经济型数控车床自动换刀原理与维修
2022-5-12 来源：山东华宇工学院 作者：赵宏霞
摘要：目的：保证经济型数控车床运行的稳定性，要优化自动换刀装置的运行效果，维持运行作业效率质量。方法：在明确经济型数控车床自动换刀原理的同时，针对可能存在的问题予以预警分析，并及时落实维修处理工作，依据故障查找、故障原因分析、故障维修排除、检测运行的流程完善相关维修工作，并对回转刀架换刀、更换主轴头换刀、带刀库自动换刀系统予以集中分析，了解容量、布局以及具体结构对数控车床自动换刀工作产生的影响，全面分析和明确具体的换刀流程。结论：为后续全面提高维护养护水平提供保障，充分发挥数控车床应用优势，提高经济型数控车床的实际应用效率。
关键词：经济型数控车床；自动换刀；原理；维修
在经济型数控车床应用管理过程中，要维持自动换刀装置定位的准确性，确保能贴合换刀时间短、刚性强的实际应用标准，避免故障问题对应用效率产生的影响，则需打造良好的设备应用环境。目前，中小企业中，经济型数控车床的应用范围较广，为保证其应用效果，就需及时排除故障。另外数控系统中电子器件的
性能和寿命离散性较高，利用电气控制必然会存在应用隐患，所以须及时检索故障原因。
1、经济型数控车床自动换刀原理和具体操作
1.1 基本原理
电动刀架的基本工作原理如下：系统在获取指令后发出对应的换刀信号，从而配合相应的处理工序对继电器予以控制，实现电机正转，借助涡轮元件、蜗杆远近及螺杆远近将销盘直接推动到指定高度，此时离合销就会进入离合盘槽，带动欧承重实现上刀位的转位处理。到达刀位后，霍尔元件发出信号，电动机自动反转，此时，反靠销进入盘槽，刀架就能进行基础的粗定位处理，利用销盘下降的指令处理方式，确保端齿匹配度合理，实现精准定位。
与此同时，在刀架换刀应用工序中，还要借助强电回路控制、交流回路控制和信号回路控制基础单位完成电气控制。常规化的四工位刀架要借助机床PLC实现换刀处理，匹配 I/O 信号进行逻辑处理计算分析，完成顺序控制。
1.2 具体操作
1.2.1 回转刀架换刀操作
回转刀架应用处理过程中，因其本身具有较好的强度和刚度，故才能承受粗加工产生的切削力，为满足重复定位的精度，要按照标准流程完成相应操作。
（1）抬起刀架。在数控装置获取对应换刀指令后，压力油会从入孔直接进入压紧液压缸的下腔，形成初始指令应用模式，对应的活塞上升，刀架体随之抬起，此时利用具有定位功能的活动插销完成合拢和脱开处理，有效维持应用效果。与此同时，活塞杆的下端齿轮离合器和空套齿轮形成结合作用，完成初始工作内容。
（2）刀架完成转位处理。刀架抬起操作结束后，压力油进入转位液压缸，活塞随之移动，借助连接板带动齿轮产生对应方向的移动，空套齿轮形成逆时针转动模式，借助端齿离合器将刀架旋转到固定角度。此时，活塞的整个行程轨迹一般是齿轮周长的1/6，配合限位开关建立对应的控制方案。
（3）刀架压紧处理。转位操作结束后，压力油进入压紧液压缸上腔，活塞此时带动刀架体形成下降趋势，齿轮带动圆柱固定插销，配合活动插销在最大程度上消除定位销和孔之间产生的间隙，从而有效形成反靠定位处理工序。另外，刀架体下降过程中，定位活动插销和固定插销之间能形成夹紧的模式，同时齿轮和齿圈锥面直接接触，刀架就能完成新的位置定位夹紧操作，端齿离合器和空套齿轮分离。
（4）建立转为液压缸复位处理。刀架压紧操作结束后，压力油从孔直接进入转位液压缸腔体，此时活塞会直接借助压力产生的风量带动齿条完成复位操作，因端齿离合器本身已处于脱开状态，所以齿条会直接带动齿轮完成空转。若是定位和夹紧操作均满足动作要求和指令标准，则推杆和触头就能形成良性接触，就会直接发送换刀结束信号，整个经济型数控车床就能继续完成匹配的切削加工操作。
1.2.2 更换主轴头换刀操作
针对具有旋转刀具的数控机床，有效进行主轴头更换能在提升操作效率的同时，还可以借助自动换刀优化工作准确性和规范性。一般而言，砖塔的不同主轴头位置要预先安装匹配不同工序的旋转刀具，在系统接收到对应换刀指令后，主轴头就会依次旋转到加工的具体位置，并且有效连接主轴运动位置完成运动处理，保证主轴能带动刀具形成旋转趋势。此时，没有处在加工位置的主轴会自动和主运动模块脱开，避免出现误操作。
另外，因为空间位置存在一定限制，因此主轴部位的结构一般采取灵活运动模式，这就会对主轴系统的刚度有一定影响，要提升主轴的刚度水平，则要限制主轴的实际应用数量，避免结构尺寸增大产生的不稳定性因素。更换主轴头处理方案最大的优势在于能有效减少卸刀、装刀等操作产生的偏差，维护应用可靠性合规发行，减少换刀时间。
