C616数控车床自动回转刀架机电系统设计

摘要传统的普通车床换刀的速度慢、精度不高，生产效率低，不能适应现代化生产的需要。因此，本文对普通机床的换刀装置进行改进，对一台四工位的立式自动回转刀架进行数控化设计，使该装置具有自动松开、转位、精密定位等功能。新的数控換刀装置功能更强， 可靠性更稳定，功率增大，结抅简单，维修方便。关键词：四工位立式刀架；自动回转；主传动部件；电气控制1 绪论经济型数控是我国 80 年代科技发展的产物。这种数控系统由于功能适宜.价格便宜. 用它来改造车床，投资少、见效快、成为我国“七五” 、 “八五”重点推广的新技术之一。十几年来，随着科学技术的发展，经济型数控技术也在不断进步，数控系统产品不断改进完善. 并且有了阶段性的突破，使新的经济型数控系统功能更强，可靠性更稳定，功率增大，结构简单，维修方便。由于这项技术的发展增强了经济型数控的活力，根据我国国情，该技术在今后一段时间内还将是我国机械行业老设备改造的很好途径。对于原有老的经济型数控车床，特别是 80 年代末期改造的设备，由于种种原因闲置的很多，浪费很大；在用的设备使用至今也十几年了，同样面临进一步改造的问题。通过改造可以提高原有装备的技术水平，大大提高了生产效率，创造更大的经济效益。数控车床主要由主轴箱、床鞍、尾架、刀架、对刀仪、液压系统、润滑系统、气动系统及数控装置组成。数控车床的出现对提高生产率改将产品质量以及改善劳动条件和提高效率上发挥了重要的作用。在提高效率上主要表现在两个方面 ： 1） 通过刀具的快速自动定位，提高了空程速度和划线工艺的时间。2 ）批量加工一致性好，可以减少工件检验和时间。特别是经济型老车床对刀等还需要手动完成，以及在加工一个零件过程中，更换刀具，装卸零件，测量和搬运零件用于大部分时间占辅助时间长的刀具交换和刀具尺寸调整。加工时间相对较短，为缩短加工辅助时间，充分发挥数控机床的功能，进一步压缩非切削时间，数控机床正朝着一台机床在一次装夹中完成多工序加工的发展方向。在这类多工序的数控机床中必须带有自动换刀装置，在多工序数控机床出现之后.又逐步发展和完善了各类回转刀具的自动更换装置，扩大了换刀数量，以便有可能实现更复杂的换刀操作，在自动换刀数控机床上，自动换刀装置应满足换刀时间短，刀具重复定位精度高，足够的刀具储存量，换刀安全可靠等要求。1.1 数控车床自动回转刀架的概述数控车床主要由主轴箱、床鞍、尾架、刀架、对刀仪、液压系统、润滑系统、气动系统及数控装置组成。数控车床的出现对提高生产率改善产品质量以及改善劳动条件等发挥了重要的作用。传统的车床例如 CA6140 的刀架上只能装一把刀，换刀的速度慢，换刀后还须重新对刀，并且精度不高，生产效率低，不能适应现代化生产的需要，因此有必要对机床的换刀装置进行改进，为了能在工件的一次装夹中完成多个工序加工，缩短加工辅助时间，减少多次安装所引起的加工误差，充分发挥数控机床的效率，釆用“工序集中” 的原则，釆用自动回转刀架。数控车床上使用的自动回转刀架是一种最简单的换刀装置，自动回转刀架是在一定的空间范围内，能执行自动松开、转位、精密定位等一系列动作的一种机构。对于自动回转刀架，根据装刀数量的不同，自动回转刀架分有四工位、六工位和八工位等形式。根据安装的不同方式，自动回转刀架可分为立式和卧式。而根据机械定位方式不同，自动回转刀架又可分为端齿盘定位型和三齿盘定位型等。其中端齿盘定位型换刀时要将刀架抬起，换刀速度较慢且密封性差，但其结构简单。