项目7：辅助装置故障诊断与维修 (1)讲解

1数控机床故障诊断与维修淄博职业学院智能制造学院赵仁瀚任务1刀库、刀架故障诊断与维修任务2任务3润滑冷却装置故障诊断与维修气动排屑装置故障诊断与维修任务1刀库、刀架故障诊断与维修数控车床刀架的基本形式立式四工位电动刀架的结构与原理自动换刀装置的常见形式斗笠式刀库的结构与原理圆盘式刀库机械手换刀的结构与原理刀库换刀装置常见故障及处理换刀装置维修实例“1+X”数控维护与维修试点工作说明会4立式电动回转刀架普及型数控车床普通型数控车床常用的刀架“1+X”数控维护与维修试点工作说明会5卧式电动（液压）回转刀架全功能型数控车床卧式电动回转刀架“1+X”数控维护与维修试点工作说明会6车削中心刀架车削中心动力刀架“1+X”数控维护与维修试点工作说明会7电动刀架的机械结构与换刀原理电动刀架是国产普及型数控车床使用最为广泛、最简单的车床自动换刀装置,以四工位电动刀架为常用。电动刀架的结构原理相似，以四工位刀架为例，其结构如图所示。1电动机、2电机座、3接线盒、4传动套、5蜗杆轴、6调整垫、7底盘、8底座、9蜗轮、10定齿盘、11动齿盘、12定位盘、13夹紧齿盘、14定位销、15传动销、16螺杆、17方刀台、18传动盘、19连接盘、20固定环、21螺母、22开关盘、23罩、24立轴、25螺母、26堵、27堵、28注油孔“1+X”数控维护与维修试点工作说明会8电动刀架的机械结构与换刀原理具体传动过程为：①齿盘脱开。②刀架转位。③刀架定位。④刀架锁紧。“1+X”数控维护与维修试点工作说明会9电动刀架的电气控制电动刀架转位控制时序图CNC执行T指令后，经PLC控制，输出电机正转信号，使刀架电机正转，电机正转触动锁紧开关打开，锁紧开关打开，在电机的带动下，转到四工位，PLC收到到位等信号，开始执行t1延时，t1延时结束后，发出电机反转信号，刀架电机执行反转，直到触发锁紧开关锁紧，PLC收到锁紧等信号，开始执行t2延时，t2延时结束后，刀架电机反转结束，电动刀架从第一个工位转动到第四个工位换刀结束。刀架电机正转停止到反转开始的延时t1、夹紧后到刀架电机反转停止的延时t2以及整个换刀时间可以在系统参数中设定。“1+X”数控维护与维修试点工作说明会10电动刀架转位输出信号（24v）原理图输出信号（24v）Y3.4（Y3.0）是刀架正（反）转信号，由控制系统执行换刀指令时经PMC程序译码后发出，驱动微型继电器KA7（KA8）得电动作，触点吸合，使得KM3（KM4）线圈得电，触点吸合，接通刀架电机主回路得电，刀架按时序图动作。刀架的到位信号分别由X3.0-X3.3提供。“1+X”数控维护与维修试点工作说明会11电动刀架转位控制原理图（220v或110v）电动刀架动力电路（380v）原理图“1+X”数控维护与维修试点工作说明会12电动刀架转位输入信号（24v）原理图“1+X”数控维护与维修试点工作说明会13直接换刀（夹臂式刀库、转塔式刀库）一种典型的直接换刀立式加工中心,该机床的刀库形状如图6-1-10b)所示。换刀时只需要刀库作回转运动选刀，Z轴上下运动实现换刀。“1+X”数控维护与维修试点工作说明会14刀库移动式换刀（斗笠式刀库）一种典型的刀库移动式换刀立式加工中心,该机床的刀具装卸通过其刀库平移和Z轴的上下运动实现,换刀时刀库只需要进行平移和回转运动,而不需要作上下运动。立式加工中心的刀库移动式换刀的刀库外形类似于斗笠,故在某些场合又被称为斗笠式刀库。“1+X”数控维护与维修试点工作说明会15机械手换刀配置圆盘式刀库的立式加工中心,该机床的刀具装卸通过图所示的机械手上下和180°回转实现。“1+X”数控维护与维修试点工作说明会16机械手换刀采用机械手换刀的加工中心换刀快捷外，刀库可以布置在机床侧面，其刀库容量、刀具的尺寸不受限制，是一种适用于多刀具交换的大、中型加中心常用的自动换刀形式。“1+X”数控维护与维修试点工作说明会17斗笠式刀库结构简单、控制容易，换刀可靠,这是普通中小型立式加工中心最为常用的自动换刀装置,它需要通过刀库与机床Z轴的相对运动，实现刀具的装卸与交换。斗笠式刀库结构“1+X”数控维护与维修试点工作说明会18斗笠式刀库换刀过程斗笠式刀库换刀动作过程示意图“1+X”数控维护与维修试点工作说明会19斗笠式刀库换刀过程换刀动作流程图“1+X”数控维护与维修试点工作说明会20斗笠式刀库电气控制斗笠式刀库输入与输出信号（24v）原理图“1+X”数控维护与维修试点工作说明会21斗笠式刀库电气控制斗笠式刀库刀盘驱动电机动力电路与控制电路原理图“1+X”数控维护与维修试点工作说明会22斗笠式刀库电气控制斗笠式刀库刀盘前进与后退控制原理图

