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数控车床回转刀架常见故障的检测和维修

时间:2012-06-19 来源:www.dqjsw.com.cn 编辑:电气自动化技术网 点击:次 字体设置:
回转刀架作为数控车床的重要配置,在机床运行工作中起着至关重要的作用,一旦出现故障很可能造成工件报废,甚至造成卡盘与刀架碰撞的事故。在数控机床的故障维修中,电气控制部分线路复杂,故障现象多变,有些故障现象不太明显,查找难度比较大,而机械部分与普通机床比较类似,故障相对容易排除。
       数控刀架:数控刀架是数控车床最普遍的一种辅助装置,它可使数控车床在工件一次装夹中完成多种甚至所有的加工工序,以缩短加工的辅助时间,减少加工过程中由于多次安装工件而引起的误差,从而提高机床的加工效率和加工精度。分为排式刀架,回转刀架和带刀库的自动换刀装置!又分为通用刀架和专用刀架! 
       工作原理:需要换刀时,控制系统发出刀架转位信号,三相异步电机正向旋转,通过蜗杆副带动螺杆正向转动,与螺杆配合的上刀体逐渐抬起,上刀体与下刀体之间的端面齿慢慢脱开;与此同时,上盖圆盘也随着螺杆正向转动(上盖圆盘1通过圆柱销与螺杆联接),当转过约270°时,上盖圆盘直槽的另一端转到圆柱销的正上方,由于弹簧的作用,圆柱销落入直槽内,于是上盖圆盘就通过圆柱销使得上刀体转动起来(此时端面齿已完全脱开)。
上盖圆盘、圆柱销以及上刀体在转动过程中,反靠销能够从反靠圆盘中十字槽的左侧斜坡滑出,而不影响上刀体寻找刀位时的正向转动。
上刀体带动磁铁转到需要的刀位时,发信盘上对应的霍尔元件输出低电平信号,控制系统收到后,立即控制刀架电动机反转,上盖圆盘通过圆柱销带动上刀体开始反转,反靠销马上就会落入反靠圆盘的十字槽内,至此,完成粗定位。此时,反靠销从反靠圆盘的十字槽内爬不上来,于是上刀体停止转动,开始下降,而上盖圆盘继续反转,其直槽的左侧斜坡将圆柱销的头部压入上刀体的销孔内,之后,上盖圆盘的下表面开始与圆柱销的头部滑动。在此期间,上、下刀体的端面齿逐渐啮合,实现精定位,经过设定的延时时间后,刀架电动机停转,整个换刀过程结束。
由于蜗杆副具有自锁功能,所以刀架可稳定地工作。
 
      功能作用:数控机床上的刀架是安放刀具的重要部件,许多刀架还直接参与切削工作,如卧式车床上的四方刀架,转塔车床的转塔刀架,回轮式转塔车床的回轮刀架,自动车床的转塔刀架和天平刀架等。这些刀架既安放刀具,而且还直接参与切削,承受极大的切削力作用,所以它往往成为工艺系统中的较薄弱环节。随着自动化技术的发展,机床的刀架也有了许多变化,特别是数控车床上采用电(液)换位的自动刀架,有的还使用两个回转刀盘。加工中心则进一步采用了刀库和换刀机械手,定现了大容量存储刀具和自动交换刀具的功能,这种刀库安放刀具的数量从几十把到上百把,自动交换刀具的时间从十几秒减少到几秒甚至零点几秒。因此,刀架的性能和结构往往直接影响到机床的切削性能、切削效率和体现了机床的设计和制造技术水平。

  在数控车床使用的过程中难免会出现各种故障,所以故障的维修就成了数控车床使用者最关键的因素。而众多故障中,刀架故障占有很大比例。由于机床销售公司的售后服务不能得到及时保证,所以懂得一些维修技术可以快速判断故障所在,缩短维修时间,让机床能尽快的从新运作起来。在这里,我们有必要对刀架日常工作中所遇到的故障及相应的解决方法予以分析。

  一  刀架故障情况初步判断方法

  1 听。1)接到维修要求时,应仔细聆听操作工反映的现象,对产生疑问的地方,应询问清楚,以便排除人为因素造成的问题。2)现场聆听刀架运转声音,以便观察是否存在异常噪声。
  2 看。1)看刀架运转过程是否正常。2)观察被加工零件的精度以及零件表面切屑痕迹,以便判断刀架是否锁紧,重复定位是否良好。
  3 转。对有的故障的刀架,不要急于拆卸,可用手工方式转动刀架。对于四工位刀架,其蜗杆端部都有一个6mm内六角孔,先拆除段该处一颗密封螺钉,便可以用六角扳手或螺钉旋具转动蜗杆,使刀架进行转位、锁紧。

  二  刀架常见故障发生原因及排除方法

  1 电动机故障
  1)三相电源线相序接反。排除方法:立即切断电源,调整三相电源相序。2)电压过低。排除方法:待电源电压正常后再使用或增加一只稳电压一提供稳压电源。3)电动机损坏。排除方法:更换电动机。

