图中所示旋转时，B销先进入凸轮轮廓的曲线段，这时凸轮开始驱动回
转盘转位，与此同时A销与凸轮轮廓脱开，当凸轮转过180°时，B销接触的凸轮轮廓由曲线段过渡到直线段，同时与B销相邻的C销开始与凸轮的直线轮
廓的另一侧面接触，凸轮继续转动，回转盘不动，刀架处于预定位状态。由于凸轮是一个两端开口的非闭
合曲线轮廓，所以凸轮正反转时均可带动回转盘作正反方向的旋转。因此，这种刀架可通过控制系统中的逻辑电路来自动选择刀盘回转方向，以缩短转位时间，提高换刀速度。
&& (二)转塔头式换刀
使用旋转刀具的数控机床采用转塔头转位更换主轴头。这种机床的主轴头就是转塔头，在转塔的各主轴头上，根据加工的工序预先安装所用刀具，转塔依次转位，就可以实现自动换刀。主轴头有卧式和立式两种，工作时只有位于加工位置的主轴头才与主运动接通，而其它处于不加工位置的主轴都与主运动脱开。
图6-15&TK-5525型数控
&&&&&& 转塔式镗铣床
&& 如图6-15所示是TK-5525型数控转塔式镗铣床的外观图，八方形转塔头上装有八根主轴。转塔头的转位由槽轮机构采实现，其结构如图6-16所示。
&& 转塔头的转位过程为：
& （1）脱开主轴传动&& 油缸4卸压，弹簧推动齿轮1与主轴上的齿轮12脱开。
& （2）转塔头抬起& & 当齿轮1脱开后，固定在其上的
支板接通行程开关3。控制电磁阀，使液压油进入油缸5的左腔，油缸活塞带动转塔头向右移动，直至活塞与油缸端部相接触，固定在转塔头体上的鼠牙盘10便脱开。
& （3）转塔头转位& & 当鼠牙盘脱开后，行程开关发出信号启动转位电机，经蜗杆8和蜗轮6带动槽轮机构的主动曲拐使槽轮11转过45°。并由槽轮机构的圆弧槽来完成主轴头的分度位置粗定位。主轴号的选定是通过行
程开关组来实现。若处于加工位置的主轴不是所需要的，转位电机继续回转，带动转塔头间歇地再转45°，直至选中主轴为止，主轴选好后。由行程开关7关停转位电机。
& （4）转塔头定位压紧 & 通过电磁阀使压力油进入油缸5的右腔，转塔头向左返回，由
鼠牙盘10精定位。并利用油缸5右腔的油压作用力，将转塔头可靠地压紧。
& （5）主轴传动重新接通 & 由电磁阀控制压力油进入油缸4，压缩弹簧使齿轮 1与主轴
上的齿轮12啮合。此时转塔头转位、定位动作全部完成。
这种换刀装置的优点在于省去了自动松、夹、卸刀、装刀以及刀具搬运等一系列的复杂操作，从而缩短了换刀时间，并提高了换刀的可靠性。但由于空间位置的限制，使主轴部件结构不能设计得十分坚实，因而影响了主轴系统的刚度。为了保证主轴的刚度，必须限制主轴数目，否则将使结构尺寸大大增加。由于这些结构上的原因，因此转塔主轴头通常只适应于工序较少，精度要求不太高的机床。
二、刀库式自动换刀装置
&&& 刀库式自动换刀装置是由刀库和刀具交换机构组成，目前它是多工序数控机床上应用
最广泛的换刀方法。刀库用来储存刀具，刀库可装在主轴箱上、或工作台上、或装在机床的其它部件上。有的自动换刀装置因刀库距主轴较远，还需要增加中间搬运装置。选刀时，刀具交换机构根据数控指令从刀库中选出所指定的刀具，然后从刀库和主轴（或刀
架）取出刀具，并进行交换；将新刀装入主轴（或刀架），把用过的旧刀放回刀库。
在具有刀库的加工中心上，其换刀方式又可按有、无机械手分为：有机械手换刀和无
机械手换刀两类。此外，刀库还因存储刀具容量不同，安置于机床的位置不同，为保证换刀动作的准确可靠、相互协调等，已出现了许多种不同类型的换刀系统。就是说刀库――机械手形式的自动换刀系统中，组合的类型很多，这里仅对最常用又典型的几种结构类型作出介绍。
（一）无机械手的换刀系统
无机械手换刀系统
&&&&&&&& 的换刀过程
&&&&&&&&&&
&& 换刀系统要实现的是刀库和主轴之间的自动刀具交换，即当加工中心运行中，需要某一刀具进行切削加工时，要把该刀具自动地从刀库交换到主轴上，切削完毕又将用过的切削刀具从主轴自动归还刀库。
在有机械手换刀系统中，上一过程由机械手夹持刀具来完成，而在无机械手换刀系统中，就要求把刀库安置在主轴箱可以运动到的位置，或者是整个刀库或某一刀位移动到主
轴箱可达到的位置。
刀库中刀具指向与主轴上装刀后刀具指向必须一致，在进行换刀时主轴运动到达刀库上的换刀位置，利用刀库动作对主轴进行刀具的装卸交换。
&& 图6-17所示为一种卧式加工中心无机械手换刀系统的换刀过程。
&& 换刀过程如下：在图6-17中当上一工序结束后，主轴准停，主轴箱．做上升运动（图a）； 主轴箱到达换刀位置，上一把刀具进入刀库交换刀具的空位，刀具被刀库夹紧，主轴松刀（图b）；刀库夹住刀具推出前移，对主轴拔刀（图c）；刀库转位到指令的下一工序所要用的刀具位置，主轴孔吹气装置进行吹气清洗（图d）； 刀库后退并缩回将新刀插入主轴孔，主轴的夹紧装置动作，把刀具夹紧（图e）；主轴箱离开换刀位置下行到工作位置，继续下一工序的切削（图f）。