三齿盘定位叫免抬型，其特点时换刀时刀架不拾起，因此换刀速度快且密封性好，但其结构复杂。自动回转刀架在结构上必须具有良好的强度和刚性，以承受粗加工时的切削抗力，为了保证转位之后具有髙的重复定位精度，自动回转刀架还需要选择可靠的定位方案和合理的定位结构。自动回转刀架的自动换刀是由控制系统和驱动电路来实现的。1.2 设 计 研 究 内 容设计一台四工位的立式自动回转刀架.适用于 C616 经济型数控车床。要求绘制自动回转刀架的机械结构图，设计控制刀架自动转位的硬件电路，编写刀架的控制软件，选用电动机的额定功率为 80W，额定转速为 1440r/min，换刀时的速度为30r/min。分别对其组成部分即机械总体结构、工作原理、主传动部件及电气控制部分进行设计、控制，并对自动回转刀架出现的一些常规故障问题提出一些修理意见。11.3 研 究 实 际 社 会 意 义 及 应 用 效 果传统的车床的刀架上只能装一把刀，换刀的速度慢，换刀后还须重新对刀，并且精度不高，生产效率低，不能适应现代化生产的需要，因此有必要对机床的换刀装置进行改进，数控车床上使用的自动回转刀架是一种简单的换刀装置。自动回转刀架是在一定的空间范围内能执行自动松开、转位以及精密定位等一系列动作的一种机构。使用这种新的经济型数控系统功能更强，可靠性更稳定，功率增大，结构简单，维修方便。为了能在工件的一次装夹中完成多个工序加工，缩短加工辅助时间，减少多次安装所引起的加工误差，充分发挥数控机床的效率，采用“工序集中”的原则，采用自动回转刀架。并针对生产过程中出现的一些常规问题进行了探讨，归纳总结检查修理方法。1.4 小 结对数控车床自动回转刀架的机电系统进行研究和设计，并通过对四工位刀架的设计，分别加强对其组成部分即机械总体结构、工作原理的认识。数控车床上使用的自动回转刀架是一种最简单的换刀装置，自动回转刀架是在一定的空间范围内，能执行自动松开、转位、精密定位等一系列动作的一种机构。对于自动回转刀架，根据装刀数量的不同，自 动 回 转 刀架分有四工位、六工位和八工位等形式。根据安装的不同方式，自动回转刀架可分为立式和卧式，而根据机械定位方式不同，自动回转刀架又可分为端齿盘定位型和三齿盘定位型等， 其中端齿盘定位型换刀时需要将刀架抬起，换刀速度较慢且密封性差，但其结构简单。三齿盘定位叫免抬型.其特点时换刀时刀架不用抬起，因此换刀速度快且密封性好，但其结构复杂。自动回转刀架在结构上必须具有良好的强度和刚性，以承受粗加工时的切削抗力，为保证转位之后具有髙的重复定位精度，自动回转刀架还需要选择可靠的定位方案和合理的定位结构。自动回转刀架的自动换刀由控制系统和驱动电路来实现的。2 总体结构设计2.1 电 动 机 的 选 择 234电动机选择三相异步电动机，额定功率为 80W，额定转速为 1440r/min。2.2 减 速 传 动 机 构 的 设 计 1由于三相异步电动机的转速太快，不能直接驱动刀架进行换刀，必须经过适当的减速。根据立式转位刀架的结构特点，采用蜗杆副减速是最佳选择。蜗杆副传动可以改变运动的方向，获得较大的传动比，保证传动精度和平稳性，并且具有自锁功能，还可以实现整个装置的小型化。2.3 上 刀 体 锁 紧 与 精 定 位 机 构 的 设 计 5 由于刀具直接安装在上刀体上，所以上刀体要承受全部的切削力，其锁紧与定位珠精度将直接影响到工件的加工精度。本设计上刀体的锁紧与定位机构选用端面齿盘，将上刀体和下刀体的配合面加工成梯形端面齿。