经济型数控车床自动换刀原理与维修

为了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。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为后续全面提高维护氧化水平提供保障，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。

                

：赵宏霞，：1978年09月，女，籍贯：吉林省吉林市，职称：高级工程师  大学本科工学学士  研究方向：机械电气工程。

山东华宇工学院校级科研平台：数控刀具制造工艺技术研发中心

在經济型数控车床应用管理的过程中，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，打造良好的设备应用环境。在中小企业中，经济型数控车床的应用范围较广，为了保证其应用效果，就要及时排除故障问题。加之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，所以要及时检索故障原因。

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，实现电机的正转，借助涡轮元件、蜗杆远近以及螺杆远近将销盘直接推动到指定的高度位置上，此时的离合销就会进入离合盘槽位置，带动的欧承重就能实现上刀位的转位处理。达到刀位后，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。

1.2.1回转刀架换刀操作

在回转刀架应用处理的过程中，其本身具有较好的强度和刚度，才能承受粗加工产生的切削力，为了满足重复定位的精度，要按照标准流程完成对应操作。1）抬起刀架，在数控装置获取对应换刀指令后，压力油就会从入孔直接进入到压紧液压缸的下腔位置，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，要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，在刀架抬起操作结束后，压力油进入到转为液压缸位置，活塞随之移动，借助连接板就能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的角度。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，在转位操作结束后，压力油会进入到压紧液压缸的上腔位置，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，配合活动插销就能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。值得一提的是，在刀架体下降过程中，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，在刀架压紧操作结束后，压力油会从孔直接进入到转位液压缸的腔体内，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，因为端齿离合器本身已经处于脱开状态，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，会直接发送换刀结束的信号，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，借助自动换刀大大优化工作准确性和规范性。一般而言，在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，因为空间位置会存在一定的限制性，因此，主轴部位的结构一般采取的是灵活运动模式，这就会对主轴系统的刚度形成作用，要想提升主轴的刚度水平，就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就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，满足了精密加工的基本刦。这种处理方式使得刀库能存放一定数量的刀具，符合工序加工的应用要求，也能提升机床的加工时效性，更加适用在数控钻床、数控铣床等自动换刀装置处理工序中。

为了保证维修效果，要在发现电路故障后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：

1）确定刀架的具体换刀位置，若是换刀位置准确，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。若是刀架位置不准确，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。若是车床存在过冲或者是滞后运行的问题，就要集中开展故障分析。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。

若是要判断数控车床自动换刀装置是否存在机械故障问题，就要先进行拆卸分析，自动刀架应用内螺旋结构完成传动处理，因此，卸载时要注意分寸，一般是选取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者是松动。并且，要观察线头、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，避免过冲或者是滞后等问题对自动换刀维修装置产生影响。

在进行故障查找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，一般是提起刀架然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。若是阻力增加，则会造成刀架超调亦或是刀架操作滞后。

判定相应问题后，就要制定对应的处理措施。本文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，要对刀架蜗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。要将蜗杆和蜗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。

在完成自动刀架装配工作后，要对其进行精密性的检测，以保证能及时分析刀架定位的精度。

第一，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，并及时盘式刀库中相应刀片的情况，记录数据，有效调整刀片的位置。

第二，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。

第三，操作人员要借助50mm量规和千分表进行标准长度的测定和分析，圆度的误差在0.001mm、重复定位精度在0.001mm到0.002mm之间。

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，维修人员要对数控系统指令操作予以分析，因为指令发布正常，因此排除数据控制系统的问题，此时，维修人员将自动换刀切换到手动换刀，发现依旧无法操作，于是拆卸电机利用扳手盘动换刀装置，此时出现电机旋转方向相反的情况，就说明动力网体系中電源相序存在异常。所以，维修人员及时调整了电源的两相结构，数控机床恢复正常运行。

案例2：某焊矿机械厂应用的是CKD6163系数控车床，在执行换刀操作后，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换其他刀具发现问题消失，就判定是刀具问题，将刀位手动停在故障位后，检查发现存在高电平的问题，说明对应的霍尔元件出现损坏，维修人员更换了霍尔元件，整体车床运行恢复正常。

总而言之，经济型数控车床的应用范围在不断扩大，为了维持其应用水平，要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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