图6-18&& ZH5120型立式钻削中心外观图
1-床身& 2-主轴箱& 3-立柱&
4-数控柜& 5-工作台& 6-转塔式刀库& 7-操纵盘
&& 图6-18为ZH5120型立式钻削中心外观图。在立式钻削中心正前方的主轴箱上，设计了一个新颖的自动换刀装置，它是由一个不带机械手的转塔式刀库及
自动换刀机构所组成。
图6-19自动换刀机构的工作原理图&&
&& 换刀机构的工作原理如图6-19所示，可安装7把刀具的转塔式可旋转的刀库2，装在主轴箱1的小导轨上。当在z轴零点以下进行切削加工时，刀库与主轴箱一起向下进行加工。需要换刀时，主轴箱与刀库一起上升至Z轴零点以上的换刀区。当主轴箱继续上升时，通过顶杆限制刀库的继续上升，而使刀库与主轴箱分离。此时中空主轴内的刀具松紧装置已起作用，将刀柄3松开，实现拔刀动作。当主轴箱再继续上升时，通过拉杆4及棘爪棘轮机构使刀库以一定方向回转1/7周，实现换刀动作。此后，主轴箱自最高点开始下降，主轴与刀柄重新接合，实现插刀动作，并通过碟形弹簧拉紧刀柄。
无机械手换刀系统优点是结构简单，换刀可靠；缺点是刀库容量不大，换刀时间长。
此系统适合中小型加工中心采用。
（二）有机械手的换刀系统
它是由刀库、机械手（有的加工中心还有运刀装置）结合共同完成自动刀具交换的，也是在加工中心上用得最为普遍的，比无机械手的换刀系统更灵活，其换刀时间可缩短到2s以下。
但由于有机械手的换刀系统，涉及到刀库位置和机械手的换刀动作不同时，其换刀的过程也不尽相同。所以下面先对刀库和机械手的一些主要类型作出介绍。
&&& 1．刀库
刀库是一个储存加工所需的各种刀具的仓库，加工中心的换刀位置都是设计成固定的，对应刀库上某一固定刀位，刀库要具备运送刀具，作分度运动达到换刀位置及准确定位的功能，才能使换刀可靠。驱动刀库的动力可用电动机或液动机。有时还要考虑变速机构。对驱动的控制可选用简易定位装置，适用于一个轴的定位控制，并且是半闭环的伺服位置控制，也可选用普通的机电相结合的销定位方式。
&& （1）刀库的容量&& 为保证加工工序范围尽量大、缩短加工的循环时间及增强加工能力，应着重考虑刀库主要特性，即储存刀具的数量、传送刀具的时间（包括分度运动时间）、储存刀具的直径和重量。
刀库大，自然存储刀具多。庞大的刀库（如密集型的多层子母式刀库），一是结构复杂，二是对机床总体布局有影响。至于在FMS（柔性制造系统）中所用的加工中心，由于加工工件复杂，原刀库所存放的刀具有时不能满足加工需要，采用了中央刀库的设计考
虑予以解决。
刀库小，存储刀具少时，则又不能满足复杂工件的切削要求。对大量工件切削加工所需用刀具数的统计分析，及对国外343种刀库容量的统计资料表明，刀库存储刀具量在20～40把范围的居多（如图6-20所示
）。少于10把刀或超过60把刀的不常采用。
图6-20& 刀库存储刀具的适宜数量
& （2）刀库的类型&& 刀库按其形式可分为鼓轮式刀库、链式刀库和格子箱式刀库。在诸多形式刀库中，鼓轮式刀库用得最为普遍，其次为链式刀库。
&& ①鼓轮式刀库 && 鼓轮式刀库是最常见的一种刀库形式，其刀具的存储量少则6～8把，
多则50～60把，有的甚至更多。根据刀库存放刀具的数目和取刀的方式，鼓轮式刀库可设计成多种形式，
&& 图6-21所示为常见的几种鼓轮式刀库。其中图（a）至图（d）存放的
刀具数一般为15～40把，为适应机床主轴的布局，刀库上刀具轴线相对于刀库轴线可以按不同方向配置，如轴向、径向或斜向。刀库（d）上的刀具可作90°翻转，一采用这种
结构可以简化取刀动作。这几种鼓轮式刀库，结构简单紧凑，应用较多，但因刀具单环排列，空间利用率低，因此多用于刀库容量小的场合。图（e）为鼓轮弹仓式刀库，其结构十分紧凑，在相同的空间内，它的刀库容量最大，但选刀和取刀的动作极复杂。图(f)为刀具呈轴向布置的多层鼓轮式刀库，刀库容量大，需径向装、取刀。
&& ②链式刀库
&& 这种刀库是在环形链条上
装有许多刀座，刀座的孔中装各种刀具，链条由链轮驱动。图6-22所示为三种形式的链式刀库。
该种形式刀库结构紧凑，刀库容量较大，链环可根据机床的总体布局要求配置成
适当形式，以利于换刀机构的工作占刀库取
刀多为轴向取刀。在刀库容勘艮大时，可采用多环链式。
&&& ③格子箱式刀库 这种刀库具有纵横排列十分整齐的很多格子；每个格子可存储一把