当刀架处于锁紧状态时，上下端面齿相互啮合，这时上刀体不能绕刀架的中心轴转动；换刀时电动机正转，抬起机构使上刀体抬起，等上下端面齿脱开后，上刀体才可以绕刀架中心轴转动，完成转位工作。2.4 刀 架 抬 起 机 构 的 设 计要想使上、下刀体的两个端面脱离，就必须设计合适的机构使上刀体抬起。本设计选用螺杆- 螺母副，在上刀体内部加工出内螺纹，当电动机通过蜗杆-蜗轮带动螺杆中心轴转动时，作为螺母的上刀体要么转动，要第上下移动。当刀架处于锁紧状态时，上刀体与下刀体的端面齿相互啮合，因为这时上刀体不能与螺杆一起转动，所以螺杆的转动会使上刀体向上移动。当端面齿脱离啮合时，上刀体就与螺杆一同转动。设计螺杆时要求选择适当的螺距，以便当螺杆转动一定角度时使得上刀体与下刀体的端面齿能够完全脱离啮合状态。 6图 2.1 为自动回转刀架的传动机构示意图。图 2.1 自动回转刀架的传动结构示意图1发信盘 2推力轴承 3螺杆螺母副 4端面齿盘 5发靠圆盘 6三相异步电动机 7联轴器 8蜗杆副 9反靠销 10圆柱销 11上盖圆盘 12上刀体3 自动回转刀架的工作原理 7自动回转刀架的换刀流程如图 3.1 所示。图 3.2 表示自动回转刀架在换刀过程中有关的销的位置。其中上部的圆柱销 2和下部的反靠销 6 起着重要作用。当刀架处于锁紧状态时,两销的情况如图 a 所示，此时反靠销 6 落在反靠圆盘 7的十字槽内，上刀体 4 的端面齿和下刀的端面齿处于啮合状态（上下端面齿在图 a中未画出） 。需要换刀时，控制系统发出刀架的转位信号，三相异步电动机正向旋转，通过蜗杆副带动螺杆正向转动，与螺杆配合的上刀体 4 逐渐抬起，上刀体 4 与下刀体之间的端面齿慢慢脱开；与此同时，上盖圆盘 1 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 170 度时，上盖圆盘 1 直槽的另一端转到圆柱销2 的正上方，由于弹簧 3 的作用，圆柱销 2 落入直槽内，于是上盖圆盘 1 就通过圆柱销 2 使得上刀体 4 转动起来（此时端面齿已完全脱开） ，如图 b 所示。上盖圆盘 1、圆柱销 2 以及上刀体 4 在正转的过程中，反靠销 6 能够从反靠圆盘 7 中十字槽的左侧斜坡滑出，而不影响上刀体 4 寻找刀位时的正向转动，如图 c所示。上刀体 4 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 1 通过圆柱销 2 带动上刀体 4 开始反转，反靠销 6 马上就会落入反靠圆盘 7 的十字槽内，至此，完成粗定位，如图 d 所示。此时反靠销 6 从反靠圆盘 7 的十字槽内爬不上来，于是上刀体 4停止转动，开始下降，而上盖圆盘 1 继续反转，其直槽的左侧斜坡将圆柱销 2 的头部压入上刀体 4 的销孔内，之后，上盖圆盘 1 的下表面开始与圆柱销 2 的头部滑动。在些期间，上、下刀本的端面齿逐渐啮合，实现定位，经过设定的延时时间后，刀架电动机停转，整个换刀过和结束。 8由于蜗杆副具有自销功能，所以刀架可稳定的工作。图 3.1 自动回转刀架的换刀流程 a） b）c) d)图 3.2 刀架转位过程中销的位置a)换刀开始时，圆柱销 2 与上盖圆盘 1 可以相对滑动b)上刀体 4 完全抬起后，圆柱销 2 落入上盖圆盘 1 槽内，上盖圆盘 1 将带动圆柱销 2 及上刀体 4 一起转动c)上刀体 4 连续转动时，反销 6 可从反靠圆盘 7 的槽左侧斜坡滑出d)找到刀位后，刀架电动机反转，反靠销 6 反靠，上刀体停转，实现粗定位1上盖圆盘 2圆柱销 3弹簧 4上刀体 5圆柱销 6反靠销 7反靠圆盘4 主要传动部件的设计计算4.1 蜗杆副的设计计算 9自动回转刀架的动力源是三相异步电动机，其中蜗杆与电动机直联，刀架转位时蜗杆与上刀体直联。