数控技术论文-数控机床刀架故障诊断系

江苏徐州机电工程高等职业学校 05 届高职毕业设计（论文） 江苏 省 徐州机电工程高等职业学校 毕 业 论 文 姓 名 ： 孟庆乐 学 号 ： 050701136 系 部 ： 数控技术 系 专 业 ： 数控技术与应用 论文题目 ： 数控机床刀架故障诊断 指导教师 ： 屈海军 职 称 ： 2010 年 5 月 江苏徐州机电工程高等职业学校 05 届高职毕业设计（论文） - - 1 - - 江苏徐州机电工程高等职业学校毕业论文 任 务 书 系部 ： 数控技术系 专业年级 ： 05数控高职（ 1）班 学生姓名 ： 孟庆乐 任务下达日期 ： 2009 年 6 月 1 日 毕业论文日期： 2009年 6 月 1 日 至 2010 年 4 月 20 日 毕业论文题目 ： 数控机床刀架故障诊断 毕业论文专题题目 ： 毕业论文主要内容和要求 ： 系主任 签字： 指导教师签字： 江苏徐州机电工程高等职业学校 05 届高职毕业设计（论文） - - 2 - - 江苏徐州机电工程高等职业学校毕业论文 指导教师评阅书 指导教师评语 ： （基础理论及基本技能的掌握； 独立解决实际问题的能力； 研究内容的 理论依据和技术方法；取得的主要成果及创新点；工作态度及工作量；总体评价及建议成绩；存在问题； 是否同意答辩等）： 成 绩： 指导教师签字： 江苏徐州机电工程高等职业学校 05 届高职毕业设计（论文） - - 3 - - 年 月 日 江苏徐州机电工程高等职业学校毕业论文 评阅教师评阅书 评阅教师评语 ： （ 选题的意义； 基础理论及基本技能的掌握；综合运用所学知识解决实际问题的能力；工作量的大小；取得的主要成果及创新点；写作的规范程度；总体评价及建议成绩；存在问题； 是否同意答辩等 ）： 成 绩： 评阅教师签字： 年 月 日 江苏徐州机电工程高等职业学校 05 届高职毕业设计（论文） - - 4 - - 江苏徐州机电工程高等职业学校毕业论文 答辩及综合成绩 答 辩 情 况 提 出 问 题 回 答 问 题 正 确 基本 正确 有一般性 错误 有原则 性错误 没有 回答 答辩委员会评语及建议成绩 答辩委员会主任签字： 年 月 日 系部 领导小组综合评定成绩 系部 领导小组负责人： 年 月 日 江苏徐州机电工程高等职业学校 05 届高职毕业设计（论文） - - 5 - - 江苏徐州机电工程高等职业学校 05 届高职毕业设计（论文） - 6 - 目 录 摘要 . 1 第 1 章 概述 . 3 1.1 引言 . 3 第 2 章 常见刀架故障分析及排除 . 4 2.1 刀架工作原理 . 4 2.1.1 四方刀架换刀工作步骤 . 4 2.1.2 六角刀架换刀工作步骤 . 4 2.1.3 更换主轴头换刀 . 6 2.1.4 带刀库的自动换刀系统 . 7 2.1.5 刀架交换装置 . 9 2.2 刀架常见故障 . 10 2.2.1 刀架、刀库及换刀常见故障 . 10 第 3 章 典型的刀架故障实例分析 . 14 3.1 加工中心刀架故障实例分析 . 14 3.2 六角刀架故障实例分析 . 15 3.3 四方刀架故障分析 . 16 致谢 .17 参考文献 .18 附录 .19江苏徐州机电工程高等职业学校 05 届高职毕业设计（论文） - - 1 - - 摘 要 数控车床在使用过程中，我们常见的故障有刀架类、主轴类、螺纹加工类、系统 显示类、驱动类、通信类等故障，而其中刀架故障占有很大的比例。故障后机床 暂时不能使用，这就造成了在时间上的人力、物力资源浪费。假如我们能对其进行一些 基本 的维修，便可节约成本，节省时间，创造一定的经济效益 。此次对刀架的维修时间较短，且维修过程也涉及到了刀架的其他问题，为以后的刀架维修奠定了 基础 。 此刀架 维修方法可 不 可 以 借鉴到其他类型的刀架故障维修中。 数控 车床 在使用过程中，常常出现的是撞刀事件。主要以数车在教学过程中一次严 重撞刀 引发的刀架故障为据，分析刀架结构原理，进行故障分析及故障处理，排除故障后装配 调试 四大方面来论述。通过阐述数车刀架的结构，以其机械原理来分析故障原因、判定故障部位，最后进行排除及装配调试成功。 虽各厂家所生产的刀架结构、尺寸各异，均有所不同，但无论是哪一类刀架，故障原因大多雷同，维修方法也可以互相参考。为此，及时排除刀架故障，懂得部分维修手段是必然性的。但如何 才能尽快地解决刀架故障呢？