刀具。如图6-23所示其中图(a)为单面格子箱式刀库，图(b)为多面格子箱式刀库。该种形式的刀库结构紧凑，刀库空间利用率高。但换刀时间较长，布局不灵活。通常刀库安置在工作台上，小直径刀具为轴向取刀，大直径刀具为径向取刀。该形式的刀库应用较少。
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
2．刀库选刀方式
&& 刀库选刀方式有顺序选择和任意选择二种。
& （1）顺序选刀式 &
& 刀库中的刀具位置
严格按所需加工零件的加工顺序排列。加工时，按加工顺序依次选刀。
&& 其优点有：
&& ①刀库的控制与驱动简单；
②无需刀具识别装置；
③维护简单。
&& ①当加工零件改变后，刀库中的刀具顺序需按照新零件的工艺顺序重新排列，降低了系统的柔性；
②当工艺过程中有些工步所用的刀具相同时，也不允许重复使用同一把刀具，必须按加工顺序排列几把相同的刀具，增加了刀具数量和刀库储存量；
③操作人员必须在加工前仔细地检查刀具的排列顺序，否则会造成严重事故。
为此，此选刀方式不适宜多品种小批量的随机生产。
& （2）任意选刀方式&&& 这种方式需预先将刀库中的每把刀具（或每个刀座）进行编码
，使之具有可识别的代码。因此刀具在刀库中的位置不必按照零件的加工顺序排列。换刀时，通过刀具或刀座识别装置来识别和选择所需的刀具。
与顺序选择相比，其优点是：
①刀库中刀具的排列顺序与加工零件的加工顺序无关，无论加工任何零件，都不必改变刀具在刀库中原有的排列顺序，这就增加了系统的柔性；
②同一刀具可供不同工件、不同工步共同使用，减少了刀具数量，刀库相应也可小些。
&& ①需设置刀具识别装置，使刀库的控制与驱动复杂；
②需对刀具或刀座编码，增加了辅助工作量；
&& ③维护比顺序选择的要复杂。
这种选刀方式适宜于多品种小批量的随机生产，并可加工较复杂的零件。
& &3．刀具的编码
任意选择的选刀方式必须为刀具系统配备刀具的编码和识别装置。编码有三种方式：
& （1）对刀具编码 && 此方式对每把经组装刀具都进行二进制编码，并设法把此编码信息
的载体以某种方式固定在刀具上，由于各种刀具几何形状和尺寸不同，而刀具的夹头则相同，为便于识别，一般都把代码信息载体固定在组装刀具的夹头上。此方式的刀具可随机
存放在任一刀座内，但刀具夹头必须专门设计和制造。
&& 刀具编码的具体结构如图6-24所示。在刀柄尾部的拉紧螺杆3上套着一组等间隔的编码环1，由锁紧螺母2将它们固定压紧。编码环的外径有大小两种规格，编码环高和低表示二进制数的“1”和“0”。通过两种规格编码圆环的不同排列，可得到不同的编码。
图中有7位编码环，能表示127个编码（，全部为0的代码不使用，避免与刀座中没有刀具的状态相混淆），为便于记忆和识别，也可采用二―八进制编码来表示。
& （2）对刀座编码 &&
此方式对刀库的每个刀座进行编码，并将此编码信息的载体以某种方式固定在各相应的刀座上便于识别的地方，例如图6-25的盘形刀库，可在各刀座相对应的圆周上安装一组编码块，而在刀库圆周外固定一个刀座识别装置，识别刀座的编码。此方式只识别刀座不识别刀具。因此各刀具必须“对号入座”，已使用过的刀具也需放回刀库原来的刀座中，否则将发生错误与混乱。
& （3）编码附件&&& 编码附件方式可分为编码钥匙、
编码卡片、编码杆和编码盘等，其中应用最多的是编码钥匙。这种方式是先给各刀具都缚上一把表示该刀具号的编码钥匙，当把各刀具放到刀库的刀座中时，将编码钥匙插进刀座旁边的钥匙孔中。这样就把钥匙的号码转记到刀座中，给刀座编上了号码。识别装置可以通过识别钥匙上的号码来选取该钥匙旁边刀座中的刀具。
&& 编码钥匙的形状如图6-26（a）所示。图中除导向突起外，共有16个凸出或凹下的位置，故有＝65535种凸凹组合，可区别65535把刀具。
&& 图6-26（b）为编码钥匙孔的剖面图，钥匙2沿着水平方向的钥匙缝插入钥匙孔座，然后顺时针方向旋转90°，处于钥匙代码突起6的第一弹簧片5被撑起，表示代码“1”，
处于代码处的第二弹簧接触片7保持原状，表示代码“0”。由于钥匙上每个凸凹部分的旁
边均有相应的炭刷4或1。故可将钥匙各个凸凹部分均识别出来，即识别出相应的刀具。
这种编码方式称为临时性编码，因此从刀座中取出刀具时，刀座中的编码钥匙也取出，刀座中原来编码随之消失。因此，这种方式具有更大的灵活性。
& （4）计算机记忆方式 && 把刀具号和刀库上存刀位置（地址）对应地记忆在计算机存储
器或可编程序控制器的存储器内。刀库上安装位置检测装置，刀库上每个存刀位置（地
址）都可以通过位置检测装置测出。每次换刀的同时改变存储器内容，始终跟踪记忆哪号
刀具放于哪把存刀位置（地址）。这种方式选刀，刀具可任意取出，任意送回，而且刀具本身不必设编码元件，省去编码识别装置，使控制大为简化。非常适用于计算机控制的自