已知电动机额定功率 P1=80W，额定转速 n1=1440r/min，上刀体设计转速 n2=30r/min,则蜗杆副的传动比 i=1440/30=48。刀架从转位到锁紧时，需要蜗杆反向，工作载荷不均匀，起动时冲击较大，今要求蜗杆的使用寿命Lh=10000h，因此对蜗杆的型号材料的选择以及齿面接触疲劳强度计算相当重要。104.1.1 蜗杆的选型 GB/T10065-1998 推荐采用渐开线（ZI 蜗杆）和锥面包络蜗杆（ZK 蜗杆） 。本设计采用结构简单、制造方便的渐开线型圆柱蜗杆（ZI 型） 。4.1.2 蜗杆的材料刀架中的蜗杆副传递的功率不大，但蜗杆转速较高，因此，蜗杆的材料选用 45钢，其螺旋齿面要求淬火，硬度为 4555HRC，以提高表面耐磨性，选用锡磷青铜 ZCuSn10P1，采用金属模铸造。4.1.3 按齿面接触疲劳强度进行设计刀架中的蜗杆副采用闭式传动，多因齿面脱离危险合或点蚀而失效。因此，在进行承载能力计算时，先按齿面接触疲劳强度进行校核。按蜗轮接触疲劳强度条件设计计算的公式为：（4.1）232()EHZaKT式中 a蜗杆副的传动中心距，单位为 mm；K载荷系数；T2作用在蜗轮上的转矩 T2，单位为 Nmm；弹性影响系数，单位为 MP1/2；EZ接触系数；许用接触应力，单位为 MPa。H从式（4.1）算出蜗杆副的中心距 a 之后，根据已知的传动比 i=48,从附录 A中选择一个合适的中心距 a 值，以及相应的蜗杆、蜗轮参数。（1） 确定作用在蜗杆上的转矩 T2设蜗杆头数 Z1=1，蜗杆的传动效率取 =0.8。由电动机的额定功率P1=90W，可以算得蜗轮传递的功率 P2=P1，再由蜗轮的轮转速 n2=30r/min求得作用在蜗轮上的转矩：T2=9.55P2/n2=9.55P1/n2=9.55800.8/30Nm20.373Nm=20373Nmm（2） 确定载荷系数 K载荷系数 K=KAKKv。其中 KA 为使用系数，由附录 B 查得，由于工作载荷不均匀，起动时冲击较大，因此取 KA=1.15；K 为齿向载荷分布系数，因工作载荷在起动和停止时有变化，故取 K=1.15；K v 为动载系数，由于转速不高、冲击不大，可取 Kv=1.05。刚载荷系数：K=KAKKv=1.151.151.051.39（3） 确定弹性影响系数 ZE铸锡磷青铜蜗轮与蜗杆相配时,从有关手册查得弹性影响系数 ZE=160MPa1/2。（4） 确定接触系数 先假设蜗杆分度圆直径 d1 和传动中心距 a 的比值 d1/a=0.35，从附录 C 中可查得接触系数 =2.9。Z（5） 确定许用接触应力 H根据蜗轮材料为铸锡磷青铜 ZCuSn10P1、金属模铸造蜗杆螺旋齿面硬度大于45HRC，可从附录 D 中查得蜗轮的基本许用应力 =268MPa。已知蜗杆为H单头，蜗轮每转一转时每个轮齿啮合的次数 J=1；蜗轮转速 n2=30r/min;蜗杆副的使用寿命 Lh=10000h。则应力循环次数N=60Jn2Lh=6013010000=1.8107寿命系数：KHN= =0.92987/N10许用应力：=KHN =0.929268MPa=249MPaHH（6） 计算中心距将以上各参数代入式（4.1） ，求得中心距：a mm=46.2mm3 2.9/4)(160721.9查附录 A，取中心距 a=50mm，已知蜗杆头数 Z1=1，设模数 m=1.6mm，得蜗杆分度圆直径 d1=20mm。