首先我们要了解刀架的结构，认识其机械原理，才能 快速 判定故障所在。 关键词： 刀架故障； 故障原因； 排除故障；故障处理 Abstract CNC lathe in use, we frequently have turret type of fault, spindle type, screw machining class, the system shows class, driver, Communications and other failures, which account for a large proportion of fault knife. Temporarily can not use the machine after a fault, which resulted in the time of the human and material resources to waste. If we can make some of its basic maintenance, can save costs, save time, create some economic benefits. The shorter of the knife maintenance and repair process also involves other issues of the turret, the turret for the future maintenance of the foundation. Can you draw this knife repair method to other types of knife fault maintenance. CNC lathe using the process, often there is the tool collision event. Mainly the number of vehicles in the teaching process caused a serious collision knife Knife failure as evidence of knife structural principle, failure analysis and troubleshooting, troubleshooting assembly debugging after four terms to describe. Through the elaborate structure of the number of vehicles turret, with its mechanical principles to analyze the reasons of failure determine the fault location, and finally to rule out the successful commissioning and assembly. 江苏徐州机电工程高等职业学校 05 届高职毕业设计（论文） - - 2 - - Although produced by different manufacturers turret structure, size varies, there are differences, but no matter which type of tool holder, similar fault because most of the maintenance method can also be another reference. To this end, fix a knife failure to understand the inevitability of some maintenance means. But how can we solve the knife as soon as possible malfunction? First of all we have to understand the structure of knife, understanding the mechanical principles, to quickly determine failures. Keywords: knife fault； Fault； troubleshooting； troubleshooting 江苏徐州机电工程高等职业学校 05 届高职毕业设计（论文） - - 3 - - 第一章 概述 1.1 引言 制造业是一个国家或地区经济发展的重要支柱，其发展水平标志着该国或地区经济 的实力，科技水平，生活水准和国防实力。