动换刀数控机床。是刀库选刀的发展方向，正被越来越多的各类数控机床自动换刀装置采
&& 4．刀具的识别
刀具编码的识别方式有接触式和非接触式两类。前者的编码信息载体和识别装置有磨损问题，因而当前主要采用非接触式。通常应用电磁感应或光电原理实现代码的识别。主要的识别方法有：
& （1）条形码识别&&& 此方法的刀具编码与刀具预调工作相结合。预调时，即对刀具进行编码，并通过与预调装置相连的打印机打印出条型码表，一由操作者贴到刀具上，然后将刀具投入系统。选刀时，用条型码阅读器进行精确的刀具识别。此方式的编码作业简单，但由于目前大部分机床安装刀具的操作仍然由人工完成，装错的可能性仍然存在。另外，在较脏的环境下，条型码容易从工具上脱落。
& （2）存储器识别 && 此法在刀具上埋入一种以硅片为基本元件的刀具数据载体，用以存
储刀具编码及其他特征数据（一般每个载体能够储64个刀具特征）。这种装置的优点是一旦刀具准备好，就可以用于系统中任意一台机床的任何刀位上，而不需要“对号入座”。
缺点是存储次数太多会降低刀具数据载体的寿命。一般在刀具数据载体的寿命期限内，可以进行一万多次存储循环。此方法可存储信息量多，使用也较方便可靠，因而颇受欢迎。
此外，图像识别技术也开始用于刀具识别中。
5. 换刀机械手
在加工中心的自动换刀系统中，是机械手具体执行刀具的自动更换，对其要求是迅速可靠、准确协调。由于加工中心机床的刀库和主轴，其相对位置距离不同，相应的换刀机械手的运动过程也不尽相同，它们由各种形式的机械手来完成。常见的机械手有：
& （1）单臂单爪回转式机械手。机械手的手臂可回转不同角度来进行自动换刀，手臂上
一个卡爪要执行刀库或主轴上的装卸刀。对更换刀具所花时间较长。
& （2）单臂双爪回转式机械手。在它的手臂上躺个卡爪，其中一个卡爪执行从主轴取
下“旧刀”送回刀库，另一卡爪则执行由刀库取出“新刀”送到主轴。换刀时间比单爪机
& （3）双臂回转式机械手（俗称扁担式）。这种机械手的两臂各有一个卡爪，可同时抓取刀库及主轴上的刀具，在回转180°之后又同时将刀具归四刀库及装入主轴，是目前加
工中心机床上最为常用的一种形式，换刀时间要比前两种都短。这种机械手在有的设计中还采用了可伸缩的臂。图6-27所示为上面三种机械手的示意图。
&& （4）双机械手相当于两个单臂单爪机械手经配合一起执行自动换刀。其中一个机械手
执行拔“旧刀”归回刀库，另一个机械手执行从刀库取“新刀”插入机床主轴上。
& （5）双臂往复交叉式机械手。这种机械手两臂可往复运动并交加一定角度，两个手臂分别称作装刀手和卸刀手。卸刀手完成往主轴上取下“旧刀”归回刀库，装刀手执行从刀库取出“新刀”装入主轴。整个机械手可沿导轨或丝杠作直线移动或绕某个转轴回转，以实现刀库与主轴之间的运送刀具工作。
& （6）双臂端面夹紧式机械手。它仅在夹紧部位上和前述几种不同，上述几种机械手均靠夹紧刀柄的外圆表面来抓住刀具，而此种机械手则是夹紧刀柄的两个端面。图6-28所示为后三种机械手示意图。
6．有机械手的换刀系统换刀过程示例
图6-29所示为一卧式加工中心，它的自动换刀装置由一个链式刀库和双手交叉式机
械手构成。四排链式刀库独立安装在机床左侧，在刀库与主轴之间装有机械手，机械手的滑座沿导柱上、下移动，能在四排刀链的任意一排刀链上选择所需刀具。
&& 自动刀具交换过程由图6-30所示的步骤给出：
第一阶段：完成主轴的刀具交换。主轴停止切削工件，主轴箱上升，立柱后退，把主轴箱带到换刀位置，同时主轴定位准停。待换刀指令发出后，即进行换刀，如图6-30①～⑦所示。主轴换刀后。即由主轴箱带着它快速接近工件，以进行下一工序的加工。
第二阶段：把用过的刀具送还刀库。如图6-30③―⒀所示。
第三阶段：选取新刀，为下一换刀过程作准备，如图6-30（14）―（19）所示。
&& 图6-30的过程完成了把已选取的下工序使用的刀具09安装到主轴上；同时把已用过的刀具05放回对应的刀座中；并预选好再下一工序使用的刀具46，并把它从刀库中取出放在装刀机械手中，等待下一次换刀指令的到来。
至此，加工中心机床完成了一次自动刀具交换（ATC）动作。
&&&&& &&&&&数控加工中心自动换刀装置的结构原理与维修
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摘要: 自动换刀装置是加工中心的重要执行机构，它的形式多种多样，目前常见的有以下几种。1．回转刀架换刀数控机床使用的回转刀架是最简单的自动换刀装置，有四方刀架、六角刀架，即在其上装有四把、六把或更多的刀具。回 ...