为时 d1/a=0.4，由附录 C 得接触系数 Z=2.74。因为Z Z，所以上述计算结果可用。4.1.4 蜗杆和蜗轮的主要参数与几何尺寸由蜗杆和蜗轮的基本尺寸和主要参数，算得蜗杆和蜗轮的主要几何尺寸后，即可绘制蜗杆副的工作图。（1） 蜗杆参数与尺寸头数 Z1=1，模数 m=1.6mm，轴向齿距 Pa=m=5.027mm，轴向齿厚Sa=0.5m=2.514mm，分度圆直径 d1=20mm，直径系数 q=d1/m=12.5，分度圆导程角 =arctan(z1/q)=43426。 取齿顶高系数 ha*=1，径向间隙系数 c*=0.2，则齿顶圆直径da1=d1+2ha*m=20mm+211.6mm=23.2mm，齿根圆直径 df1=d1-2m(ha*+c*)=20-21.6(1+0.2)mm=16.16mm。（2） 蜗轮参数与尺寸齿数 Z2=46，模数 m=1.6mm，分度圆直径 d2=mZ2=1.648mm=76.8mm，变位系数 x2=a-(d1+d2)/2/m=50-(20+76.8)/2/1.6=1，蜗轮喉圆直径da2=d2+2m(ha+x2)=76.8+21.6(1+1)mm=83.2mm，蜗轮齿根圆直径 df2=d2-2m(ha-x2+c)=76.8-21.6(1-1+0.2)mm=76.16mm，蜗轮咽喉母圆半径 rg2=a-da2/2=(50-83.2/2)mm=8.4mm。（3） 校核蜗轮齿根弯曲疲劳强度即检验下式是否成立：=（1.53KT 2/d1d2m）Y Fa2Y FF(4.2)式中 蜗轮齿根弯曲应力，单位为 MPa；FYFa2蜗轮齿形系数；Y螺旋角影响系数；蜗轮的许用弯曲应力，单位为 MPa。F由蜗杆头数 Z1=1，传动比 i=48，可以算出蜗轮齿数 Z2=iZ1=48。则蜗轮的当量齿数Zv2=Z2/cos3=48.46根据蜗轮变位系数 x2=1 和当量齿数 ZV2=48.46，查附录 F，得齿形系数：YFa2=1.95螺旋角影响系数：Y=1-/140=0.967根据蜗轮的材料和制造方法，查附录 E，可得蜗轮基本许用弯曲应力：=56MPaF蜗轮的寿命系数：KFN= = =0.72596/N1097610/.8蜗轮的许用弯曲应力：= K FN=560.725MPa=40.6MPaF将以上参数代入（4.2） ，得蜗轮齿根弯曲应力：= 1.950.967MPa33.2MPaF6.1872039.51可见 ,蜗轮齿根的弯曲强度满足要求。4.2 螺 杆 的 设 计 计 算4.2.1 螺距的确定刀架转位时,要求螺杆在转动约 170的情况下,上刀体的端面齿与下刀体的端面齿完全脱离;在锁紧的时候,要求上下端面齿的啮合深度达 2mm。因此，螺杆的螺距P 应满足 P170/3602mm，即 P4.24mm ，取螺杆的螺距 P=6mm。4.2.2 其他参数的确定采用单头梯形螺杆，头数 n=1,侧角 =15，外螺纹大径（公称直径）d1=50mm,牙顶间隙 ac=0.5mm,基本牙型高度 H1=0.5P=3mm，外螺纹牙高h3=H1+ac=3.5mm，外螺纹中径 d2=47mm,外螺纹小径 d3=43mm,螺杆螺纹部分长度 H=50mm。4.2.3 自锁性能校核螺杆-螺母材料均用 45 钢，查附录 G，取二者的摩擦因数 F=0.11；再求得梯形螺旋副的当量摩擦角；v= 6.5 cosartnf而螺纹升角：=arctan（nP/d 2）=arctan(16/3.1447)=2.33小于当量摩擦角。