  2 刀架不转或卡死
  1)弹簧断裂。排除方法:更换弹簧,注意两对销子不要弄混。2)离合器的导销断裂。排除方法:更换导销,注意离合器与螺杆连接的柱销孔的位置。3)主轴弯曲或断裂。排除方法:更换主轴,更换方式要参照相应刀架型号的主轴说明而定,不可随意改动主轴尺寸,否则将严重影响刀架的使用寿命。4)外端齿盘处的导销断裂。排除方法:更换导销,注意外端齿盘、螺母、上刀体的位置关系。5)刀架转位,但刀架转过多个刀位,且不能固定于任意刀位处。排除方法:检测霍尔元件静态参数和动态参数,若参数不正常则更换元件。更换CPU板和位置倍板。

  3 刀架锁不紧
  1)发信盘位置没对正。排除方法:拆开刀架的顶盖,旋动并调整发信盘位置,使刀架的霍尔元件对准磁钢,使刀位停在准确位置。2)系统反锁时间不够长。排除方法:调整系统反锁时间参数即可(新刀架反锁时间t=1.2s即可)。3)机械锁紧机构故障。排除方法:拆开刀架,调整机械,并检查定位销是否折断。

  4 刀架精度不准
  1)刀架锁不紧。排除方法:延长刀架锁紧时间。2)断齿处有垃圾。排除方法:将刀架拆开,清除垃圾,清洗各零件,旋转部分加清洁黄油,端齿部分加注洁净机油。3)上刀体压力模部位受压变形使齿轮齿合不良。排除方法:更换上刀体。4)刀架连转不停或刀架在某个刀位不停。排除方法:检查发信盘接线是否有短路或开路现象。5)霍尔元件与磁钢高度位置不准。排除方法:调整霍尔元件与磁钢的相对位置。

  三  刀架故障实例分析

  数控车换刀一般的过程是:换刀电机接到换刀信号后,通过蜗轮蜗杆减速带动刀架旋转,由霍尔元件发出刀位信号,数控系统再利用这个信号与目标值进行比较以判断刀具是否到位。刀换到位后,电机反转缩紧刀架。
  故障1:一台六刀位数控车床,换刀时所有刀位都找不到,刀架旋转数周后停止,并且数控系统显示换刀报警:换刀超时或没有信号输入。
  故障分析:对于该故障,仍可以排除机械故障,归咎于电气故障所致。产生该故障的电气原因有以下几种:① 磁性元件脱落;② 六个霍尔元件同时全部损坏;③ 霍尔元件的供电和信号线路开路导致无电压信号输出。其中以第三种原因可能性最大。因此找来电路图,利用万用表对霍尔元件的电气线路的供电线路进行检查。结果发现:刀架检测线路端子排上的24V供电电压为0V,其它线路均正常。以该线为线索沿线查找,发现从电气柜引出的24V线头脱落,接上后仍无反应。由此判断应该是该线断线造成故障。
  解决办法:利用同规格导线替代断线后,故障排除。
  故障2:一台四刀位数控车床,发生一号刀位找不到,其它刀位能正常换刀的故障现象。
  故障分析:由于只有一号刀找不到刀位,可以排除机械传动方面的问题,确定是电气方面的故障。可能是该刀位的霍尔元件及其周围线路出现问题,导致该刀位信号不能输送给PLC。对照电路图利用万用表检查后发现:1号刀位霍尔元件的24V供电正常,GND线路为正常,T1信号线正常。因此可以断定是霍尔元件损坏导致该刀位信号不能发出。
  解决办法:更换新的霍尔元件后故障排除,一号刀正常找到。
  故障3:一台配有FANUC-0imate系统大连机床厂的六刀位车床,选刀正常但是当所选刀位到位之后不能正常锁紧。系统报警:换刀超时。
  故障分析:刀架选刀正常,正转正常,就是不能反向锁紧。说明蜗轮蜗杆传动正常,初步定为电气线路问题。在机床刀架控制电气原理图上,发现刀具反向锁紧到位信号是由一个位置开关来控制发出的,是不是该开关即周围线路存在问题呢?为了确认这个故障原因,打开刀架的顶盖和侧盖,利用万用表参照电路图检查线路,发现线路未有开路和短路,通过用手按动刀架反向锁紧位置开关,观察梯形图显示有信号输入,至此排除电气线路问题。推断可能是挡块运动不到位,位置微动开关未动作。于是重新换刀一次来观察一下,结果发现:果然挡块未运动到位。于是把挡块螺栓拧紧,试换刀一次正常。再换一次刀,原故障又出现了,同时发现蜗杆端的轴套打滑并且爬升现象。难道是它造成了电机反转锁紧时位置开关的挡块不到位,于是把该轴套进行了轴向定位处理,将刀架顶盖装好。结果刀架锁紧正常了。
  解决办法:对轴套进行轴向定位故障解决。

  四  结束语

  一般地,对于任何故障,首先是根据现象,根据原理来判断故障点,分析每一个可能性,如一个开关,一个线接头,一个螺钉都会是都会是故障原因,参照之前的操作、维修历史进行分析,能有利于缩小查找范围,有利于提高维修的效率。

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