自动换刀装置是的重要执行机构，它的形式多种多样，目前常见的有以下几种。&1．回转刀架换刀使用的回转刀架是最简单的自动换刀装置，有四方刀架、六角刀架，即在其上装有四把、六把或更多的刀具。&回转刀架必须具有良好的强度和刚度，以承受粗加工的切削力：同时要保证回转刀架在每次转位的重复定位精度。&图1为六角回转刀架，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。
&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。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，还可以采用带动离合器定位，以及其他转位和定位机构。2．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8-18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45&，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。
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。3．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使用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，按一定的方式放入刀库中去。换刀时先在刀库中进行选刀，并由刀具交换装置从刀库和主轴上取出刀具，在进行交换刀具之后，将新刀具装入主轴，把旧刀具放回刀库。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，也可作为单独部件安装到机床以外，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增强它的刚度，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，因而能够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、布局以及具体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的方式，可以将刀库设计成多种形式。图8-19列出了最常用的几种。图8-19a~d是单盘式刀库，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(如图8-19a~c)，图8-19d是刀具可作90&翻转的圆盘刀库，采用这种结构能够简化取刀动作。单盘式刀库的结构简单，刀库的容量通常为15～30把，取刀比较方便，因此应用最为广泛。图8-19e是鼓轮弹仓式(又称刺猬式)刀库，其结构十分紧凑，在相同的空间内，它的刀库容量较大，但选刀和取刀的动作较复杂。图8-19f是链式刀库，其结构有较大的灵活性，存放刀具的数量也较多，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，提高了空间的利用率。图8-19g和8-19h分别为多盘式和格子式刀库，它们虽然也具有结构紧凑的特点，但选刀和取刀动作复杂，应用较少。刀库的容量一般为10~60，但随着加工工艺的发展，目前刀库的容量似乎有进一步增大的趋势。图8-20为一龙门式加工中心采用的链式刀库实例，图8-21为一立式加工中心的圆盘式刀库实例。
8.4.3& 刀具交换装置数控机床的刀具交换方式通常分为由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的影响。&
由刀库与机床主轴的相对运动实现刀具交换的装置，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，这两个动作不可能同时进行，因此换刀时间长。如图8-20所示的龙门加工中心，就是采用这类刀具交换方式的实例。它的选刀运动由伺服电动机驱动链式刀库旋转来完成，换刀运动由主轴箱沿Y和Z轴运动来完成。采用机械手进行刀具交换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(地址)对应地记忆在数控系统的PC中，不论刀具放在哪个刀套内都始终记忆着它的踪迹。刀库上装有位置检测装置(一般与电动机装在一起)，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。刀库上还设有机械原点，使每次选刀时，就近选取，如对于盘式刀库来说，每次选刀运动或正转或反转不会超过180&。
图8-22为凸轮机械手换刀结构图，图8-23为凸轮机械手换刀动作实例。