输出信号（24v）Y2.3（Y2.4）是刀库电机正（反）转信号，由控制系统执行换刀指令时经PMC程序译码后发出，驱动继电器KA4（KA5）得电动作，触点吸合，使得KM11（KM10）线圈得电，触点吸合，接通刀盘驱动电机主回路得电，刀盘驱动电机旋转。Y2.5（Y2.6）是气缸控制刀盘前进（后退）信号，由控制系统执行换刀指令时经PMC程序译码后发出，驱动继电器KA6（KA7）得电动作，触点吸合，使得电磁阀接通气压，气缸驱动刀盘前进与后退。刀库的到位信号分别由X8.0、X9.0-X9.3提供。“1+X”数控维护与维修试点工作说明会23圆盘式刀库机械手换刀结构圆盘刀库凸轮机械手换刀过程包括刀库找刀和换刀两个独立的动作，涉及圆盘刀库、凸轮机械手和主轴三方面的协作关系。圆盘式刀库机械手换刀结构图“1+X”数控维护与维修试点工作说明会24A分度机械马达控制电盘正反转F换刀机械马达换刀机械手动力来源B接近开关刀库原点1号刀具信号G接近开光换刀机械马达定制信号C接近开光刀库数刀定位信号H接近开光换刀机械扣刀定位确认信号D磁环开光刀套气缸伸出定位信号I接近开光换刀机械原点确认信号E磁环开光刀套气缸缩回定位信号

圆盘式刀库机械手换刀结构“1+X”数控维护与维修试点工作说明会25圆盘式刀库机械手换刀过程一种立式加工中心广泛使用的单臂双爪回转式凸轮联动机械手换刀装置的换刀示意图,其换刀动作过程如下。1）刀具预选。2）主轴定向准停和Z轴运动。3）机械手回转。4）卸刀。5）刀具换位。6）装刀。7）机械手返回。8）换刀完成后，进行加工，刀套转位汽缸将从主轴上换下的刀具连同刀套向上翻转90°。根据T指令，再次刀具预选。机械手换刀过程示意图“1+X”数控维护与维修试点工作说明会26换刀动作流程图“1+X”数控维护与维修试点工作说明会27圆盘式刀库机械手换刀电气控制圆盘式刀库机械手换刀输入信号（24v）原理图刀库的到位信号分别由X8.0、X8.5、X9.0-X9.6提供。“1+X”数控维护与维修试点工作说明会28圆盘式刀库机械手换刀电气控制圆盘式刀库机械手换刀输出信号（24v）与刀套控制电路原理图输出信号（24v）Y2.3（Y2.4）是刀库电机正（反）转信号，由控制系统执行换刀指令时经PMC程序译码后发出，驱动继电器KA4（KA5）得电动作，触点吸合，使得KM11（KM10）线圈得电，触点吸合，接通刀库电机主回路得电，刀库驱动电机旋转。Y2.5（Y2.6）是气缸（油缸等）控制刀套垂直（水平）信号，由控制系统执行换刀指令时经PMC程序译码后发出，驱动继电器KA6（KA7）得电动作，触点吸合，使得电磁阀接通气压，气缸驱动刀套垂直（向下）和水平（向上）。Y2.7是机械手电机旋转信号，由控制系统执行换刀指令时经PMC程序译码后发出，驱动继电器KA8得电动作，触点吸合，使得KM12线圈得电，触点吸合，接通机械手电机主回路得电，机械手电机旋转。“1+X”数控维护与维修试点工作说明会29圆盘式刀库机械手换刀电气控制圆盘式刀库机械手换刀刀库电机与机械手电机动力电路与控制电路原理图“1+X”数控维护与维修试点工作说明会30刀库的常见故障与处理刀库不能转动或刀套翻转问题、检测开关无信号、定位不准、刀具不能松开夹紧、刀具换刀点位置不合适、机械手故障等是刀库的常见故障,需要根据不同的情况进行如下检查与处理。