国际市场的竞争归根到底是各国制造生产能力及机械制造装备的竞争。 自从 20 世纪 60年代世界上第一台数控机床问世以来，随着计算机技术、微电子技术、现代控制技术、传感检测技术、信息处理技术、网络通信技术和机械制造技术等各相关领域的发展，数控技术已成为现代先进制造系统 (FMS， CIMS等 )中不可缺少的基础技术。由于机床数控系统技术复杂，种类繁多。现在数控机床的 “ 使用难、维修难 ” 问题，已经是影响数控机床有效利用的首要问题。 工业发达国家都非常注重机械制造业的发展，为了用 先进技术和工艺装备制造业，机械制造装备工业得到先发展。对比之下，我国目前机械制造业的装备水平还比较落后，表现在大部分工厂的机械制造装备基本上是通用机床加专用工艺装备，数控机床在机械制造装备中的比重还非常低，导致 “ 刚性 ” 强 ,更新产品速度慢，生产批量不宜太小，生产品种不宜过多；自动化程度基本上还是 “ 一个工人，一把刀，一台机床 ” ，导致劳动生产率低下，产品质量不稳定。 在数控加工过程中，有时会出现各种设备故障，比如刀架类，主轴类，伺服类等等， 其中，刀架故障占了很大一部分。如果故障得不到及时排除的话，会影响加工效率及 经济效益，所以，作为一名数控车床的操作者，掌握一定的故障排除手段是很有必要的，考虑到目前我国普遍使用的是经济型通用机床，在这里一常见的可转位刀架为例，分析一下常见的故障现象及排除手段，大家可以联系自身实际情况作参考使用。 江苏徐州机电工程高等职业学校 05 届高职毕业设计（论文） - - 4 - - 第二章 常见刀架故障分析及排除 2.1 刀架工作原理 想要排除刀架故障， 我们 首先 必须 要先了解刀架的工作原理。 2.1.1 四方 刀架换刀 工作 步骤 （ 1）刀架抬起 当换刀指令发出后，刀架电机正转，通过蜗杆连轴器带动 涡轮 丝杠转动，刀架体内孔有螺纹，与 涡轮 丝杠旋合。 涡 轮 丝杠 内孔与刀架中心轴是动配合，在转位换刀时，中心轴固定不动，涡轮丝杠环绕中心轴旋转。由于刀架底座和刀架体啮合，且涡轮丝杠轴向固定，这时刀架抬起。 （ 2）刀架换刀 当刀架体抬至一定距离后，端面齿脱开。转位套用销钉与涡轮丝杠连接，随涡轮丝杠一同转动，当端面齿完全脱开，转位套正好转过 160 ，球头销在弹簧作用下进入转位套的槽中，带动刀架体转位。 （ 3）刀架定位 刀架体转动时带动电刷座一起转动，当转到程序指定的刀号时，定位销在弹簧作用下进入粗定位盘的槽中进行粗定位，同时电刷接触导面使电机反转，由于粗定位槽 的限制，刀架体不能转动，使其在该位置垂直落下，刀架体和刀架底座上的端面齿啮合实现精确定位。 （ 4）刀架锁紧 刀架电机继续反转，此时涡轮停止转动，蜗杆继续转动，随加紧力增加，转矩不断增大，达到一定值时，在传感器的控制下，电机停止转动，刀架锁紧。 江苏徐州机电工程高等职业学校 05 届高职毕业设计（论文） - - 5 - - 2.1.2 六角刀架换刀工作步骤 图 2-1 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 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。 江苏徐州机电工程高等职业学校 05 届高职毕业设计（论文） - - 6 - - 回转刀架除了采用液压缸转位和定位销定位之外，还可以采用电动机带动离合器定位，以及其他转位和定位机构。 2.1.3 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 2-2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。 图 2-2 卧式八轴转塔头 江苏徐州机电工程高等职业学校 05 届高职毕业设计（论文） - - 7 - - 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 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。 