刀库及换刀机械手结构较复杂，且在工作中又频繁运动，所以故障率较高，目前机床上有50％以上的故障都与之有关。如刀库运动故障，定位误差过大，机械手夹持刀柄不稳定，机械手动作误差过大等。这些故障最后都造成换刀动作卡位，整机停止工作。因此刀库及换刀机械手的维护十分重要。1．刀库及换刀机械手的维护要点1)严禁把超重、超长的刀具装入刀库，防止在机械手换刀时掉刀或刀具与工件、夹具等发生碰撞。2)顺序选刀方式必须注意刀具放置在刀库中的顺序要正确，其他选刀方式也要注意所换刀具是否与所需刀具一致，防止换错刀具导致事故发生。3)用手动方式往刀库上装刀时，要确保装到位，装牢靠，并检查刀座上的锁紧装置是否可靠。4)经常检查刀库的回零位置是否正确，检查机床主轴回换刀点位置是否到位，发现问题要及时调整，否则不能完成换刀动作。5)要注意保持刀具刀柄和刀套的清洁。&&6)开机时，应先使刀库和机械手空运行，检查各部分工作是否正常，特别是行程开关和电磁阀能否正常动作。检查机械手液压系统的压力是否正常，刀具在机械手上锁紧是否可靠，发现不正常时应及时处理。2．刀库的故障刀库的主要故障有：刀库不能转动或转动不到位；刀套不能夹紧刀具；刀套上下不到位等。(1)刀库不能转动或转动不到位 刀库不能转动的原因可能有：①联接电动机轴与蜗杆轴的联轴器松动；②故障，应检查变频器的输入、输出电压是否正常；③无控制输出，可能是接口板中的失效；④机械连接过紧；⑤电网电压过低。刀库转不到位的原因可能有：电动机转动故障，传动机构误差。(2)刀套不能夹紧刀具& 原因可能是刀套上的调整螺钉松动，或弹簧太松，造成卡紧力不足；或刀具超重。(3)刀套上下不到位& 原因可能是装置调整不当或加工误差过大而造成拨叉位置不正确；限位开关安装不正确或调整不当而造成反馈信号错误。3．换刀机械手故障(1)刀具夹不紧掉刀& 原因可能是卡紧爪弹簧压力过小；或弹簧后面的螺母松动；或刀具超重；或机械手卡紧锁不起作用等。(2)刀具夹紧后松不开& 原因可能是松锁的弹簧压合过紧，卡爪缩不回：应调松螺母，使最大载荷不超过额定数值。(3) 刀具交换时掉刀& 换刀时主轴箱没有回到换刀点或换刀点漂移，机械手抓刀时没有到位，就开始拔刀，都会导致换刀时掉刀。这时应重新移动主轴箱，使其回到换刀点位置，重新设定换刀点。二、& 自动换刀装置故障维修10例1．机械手故障的维修例1．故障现象：某加工中心采用凸轮机械手换刀，机械手结构及换刀程序如图2-22、图2-23所示。换刀过程中，动作中断，发出2035#报警，显示内容：机械手伸出故障。分析及处理过程：根据报警内容，机床是因为无法执行下一步“从主轴和刀库中拔出刀具”，而使换刀过程中断并报警。机械手未能伸出完成从主轴和刀库中拔刀动作，产生故障的原因可能有：(1)“松刀”感应开关失灵& 在换刀过程中，各动作的完成信号均由感应开关发出，只有上一动作完成后才能进行下一动作。第3步为“主轴松刀”，如果感应开关未发信号，则机械手“拔刀”就不会动作。检查两感应开关，信号正常。(2)“松刀”电磁阀失灵& 主轴的“松刀”，是由电磁阀接通液压缸来完成的。如电磁阀失灵，则液压缸未进油，刀具就“松”不了。检查主轴的“松刀”电磁阀动作均正常。(3)“松刀”液压缸因液压系统压力不够或漏油而不动作，或行程不到位& 检查刀库松刀液压缸，动作正常，行程到位；打开主轴箱(图8-2)后罩，检查主轴松刀液压缸，发现也已到达松刀位置，油压也正常，液压缸无漏油现象。(4)机械手系统有问题，建立不起“拔刀”条件& 其原因可能是：电动机控制电路有问题。检查电动机控制电路系统正常。(5)主轴系统有问题& 主轴结构示意图如图8-2所示。刀具是靠碟簧通过拉杆和弹簧卡头而将刀具柄尾端的拉钉拉紧的；松刀时，液压缸的活塞杆顶压顶杆，顶杆通过空心螺钉推动拉杆，一方面使弹簧卡头松开刀具的拉钉，另一方面又顶动拉钉，使刀具右移而在主轴锥孔中变“松”。主轴系统不松刀的原因估计有以下4点：①刀具尾部拉钉的长度不够，致使液压缸虽已运动到位，而仍未将刀具顶“松”；②拉杆尾部空心螺钉位置起了变化，使液压缸行程满足不了“松刀”的要求；③顶杆出了问题，已变形或磨损；④弹簧卡头出故障，不能张开：⑤主轴装配调整时，刀具移动量调得太小，致使在使用过程中一些综合因素导致不能满足“松刀”条件。处理方法：拆下“松刀”液压缸，检查发现：这一故障系制造装配时，空心螺钉的“伸出量”调整得太小，故“松刀”液压缸行程到位，而刀具在主轴锥孔中“压出”不够，刀具无法取出。调整空心螺钉的“伸出量”，保证在主轴“松刀”液压缸行程到位后，刀柄在主轴锥孔中的压出量为0.4~0.5mm。经以上调整后，故障排除。例2．故障现象：JCS-018A立式加工中心(北京精密机床厂生产)机械手失灵；手臂旋转速度快慢不均，气液转换器失油频率加快，机械手旋转不到位，手臂升降不动作，或手臂复位不灵。调整SC-15节流阀配合手动调整，只能维持短时间正常运行，且排气声音逐渐浑浊，不像正常动作时清晰，最后到不能换刀。分析及处理过程：1)手臂旋转75&抓主轴和刀套上的刀具，必须到位抓牢，才能下降脱刀。动作到位后旋转180&，换刀位置上升分别插刀，手臂再复位、刀套上。手臂75&、180&旋转，其动力传递是压缩空气源推动气液转换器转换成液压油由电控程序指令控制，其旋转速度由SC-15节流阀调整；换向由5ED-IONl8F电磁阀控制。一般情况下，这些元器部件的寿命很长，可以排除这类存在的问题。