因此，所选几何参数满足自锁条件。5 电气控制部分设计5.1 硬 件 电 路 设 计 12自动回转刀架的电气控制部分主要包括收信电路和发信电路两大块，如图 5.1所示。5.1.1 收信电路 13图 a 中发信盘上的 4 只霍尔开关（型号为 UGN3120U） ，都有 3 个引脚，第1 脚接+12V 电源，第 2 脚接+12V 地，第 3 脚为输出。转位时刀台带动磁铁旋转，当磁铁对准某一个霍尔开关时，其输出端第 3 脚输出低电平；当磁铁离开时，第 3脚输出高电平。4 只霍尔开关输出的 4 个刀位信号 T1T4 分别送到图 b 的 4 只光耦合器进行处理，经过光电隔离的信号再送给 I/O 接口芯片 8225 的PC4PC7。5.1.2 发信号电路图 c 刀架电动机正反转控制电路，I/O 接口芯片 8255 的 PA6 与 PA7 分别控制刀架电动机的功率只有 80W，所以图 d 中刀架电动机与 380V 市电的接通可以选用大功率直流继电器，而不必采用继电器-接触器控制电路，以节省成本，降低故障率。图 c 中，正转继电器的线圈 KA1 与反转继电器的一组常闭触点串联，而反转继电器的线圈 KA2 又与正转继电器的一组常闭触点串联，这样就构成了正转与反转的互锁电路，以防控制系统失控时导致短路现象。当 KA1 或 KA2 的触点接通 380V 电压时，会产生较强的火花，并通过电网影响控制系统的正常工作，为此，在图 d 中布置了 3 对 R-C 阻容用来灭弧，以抑制火花的产生。a) b) c) d)图 5.1 自动回转刀架电气控制原理图a）发信盘上的霍尔元件 b）刀位信号的处理 c）刀架电动机正反转控制 d）刀架电动机正反转的实现5.2 控 制 软 件 的 设 计在清楚了自动回转刀架的机械结构和电气控制电路后，就可以着手编制刀架自动回转转位的控制软件了。对于四工位自动回转刀架来说，它最多装 4 把刀具，设计控制软件的任务，就是选中任意一把刀具，让其转到工作位置。图 5.2 表示让 1#刀转到工作位置的程序流程，2#4#刀的转位流程与 1#刀相似。设控制系统的 CPU 为 AT89C51 单片机，扩展 8255 芯片作为自动回转刀架的收信与发信控制，已知 8255 芯片的控制口地址为 2FFH，则基于图 5.1 和图 5.2的汇编程序清单如下：图 5.2 换 1#刀的程序流程 14TO1: MOV DPRT，#2FFFH ；指向 8255 的 PC 口MOVX A，DOTR ；读取 PC 内容JNB ACC.4，TEND ；测试 PC4=0？若是，则说明 1#已在工作位置，程序转到 TENDMOV DPTR，#2FFCH ；指向 8255 的 PA 口地址MOVX A，DPTR ；读取 PA 口锁存器内容CLR ACC.6 ；令 PA6=0，刀架电动机正转有效SETB ACC.7 ；令 PA7=1，刀架电动机反转无效MOVX DPTR,A ；刀架电动机开始正转CALL DE20MS ；延时 20msYT01：MOV DPTR，#2FFEH ；指向 8255 的 PC 口MOVX A，DPTR ；读取 PC 口内容JB ACC.4，YT01 ；PC4=0 吗？即 1#刀转到工作位置了吗？CALL DE20MS ；延时 20msYT11：MOV DPTR，#2FFEH ；指向 8255 的 PC 口MOVX A，DPTR ；第二次读取 PC 口内容JB ACC.4,YT11 ；PC4=0？