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。 2.1.4 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，按一定的方式放到刀库中去。换刀时先在刀库中选刀，并由刀具交换装置从刀库和主轴上取出刀具，在进行交换刀具后，将新刀装入主轴，把旧刀放回刀库。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，也可以作为单独部件安装到机床外，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加强它的刚度，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方式，可以将刀库设计成多种样式。以下列出了几种。图 2-3 (a-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图 2-3 (a-c），图 2-3 (d)是刀具可做 90翻转的圆盘刀库，采用这种结构能够简化取刀动作，刀库容量通常为 1530 把，因取刀方便，所以应用最为广泛。图 2-3(e)是鼓轮弹仓式刀库，其结构十分紧凑，在相同的空间内，它的容量较大，但取刀较复杂。图 2-3 (f)是链式刀库，其结构有较大的灵活性，存放刀具数量也较多，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，提高了空间利用率。图 2-3 (g)和图2-3(h)分别为多盘式和格子式刀库，他们虽然也具有结构紧凑的特点，但选刀和取刀复杂，应用较少。图 2-4 为一龙 门加工中心采用的链式刀库，图 2-5 为一立式加工中心的圆盘式刀库。 江苏徐州机电工程高等职业学校 05 届高职毕业设计（论文） - - 8 - - 图 2-3 单盘式刀库 图 2-4 链 式刀库 图 2-5 圆盘式刀库 江苏徐州机电工程高等职业学校 05 届高职毕业设计（论文） - - 9 - - 2.1.5 刀具交换装置 数控机床的刀具交换方式通常分为有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影响。 由刀库与机床主轴的相对运动实现换刀的装置，在换刀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，两个动作不能同时进行，因此换刀时间长。 采用机械手换刀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对应的记忆在数控系统的 PLC 中，不论刀具放在哪个刀套内都始终记忆着它的轨迹。刀库上装有位置检测装置，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。刀库上爱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，每次选刀运动角度都不会超过 180。 图 2-6 为机械手工作过程 图 2-6 机械手工作过程 江苏徐州机电工程高等职业学校 05 届高职毕业设计（论文） - - 10 - - 2.2 刀架常见故障 2.2.1 刀架、刀库及换刀常见故障： 1.刀架刀位转不停 故障原因处理方法 故障原因 处理方法 系统无 +24V； COM 输出 用万用表量系统出线端，看这两点输出电压是否正常或存在，若电压不存在，则为系统故障，需更换主板或送厂维修 系统有 +24V； COM 输出，但 与刀架发信盘连线断路；或 是 +24V 对 COM 地短路 用万用表检查刀架上的 +24V、 COM地与系统的接线是否存在断路；检查 +24V 是否对 COM 地短路，将 +24V 电压拉低 系统有 +24V； COM 输出，连 线正常，发信盘的发信电路 板上 +24V 和 COM 地回路有 断路 发信盘长期处于潮湿环境造成线路氧化断路，用焊锡或导线重新连接 刀位上 +24V 电压偏低，线路上的上拉电阻开路 用万用表测量每个刀位上的电压是否正常，如果偏低，检查上拉电阻，若是开路，则更换 1/4W2K 上拉电阻 系统的反转控制信号 TL-无输出 用万用表量系统出线端，看这一点的输出电压是否正常或存在，若电压不存在，则为系统故障，需更换主板或送厂维修 系统有反转控制信号 TL- 输出，但与刀架电机之间的回路存在问题 检 查各中间连线是否存在断路，检查各触点是否接触不良，检查强电柜内直流继电器和交流接触器是否损坏 刀位电平信号参数未设置好 检查系统参数刀位高低电平检测参数是否正常，修改参数 江苏徐州机电工程高等职业学校 05 届高职毕业设计（论文） - - 11 - - 霍尔元件损坏 在对应刀位无断路的情况下，若所对应的刀位线有低电平输出，则霍尔元件无损坏，否则需更换刀架发信盘或其上的霍尔元件。