2)因刀套上下和手臂上下是独立的气源推动，排气也是独立的消声排气口，所以不受手臂旋转力传递的影响；但旋转不到位时，手臂升降是不可能的。根据这一原理，着重检查手臂旋转系统执行元器件成为必要的工作。
3)观察75&、180&手臂旋转或不旋转时液压缸伸缩对应气液转换各油标升降、高低情况，发觉左右配对的气液转换器，左边呈上限右边就呈下极限，反之亦然，且公用的排气口有较大量油液排出。分析气液转换器、尼龙管道均属密闭安装，所以此故障原因应在执行器件液压缸上。
4)拆卸机械手液压缸，解体检查，发现活塞支承环O形圈均有直线性磨损，已不能密封。液压缸内壁粗糙，环状刀纹明显，精度太差。更换上北京精密机床厂生产的80缸筒，重装调整后故障消失，正常运行至今已7年，未再发生机械手换刀失灵故障。
例3．故障现象：某配套FANUC 11系统的BX-110P加工中心，JOG方式时，机械手在取送刀具时，不能缩爪。机床在JOG状态下加工工件时，机械手将刀具从主刀库中取出送入送刀盒中，不能缩爪，但却不报警；将方式选择到ATC状态，手动操作都正常。
分析及处理过程：经查看梯型图，原来是限位开关LS916并没有压合；调整限位开关位置后，机床恢复正常。但过一段时间后，再次出现此故障，检查LS916并没松动，但却没有压合，由此怀疑机械手的液压缸拉杆没伸到位。经查发现液压缸拉杆顶端锁紧螺母的紧定螺钉松动，使液压缸伸缩的行程发生了变化；调整了锁紧螺母并拧紧紧定螺钉后，此故障排除。例4．换刀不到位的故障维修故障现象：自动换刀时刀链运转不到位。当进行到自动换刀程序时，刀库开始运转，但是所需要换的刀具没有传动到位，刀库就停止运转了。3min后机床自动报警。分析及处理过程：MPA-H100A加工中心是日本三菱公司广岛工机工厂生产，所配CNC系统为FANUC 6M-MODELB，工作台为1000mm×l000mm，60把刀具。由上述故障查报警知道是换刀时间超出。此时在MDI方式中，无论用手动输入刀库顺时针旋转还是逆时针旋转动作指令，刀库均不动作。检查控制系统，没有发现什么异常；PLC输出指示器上的发光燃亮，表明PLC有输出，刀库顺时针和逆时针传动电磁阀上的逆时针一侧的发光二极管燃亮，表明电磁阀有电，此时刀库不动作，那么问题应该发生在液压系统或者其他方面。但是液压系统的压力正常，各油路均畅通并无堵塞现象；检查各个液压阀的液压器件也没有发现什么问题，估计故障可能出在液压马达上。为此，拆除了防护罩，卸下了液压马达，能拆卸检查的部位，都作了检查，也没有发现什么问题；后又将液压马达送到大连组合机床研究所去鉴定，其测试结论是液压马达是完好的。经在场的同志们仔细分析研究后认为，问题只能有一个，那就是机械方面的故障；但刀库的各部位，各个零部件均无明显的损伤痕迹，因此机械损坏故障可排除在外；最后问题归结为一点，即刀库负载太重，或者有阻滞的部位，以至液压马达带不动所致。事实上的确如此。我们在加工10t叉车箱体时，由于工件较复杂，加工面较多，所用刀具多达40多把，而且大的刀具，长的刀具(最长的刀具达550mm)，重的刀具(最重的刀具达25kg以上)用量都很大，而且我们忽略了刀具在刀库上的分布情况，重而长的刀具在刀库上没有均匀分布，而是集中于一段，以至造成刀库的链带局部拉得太紧，变形较大，并且可能有阻滞现象，所以机床的液压马达带不动。最后我们把刀库链带的可调部分稍松了一些，结果一切都恢复正常，说明问题的确是出在机械上。注意：刀库的链带又不能调得太松，否则会有“飞刀”的危险。有一次机械手在刀库侧抓刀时，当把刀具拔出、然后上升、再进行180&旋转时，刀具突然被甩出，险些酿成大祸。分析这起故障的原因，就是因为刀库链带太松的缘故。该机床机械手的两个卡爪是靠向下的推力而被刀柄的外径向外挤开，然后靠弹簧的张力来夹紧刀具的。当机械手向下抓刀时，由于链带太松，链带也随着机械手向下的推力而向下拱曲，结果机械手的卡爪只抓住刀柄的一大半，并没有完全抓靠、抓牢，当机械手旋转时，由于刀具很重，在离心力的作用下，刀具就沿切线方向甩出去。经把链带稍微紧了一下，就再也没有发生类似情况。维修体会：刀库的驱动系统不外乎有两类，一类是机械传动，一类是液压传动。MPA-H100A加工中心是20世纪80年代初的产品，采用液压传动方式，即采用液压马达、电磁阀、流量控制阀等来驱动刀库的运转。与采用变频调速电动机驱动的刀库相比，就其电气控制系统而言，要简单得多，也比较直观，一般不容易出现故障。