CALL DE20MS ；延时 20msYT21：MOV DPTR，#2FFEH ；指向 8255 的 PC 口MOVX A，DPTR ；第三次读取 PC 口内容JB ACC.4，YT21 ；PC4=0？MOV DPTR，#2FFCH ；指向 PA 口MOVX A，DPTR ；读取 PA 口锁存器内容SETB ACC.6 ；令 PA6=1，刀架电动机反转无效SETB ACC.7 ；令 PA7=1，刀架电动机反转无效MOVX DPTR,A ;刀架电动机停转CALL DE150MS ;延时 150msCLR ACC.7 ;令 PA7=0,刀架电动机反转有效SETB ACC.6 ;令 PA6=1,刀架电动机正转无效MOV DPTR,A ;刀架电动机开始反转 CALL DELAY ;延时设定的反转锁紧时间SETB ACC.6 ;令 PA6=1,刀架电动机反转无效SETB ACC.7 ；令 PA7=1，刀架电动机反转无效MOVX DPTR,A ;刀架电动机停转TEND: REL ；换 1#刀结束6 常规故障分析与排除6.1 刀 架 不 能 启 动 156.1.1 机械方面的原因：（1） 刀架预紧力过大，当用六角扳手捅入蜗杆端部旋转时不易转动，而用力的时候时可以转动，但下次夹紧后刀架仍不能启动，这种现象的出现，可以确定刀架不能启动的原因是由于预紧力太大，可以通过调小刀架夹紧电流排除它。（2） 刀架机械内部卡死。当从蜗杆端部转动时，顺时针方向转不动，其原因是机械卡死发讯盘。首先检查夹紧装置的反靠定位销是否处于反靠棘轮糟内，若在则需要将反靠棘轮与蜗杆连接销孔回转一个角度重新打孔连接。其次，检查主螺母是否锁死，如果锁死.则应重新调整； 再次，由于润滑不良造成旋转键研死，此时拆开，观察实际情况.加以润滑处理。6.1.2 电气方面的原因： （1） 电源不通，电机不转。检查熔芯是否完好，电源开关是否接通良好，开关位置是否准确。用万用表检测电容时， 电压值是否在规定的范围内，可通过更换保险、调整开关位置，使接通部件接触良好。此外，电源不通的原因还可以考虑刀架的控制器断线，刀架内部断线，电刷式霍尔元件位置发生变化，导致不能正常通断。（2） 电源通，电机反转。可以确定为电动机相序接反。通过检查线路，变换相序。（3） 手动换刀正常，机控不换刀。应重点检查微机与刀架控制器的引线、微机 I/O 接口及刀架到位回答信号。6.2 刀 架 连 续 转 动 、 到 位 不 停由于刀架能连续转动，所以机械方面的故障可能性较小，主要从电气方面检查：6.2.1 检查刀架到位信号是否发出，如果没有到位信号则是发信盘故障。此时可以检查发信盘弹性触头是否磨损，发信盘地址线是否断路或是否有接触不良和漏接。是否需要更换弹性片触头或重修，针对其线路中的，继电器接触情况，线路连接情况相应的进行线路故陷排除。6.2.2 当仅出现某号刀不能定位时，则一般是由于该号刀线路出现问题。6.3 刀 架 越 位 过 冲 或 转 不 到 位刀架越位过冲故障的主要原因是后靠装置不起作用。6.3.1 刀架越位过冲的机械原因可能性较大。主要是后靠装置不起作用，首先检查定位销是否灵活，弹簧是否疲劳，此时应修复定位销使其灵活或更换弹簧。检查后靠棘轮于蜗杆连接是否断开，若断开，需要更换连接销。若此现象还存在，则可能是由于刀具太长、太重，应该更换弹性模量稍大的定位销弹簧。6.3.2 出现刀架运行不到位（有时中途位置突然停止） ，主要是由于发信盘触点与弹性片触点错位，即刀位信号胶木盘位置固定偏移所致。