一般四个霍尔元件同时损坏的机率很小 磁块故障，磁块无磁 性或磁性不强 更换磁块或增强磁性，若磁块在刀架抬起时位置太高，则需调整磁块的位置，使磁块对正霍尔元件 系统有反转控制信号 TL- 输出，但与刀架 电机之间的回路存在问题 检查各中间连线是否存在断路，检查各触点是否接触不良，检查强电柜内直流继电器和交流接触器是否损坏 11刀位电平信号参数未设置好 检查系统参数刀位高低电平检测参数是否正常，修改参数 12霍尔元件损坏 在对应刀位无断路的情况下，若所对应的刀位线有低电平输出，则霍尔元件无损坏，否则需更换刀架发信盘或其上的霍尔元件。一般四个霍尔元件同时损坏的机率很小 13磁块故障，磁块无磁 性或磁性不强 更换磁块或 增强磁性，若磁块在刀架抬起时位置太高，则需调整磁块的位置，使磁块对正霍尔元件 2 刀架有时不转 故障原因处理方法 刀架的控制信号受干扰 系统可靠接地，特别注意变频器的接地，接入抗干扰电容 刀架内部机械故障，造成的偶尔卡死 维修刀架，调整机械 3.刀架不转 故障原因处理方法 刀架电机三相反相或缺相 将刀架电机线中两条互调或检查外部供电 江苏徐州机电工程高等职业学校 05 届高职毕业设计（论文） - - 12 - - 系统的正转控制信号 TL+无 输出 用万用表量系统出线端，量度 +24V和 TL+两触点，同时手动换刀，看这两点的输出电压是否有 +24V，若电压不存在，则为系统故障 ，需送厂维修或更换相关IC 元器件 系统的正转控制信号 TL +输 出正常，但控制信号这一回 路存在断路或元器件损坏 检查正转控制信号线是否断路，检查这一回路各触点接触是否良好；检查直流继电器或交流接触器是否损坏 刀架电机无电源供给 检查刀架电机电源供给回路是否存在断路，各触点是否接触良好，强电电气元器件是否有损坏；检查熔断器是否熔断 上拉电阻未接入 将刀位输入信号接上 2K 上拉电阻，若不接此电阻，刀架在宏观上表现为不转，实际上的动作为先进行正转后立即反转，使刀架看似不动 机械卡死 通过手摇 使刀架转动，通过松紧程度判断是否卡死，若是 ,则需拆开刀架，调整机械，加入润滑液 反锁时间过长造成的 机械卡死 在机械上放松刀架，然后通过系统参数调节刀架反锁时间 刀架电机损坏 拆开刀架电机，转动刀架，看电机是否转动，若不转动，再确定线路没问题时，更换刀架电机 刀架电机进水造成电 机短路 烘干电机，加装防护，做好绝缘措施 4.刀架锁不紧 故障原因处理方法 发信盘位置没对正 拆开刀架顶盖，旋动并调整发信盘位置，使刀架的霍尔元件对准磁块，使刀位停在准确位置 系统反锁时间不够长 调整系统反锁 时间参数 机械锁紧机构故障 拆开刀架，调整机械，检查定位销是否折断 5.刀架某一刀位转不停，其余刀位正常 江苏徐州机电工程高等职业学校 05 届高职毕业设计（论文） - - 13 - - 故障原因处理方法 此位刀的霍尔元件损坏 确认是哪个刀位使刀架转不停，在系统上转动该位刀，用万用表量该位刀位信号触点对 +24V 触点是否有电压变化，若无变化，则可判定为该位刀霍尔元件损坏，更换发信盘或霍尔元件 此位刀信号线断路，造成 系统无法检测到位信号 检查该刀位信号与系统的连线是否存在断路 系统的刀位信号接收电路 有问题 当确定该刀位霍尔元件没问题，以及该刀位与系统的信号连线也没问题 的情况下更换主板 6.输入刀号能转，但直接按换刀键刀架不转 故障原因处理方法 霍尔元件偏离磁块，置于磁块前面，手动键换刀时，刀架刚一转动就检测到刀架到位信号，然后马上反转刀架 检查刀架发信盘上的霍尔元件是否偏离位置，调整发信盘位置，使霍尔元件对正磁块 手动换刀键失灵 更换手动换刀键 7.刀架只正转不能反转 故障原因处理方法 故障原因 排除方法 系统刀架反锁信号 TL 无输出 首先换刀过程中测量系统侧该点输出端信号与 +24V 间电压有无变化如无变化说明主板输出电路 IO 故障需更换 IO或返厂维修。 