但它也会随着设备的使用环境、加工条件、工件的复杂程度、所用刀具的多少而有所变化，尤其是刀具的长度、刀具的重量以及刀具在刀库的分布情况，这些都是故障可能因素。回转刀架故障的维修例5．故障现象：SAG210/2NC数控车床刀架电动机起不动，刀架不能动作。分析及处理过程：SAG210/2NC及CKD6140及数控车床，与之配套的刀架为LD4-I四工位电动刀架。分析该故障产生的原因，可能是电动机相序接反或电压偏低，但调整电动机电枢线及电源电压，故障不能排除。说明故障为机械原因所致。将电动机罩卸下，旋转电动机风叶，发现阻力过大。拿开电动机进一步检查发现，蜗杆轴承损坏，电动机轴与蜗杆离合器质量差，使电动机出现阻力。更换轴承，修复离合器后，故障排除。例6．故障现象：SAG210/2NC数控车床刀架的上刀体抬起但转动不到位。分析及处理过程：该车床所配套的刀架同上例。根据电动刀架的机械原理分析，上刀体不能转动可能是粗定位销在锥孔中卡死或断裂。拆开电动刀架更换新的定位销后，上刀体仍然不能旋转到位。在重新拆卸时发现在装配上刀体时，应与下刀体的四边对齐，而且齿牙盘必须啮合，按上述要求装配后，故障排除。例7．故障现象：匈牙利EEN-400数控车床刀架定位不准。分析及处理过程：EEN-400数控车床是由匈牙利SEIN公司生产的，所配的刀架是由保加利亚生产的，可装6把刀。经查定位不准的主要原因是刀架部分的机械磨损较严重，已不能通过常规的调整、刀补间隙补偿等手段来解决，需考虑进行整体更换。经了解，国内的数控刀架生产厂家已能生产相同性能的卧式6刀位刀架，作适当的处理，就可以使用。以陕西省机械研究院生产的JYY卧式数控电动刀架更换了原刀架后，恢复了定位精度，经使用一年多宋，一直正常。例8．加工尺寸失控的故障维修故障现象：南京JN系列数控系统加工尺寸不能控制。分析及处理过程：该机床为采用南京江南机床数控工程公司的JN系列机床数控系统而改造的经济型数控车床，其刀架为LD4-I型电动刀架。该机床在产品加工的过程中，发生其加工尺寸不能控制的现象，操作者每次在系统中修改参数后，数码显示器显示的尺寸与实际加工出来的尺寸相差很大，且尺寸的变化无规律可寻，即使不修改系统的加工参数，加工出来的产品尺寸也在不停地变化。因该机床主要是进行内孔加工，因此尺寸的变化主要反应在X轴上。为了确定故障部位，采用替换法，将X轴的驱动信号与Z轴的驱动信号进行交换，即用2轴控制信号去驱动X轴，而用X轴控制信号去驱动Z轴。替换后故障依然存在，这说明X轴的驱动信号无故障，同时也说明故障源应在X轴步进电动机及其传动机构、滚珠丝杠等硬件上。检查上述传动机构、滚珠丝杠等硬件均无故障，进一步检查X轴轴向重复定位精度也在其技术指标之内。是何原因产生X轴加工尺寸不能控制呢?思考检查分析故障的思路，发现在分析检查中忽略了一个重要的部件——电动刀架。检查电动刀架的每一个刀号的重复定位精度，发现电动刀架定位不准。分析电动刀架定位不准的原因，若是电动刀架自身的机械定位不准，故障应该是固定不变的，不应该出现加工尺寸不能控制的现象，定有其他的原因造成该故障现象。检查电动刀架的转动情况，发现电动刀架在抬起时，有一铁屑卡在里面。铁屑使定位不准，这就是故障源。
拆开电动刀架，用压缩空气将电动刀架定位齿盘上的铁屑吹干净，重新装配好电动刀架后，故障排除。
例．刀库无法旋转的故障维修
例9．故障现象：自动换刀时刀链运转不到位。当进行到自动换刀程序时，刀库开始运转，但是所需要换的刀具没有传动到位，刀库就停止运转了。3min后机床自动报警。
分析及处理过程：TH42160龙门加工中心采用的链式刀库如图8-20所示，其配套的CNC系统为SIEMENS 840D。&由上述故障查报警知道是换刀时间超出。此时在MDI方式中，无论用手动输入刀库顺时针旋转还是逆时针旋转动作指令，刀库均不动作。检查电气控制系统，没有发现什么异常；PLC输出指示器上的发光二极管燃亮，表明PLC有输出，那么问题应该发生在机械传动方面。估计故障可能出在减速器上。为此，拆除了防护罩，卸下了伺服电动机，拆开减速器，发现减速器内一传动轴上的联接键脱落，致使动力传动路线中断，刀库无法旋转。修复减速器后，故障排除。例10．故障现象：自动换刀时刀链运转不到位，刀库就停止运转了，机床自动报警。分析及处理过程：TH42160龙门加工中心采用的链式刀库如图8-20所示，其配套的CNC系统为SIEMENS 840D。由上述故障查报警知道是刀库伺服电动机过载。检查电气控制系统，没有发现什么异常，问题应该发生在机械传动或其他方面：①刀库链或减速器内有异物卡住：②刀库链上的刀具太重：③润滑不良：经过检查上述三项正常。卸下伺服电动机，发现伺服电动机内部有许多切削液，致使线圈短路所致。观察原因是电动机与减速器联接处的密封圈磨损，从而导致切削液渗入电动机。更换密封圈和伺服电动机后，故障排除。
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