此时应重新调整发信盘与弹性片触头位置并固定牢靠。6.3.3 若仍不能解决故障，则可能是发信盘夹紧螺母松动，造成位置移动。6.4 刀 架 不 能 夹 紧出现该故障，首先检查夹紧开关位置是否固定不当。并调整到正确位置；其次用万用表检查相应线路继电器是否能正常工作，触点接触是否可靠。还可以检查内部机械配合是否松动。有时会出现由于内齿盘上有碎屑造成加紧不牢使其定位不准，此时应调整装配并清洁其内盘。6.5 其 他 故 障除了以上故障外，有时还会出现：无法机控选择刀具、夹紧后无回答信号、启动成松开手控刀架按钮刀架返回原来位置等故障现象。出现这些故障的主要原因是电路中继电器接触不良、胶木盘位置不正、电源相序不对所致，可以分别对其加以调整、修复使故障排除。7 结论为了能在工件的一次装夹中完成多个工序加工，缩短加工辅助时间，减少多次安装所引起的加工误差，充分发挥数控机床的效率，采用“工序集中” 的原则，采用自动回转刀架。通过对四工位刀架的设计，分别对其组成部分即机械总体结构、工作原理、主传动部件以及电气控制部分进行研究、改善。文中减速机构选用三相异步电机和蜗杆副，能获的大的传动比，保证传动精度平稳，并具有自锁功能，能实现整个装置的小型化；考虑所受载荷和加工精度选取端面齿盘，在刀架抬起机构中釆用螺杆- 螺母副。主传动部件设计中蜗杆采用渐开线型圆柱蜗杆，材料采用 45 钢，涡轮用耐磨性大的铸锡磷青铜 ZCuSn10P1，并通过假定参数对其疲劳强度进行设计，并依次算出蜗杆蜗轮的主要参数和尺寸。电气部分分别对硬件和软件进行设计。硬件电路设计中发信采用芯片 8255 的 PA6、PA7 控制正反转，接收端采用霍尔元件控制其转位，软件设计 CPU 中釆用 AT89C51 单片机，扩展 8255 芯片控制刀架的收信与发信，并编辑汇编程序控制刀架转位。设计从经济适用出发在材料选择和参数选择都做到优化选择。克服老车床辅助加工时间长的缺点，提髙了工作效率，最后对自动回转刀架出现的一些常规问題总结分析排除方法。参考文献：1尹志强.机械系统设计课程设计指导书.机械工业出版社 .2王玉琳.步进电机的速度调节方法J. 电机与控制应用， 2006(1).3康晓明.电机与拖动M.北京：国防工业出版社， 2005.4王玉琳.步进电动机J,制造技术与机床， 2006 (7).5郑文伟，吴克坚.机械原理.高等教育出版社.6王润孝，秦现生.机床数控原理与系统.西北工业大学出版社 .7于骏一，邹青.机械制造技术基础M. 北京：机械工业出版社， 2004.8冯辛安，黄玉美，关慧贞.机械制造装备.机械工业出版社 .9成大先.机械设计手册单行本机械传动M. 北京：化学工业出版社 .2004.10刘红文.材料力学.高等教育出版社.11张至丰.金属工艺学.机械工业出版社.12张发玉.PLC 可编程序控制器.西安电于科技大学出版社.13殷际英，林宋，方建军.光机电一体化应用技术M. 北京：机械工业出版社， 2003.14熊江，杨风年，成云.微机系统与接口技术.武汉大学出版社 . 15余仲裕.数控机床维修.机械工业出版社.附录附录 A 普通圆柱蜗杆基本尺寸和参数及其与涡轮参数的匹配中心距a/mm模数m/mm分度圆直径d1/mmm2d1/mm3蜗杆头数Z1直径系数q分度圆导程角蜗轮齿数Z2变位系数x24050 1 18 18 1 18.00 3104762820040 20 31.25 16.00 33435 49 -0.50050631.25 22.4 35 1 17.92 31138 62