1.2.3 带刀库自动换刀系统处理模式
在加工的同时将刀具安装在标准刀柄位置，并调整尺寸，按照标准方式完成刀库吹工序，维持主轴应用的合理性，满足精密加工的基本要求。这种处理方式使刀库能存放一定数量刀具，符合工序加工的应用要求，也能提升机床的加工时效性，更适用于数控钻床、数控铣床等自动换刀装置处理工序中。
2、经济型数控车床自动换刀维修流程
2.1 故障查找
为保证维修效果，在发现电路故障后须及时进行对应位置的查找，从而维持综合维修处理的效果，一般是从电路故障和机械故障两个方面予以分析。
2.1.1 电路故障查找
（1）确定刀架的具体换刀位置，若换刀位置准确，就直接启动后续的换刀操作指令，然后开始相应的检查工作。若刀架位置不准确，就要对刀架位置予以修正，错误的刀架位置会对电路检测的时效性和准确性产生影响。
（2）打开刀架盖，结合实际应用规范分析刀架内部的开关位置，多数设备都会在四个角设置霍尔开关，观察对应位置的准确性。
（3）关闭盖子，开启经济型数控车床，进行试运行，观察运行效果。若车床存在过冲或滞后运行问题，需集中开展故障分析。若开关位置和故障问题无关联，就说明故障问题不是电路产生的。
2.1.2 机械故障查找
若要判断数控车床自动换刀装置是否存在机械故障问题，需先进行拆卸分析，由于自动刀架应用内螺旋结构完成传动处理，因此卸载时要注意：一般以自上而下的方式完成拆卸，观察霍尔开关位置是否存在改变或松动；并观察线头、断头等位置，标记好后完成记录。另外，要依据操作规程插入蜗杆端头进行顺时针旋转检测，观察端面齿盘磨损情况，然后综合判定其运行效果。
除此之外，操作人员要统计确认换刀装置的检测结果，尤其是端面齿板的磨损状态，避免过冲或滞后等问题对自动换刀维修装置产生影响。
2.2 故障原因分析
查找出故障后就要分析故障的主要原因，然后才能落实相匹配的故障处理方案。
第一，检查定位销，确认位置，并测量销孔，一般是提起刀架后测定机械位置和机械距离。
第二，刀架抬起后，设备中销钉的后端会受到弹簧的推力，内控长度随之缩减，形成弯曲状态。若阻力增加，则会造成刀架超调亦或是刀架操作滞后。
2.3 故障维修排除
判定相应问题后，就要制定对应的处理措施。本论述主要以机械故障维修排除为例，一般要及时更换圆柱销，确保定位的准确性。在应用过程中，圆柱销在孔内实现滑动操作，方向为自上而下，只有保证其耐磨性、韧性和强度，才能保证应用过程合理性。利用 UQ材料时，要将其作为基孔间隙材料，利用热处理满足HRC48-52硬度要求，实现装配工作和后处理工作。
另外，要对刀架涡轮蜗杆机构予以修复，确保精准定位的同时，修复后及时添涂红丹粉，形成保护机理。要将蜗杆和涡轮拆卸后修复具体结构，确保维修应用的最优化。
在数控车床应用管理中，传感器问题、接口问题、电源故障问题等较为常见，利用新型技术体系配合数控原理分析，就能提升故障维修的效率，从而减少故障产生的经济损失。
2.4 检测试行
在完成自动刀架装配工作后，要对其进行精密性检测，以保证能及时分析刀架定位的精度。
（1）换刀操作中，要对4个基础刀位进行依次换刀，观察重复换刀动作的连贯性，并及时观测盘式刀库中相应刀片的情况，记录数据，有效调整刀片位置。
（2）利用小车天梯轴程序进行试运行分析，完成基础试验操作后对工位加装外圆刀具，确保工件检查的合理性和完整性。
（3）操作人员要借助 50 mm 量规和千分表进行标准长度的测定和分析，圆度误差为0.001 mm、重复定位精度为0.001 mm～0.002 mm。
3、案例
案例1：以西门子802S系数控车床为例，程序从运行状态切换到换刀指令过程中出现运转停止状态，不能继续后续操作。此时，要对数控系统指令操作予以存在异常。所以，及时调整电源的两相结构，数控机床恢复正常运行。
案例2：某焊矿机械厂采用 CKD6163 系数控车床，执行换刀操作后，电机实现了正向旋转，但是旋转出现连续不停的问题。维修人员利用重新编程的方式更其他刀具发现问题消失，则判定是刀具问题，将刀位手动停在故障位后，检查发现存在高电平问题，说明对应的霍尔元件出现损坏，更换霍尔元件后，整体车床运行恢复正常。
4、结束语
经济型数控车床的应用范围在不断扩大，为维持其应用水平，需整合具体的应用要求，对质量和性能予以关注，满足安全性能高和定位准确的要求，优化自动换刀装置的控制力，及时检索问题和故障并维修，利用针对性处理方案打造良好的工作环境，优化数控车床的水平，实现经济效益、社会效益的共赢。
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