系统 TL 信号有输出，但该信号的输出信号线断路。 如测量系统侧有输出，可排除系统原因，再测量直流继电器线圈电压有无变化，如果没有说明该控制线路间断路，用表测量该回路，需重新换线。 反转输出信号控制直流继电器和交流接触器损坏。 如系统与线圈都正常，再检查继电器与接触器线圈间电压是否有故障，触点间接触是否良好，当线圈通电后，常开触点是否吸和，如元器件故障需更换元器件。 江苏徐州机电工程高等职业学校 05 届高职毕业设计（论文） - 14 - 第三章 典型的刀架故障 实例分析 3.1 加工中心刀架故障实例分析 例 1： 一加工中心使用一段时间后出现换刀故障，刀插入主轴刀孔时，发 生了错位，机床上无任何报警。 故障分析：在对机床进行了仔细的观察后，发现造成刀具插入错位是因为主轴定向后又偏移了原来的位置，在使用手动方式检查主轴定向发现：主轴在定向完成后位置是正确的，当用手动一下主轴后，主轴会慢慢的向使力的相反方向转动一小段距离，逆时针旋转时在定向完成后只转一点，再力向顺时针旋转后能返回到原来的位置，为了确认电气部分是否正常，在主轴定向后检查了有关的信号均正常，由于定向控制是通过编码器进行检测的，因此对编码器产生了怀疑，。对该部分的电气和机械连接进行了检查，当将主轴的编码器拆开后即发现编 码器上的连轴器止退螺钉松动且已经向后移。因而出现工作时编码器与检测齿轮不能同步，使主轴的定向位置不准，造成了换刀错位故障。 例 2： 某加工中心采用凸轮机械手换刀，机械手换刀过程中，动作中断，发出报警，显示内容为：机械手伸出故障。 分析及处理：根据报警内容，机床是因为无法进行下一步“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，其原因可能有： （ 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菜能进行下一动作。第三步为“ 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，主轴就无法松刀。检查主轴松刀电磁阀动作正常。 （ 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。检查液压缸，动作正常，行程到位，油压正常，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 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不变松。 主轴系统不松刀的原因估计有以下几点：刀具尾部拉钉长度不够，致使液压缸虽已到位，而仍未将当道具顶松；拉杆尾部空心钉位置其了变化，使液压缸行程满足不了松刀要求；顶杆出了问题，已变形或磨损；弹簧卡头出故障，不能张开；主轴装配时，刀具移动量调的太小，致使在使用中的 一些综合因素不能满足松刀条件。 江苏徐州机电工程高等职业学校 05 届高职毕业设计（论文） - 15 - 处理方法：拆下松刀液压缸，检查发现，这一故障 系装配时，空心钉的伸出量调整的太小，故液压缸行程到位后，刀具在主轴锥孔中的压力不够，刀具无法取出。调整空心螺钉的伸出量，保证液压缸到位后，刀柄在主轴锥孔中的压出量为 0.40.4mm。经以上调整，故障排除。 例 3： 一台 加工中心 换刀臂平移到位后，无拔刀动作， ATC 的动作起始状态是：主轴保持要交换的旧刀，换刀臂在 B 位置，换刀臂在上部位置，刀库已将要交换的新刀具定位。 故障分析： 自动换刀的顺序为： 换刀臂左移（ B A）换刀臂下降（从刀库拔刀）换刀臂右移 (A B)换刀臂上升换刀臂右移（ B C ，抓住主 轴中刀具）主轴液压缸下降（松刀）换刀臂下降（从主轴拔刀）换刀臂旋转 180 度（两刀具交换位置）换刀臂上升（装刀）主轴液压缸上升（抓刀）换刀臂左移（ C B）刀库转动（找出旧刀具位置）换刀臂左移（ B A 返回刀具给刀库）换刀臂右移（ A B）刀库转动（找下一把刀）。 换刀臂平移至 C 位置时，无拔刀动作，分析原因，有几种可能： SQ2 无信号，所以未输出松刀电磁阀 YV2 的电压，主轴仍处于抓刀状态，换刀臂不能下移 松刀接近开关 SQ4 无信号，则换刀臂升降电磁阀 YV1 状态不变，换刀臂不下降 电磁阀有故 障，给予信号也不动作。逐步检查，发现 SQ4 未发出信号，进一步对 SQ4 进行检查，发现感应间隙过大导致接近开关无信号输出，产生动作障碍。 3.2 六角刀架故障实例分析 例 1： 一台配有 FANUC-0imate 系统的大连机床厂六刀位车床，选到正常但是当所选到刀位后不能正常锁紧。系统报警：换刀超时。 故障分析：刀架选刀正常，正传正常，就是不能反向锁紧。说明涡轮蜗杆传动正常，初步定为电气线路问题。在机床刀架控制电气原理图上，发现刀具反向锁紧刀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下，结果发现：果然挡块运动未到位，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江苏徐州机电工程高等职业学校 05 届高职毕业设计（论文） - 16 - 关的挡块运动不到位？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。 例 2： 一台六工位刀架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，可排除机械故障，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电路开路导致无电压信号输出； 其中一第三种可能性最大，因此找来电路图，利用万用表对霍尔元件的线路进行检查。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，发现电气柜引 出的 24V 线头脱落，接上后仍没有反应。由此判断是该线断线造成的故障。 解决办法：利用同规格导线替代断线后，故障排除。 3.3 四方刀架故障实例分析 例 1： 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。可能是该刀位周围的霍尔元件及其周围线路出现问题，导致该工位信号不能输送给 PLC。对照电路图利用万用表检查后发现： 1 好刀位霍尔元件的 24V 供电正常， GND 线路为正常， T1 信号线正常，因此可以判定是霍尔元 件损坏导致该刀位信号无法发出。 解决办法：更换新的霍尔元件后故障排除，一号刀位找到。 例 2: 配套某系统的数控车床，开机时发现，当机床进行换刀动作时，主轴也随之转动。 分析与处理过程：由于该机床采用的是安川变频器控制主轴，主轴转速是通过系统输出的模拟电压控制的。根据以往的经验，安川变频器对输入信号的干扰比较敏感，因此初步确认故障原因与线路有关。 为了确认，再次检查了机床的主轴驱动器、刀架控制的原理图与实际接线，可以判定在线路连接、控制上两者相互独立，不存在相互影响。 进一步检查变频器的输入模拟量屏蔽电缆布线 与屏蔽线连接，发现该电缆的布线位置与屏蔽线均不合理，将电缆重新布线并对屏蔽线进行重新连接后，故障消失。 江苏徐州机电工程高等职业学校 05 届高职毕业设计（论文） - 17 - 致谢 ： 经过半年的忙碌和工作，本次毕业论文设计已经接近尾声，作为一个专科生的毕业论文，由于经验的匮乏，难免有许多考虑不周全的地方，如果没有导师的督促指导，以及一起工作的同学们的支持，想要完成这个设计是难以想象的。 在论文写作过程中，得到了屈海军老师的亲切关怀和耐心的指导。他严肃的科学态度，严谨的治学精神，精益求精的工作作风，深深地感染和激励着我。从课题的选择到项目的最终完成，屈老师都始终给予我细心的 指导和不懈的支持。在此谨向 屈 老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。 另外，我还要感谢我的父母，是他们养育了我，给我提供了学习的条件，谢谢你们！ 还有那些给予过我无私帮助的同学们，谢谢你们了！ 最后我还要感谢数学系和我的母校 徐州机电工程高等职业学校 四年来对我的 培养 。 江苏徐州机电工程高等职业学校 05 届高职毕业设计（论文） - 18 - 参考文献 1. 曹琰 数控机床应用与维修 北京：电子工业出版社， 1994； 2. 李福生等 实用数控机床技术手册 北京：北京出版社， 1993 3. 张树森 .机械工程学 .辽宁；东北大学出版社， 2001； 4. 屈海军 黄云林 数控机床操作与 维护科学出版社， 2009 5. 徐衡 数控机床维修 FANUC 系统实用技术丛书， 2005 6. 卢斌 数控机