1）检查驱动电机轴和回转机构连接的联轴器、槽轮机构、键等机械部件是否存在题落或松动。

2）检查刀库回转机构的机械部件是否卡死，间隙调整是否过紧或轴承等部件的损坏。

3）检查电气控制系统的刀库电机驱动电路与控制电路、PLC程序、刀库检测开关、电磁阀控制部分（例：电磁阀控制的气缸或油缸）是否正常等。

4）当刀套、刀爪不能夹紧刀具时,需要检查刀套的调整是否正确,刀爪的弹簧是否太松、刀柄上的键槽方向是否正确、拉钉尺寸是否符合要求、刀具重量是否符合要求等。

5）当刀具不能松开夹紧时，应检查主轴部分相关检测信号、电池阀控制回路、气缸或油缸以及机械部分的松刀量调整是否合适、松刀机构等。

6）当换刀定位位置不准或刀具换刀点位置不合适，会造成主轴掉刀、撞刀等问题，应及时调整定位位置与换刀点位置。

7）当机械手发生掉刀现象时，应检查刀具是否超重，或机械手卡紧装置损坏等。当机械手不在正常位置，检查机械手位置反馈信号开关是否正常或是机械手电机及机械部分。

“1+X”数控维护与维修试点工作说明会31故障分析:该机床的换刀动作全部正常、刀位正确,表明CNC的换刀指令已经被准确执行,而换刀后CNC不能继续执行其他指令的原因应是CNC没有能够接收到PMC的辅助指令-执行完成信号FN,这一原因可直接通过PMC的动态梯形图显示进行检查。故障处理:检查PMC梯形图程序,发现该机床没有刀架夹紧刀位信号输入,故障原因是检测开关损坏,重新更换开关后机床恢复正常。【例1】某进口全功能数控车床,每次执行换刀指令,机床的换刀动作全部正常、刀位正确,但换刀后CNC不能继续执行程序中的其他指令。“1+X”数控维护与维修试点工作说明会32【例2】某采用凸轮机械手换刀的加工中心，在换刀过程中出现动作中断，CNC发出机械手伸出故障报警。故障分析:1）电气系统故障。2）液压系统故障。3）机械部分故障。经检查,可确认本机床的机械部件、液压系统的工作正常，故障应属于主轴松刀的电气系统上。故障处理:查看松刀缸到位开关信号控制回路，处于夹紧状态，查看信号状态正常，查找抓松刀控制回路，发现抓松刀控制油缸的电磁阀未接通，测量电磁阀未有电压，但系统松刀信号已输出，可以确定故障点在此电气部分上，沿着线路排查，最终发现此回路上继电器烧坏，更换继电器，故障排除。“1+X”数控维护与维修试点工作说明会33任务实施刀库、刀架故障诊断与维修任务实施：斗笠式刀库故障排查任务2润滑冷却装置故障诊断与维修润滑系统的基本组成润滑系统的电气控制润滑系统的故障维修冷却系统的结构冷却系统电气控制冷却系统的故障维修“1+X”数控维护与维修试点工作说明会35润滑系统是由一个液压泵提供一定排量、一定压力的润滑油，为系统中所有的主、次油路上的分流器供油，而由分流器将油按所需油量分配到各润滑点。同时，由控制器完成润滑时间、次数的监控和故障报警以及停机等功能，以实现自动润滑的目的。润滑系统的组成：1—润滑泵与控制装置;2一过滤装置;3油量分配装置;4一管路与附件“1+X”数控维护与维修试点工作说明会36机床常用润滑系统

抵抗式特点：系统工作无需卸荷机构，结构简单，造价低，但油量计量误差比较大，对管路过长过高的润滑点润滑难以保障，一般只用于润滑点较少、油量精度要求不高的小型机械。抵抗式（AMR）润滑泵外观“1+X”数控维护与维修试点工作说明会37机床常用润滑系统定量式（AMO）润滑泵外观

定量式特点：系统对润滑点的给油精度高，而且不会受到管路距离的影响。系统安装简单，分配器可以并联串联任意排列，可同时向数百个润滑点供油。“1+X”数控维护与维修试点工作说明会38机床常用润滑系统抵抗式与定量式润滑泵润滑泵原理“1+X”数控维护与维修试点工作说明会39数控机床润滑系统的电气控制要求

(1)首次开机时，自动润滑15s(2.5s打油、2.5s关闭)。

(2)机床运行时，达到润滑间隔固定时间(如30min)自动润滑一次，而且润滑间隔时间用户可以进行调整(通过PMC参数)。

(3)加工过程中，操作者根据实际需要还可以进行手动润滑(通过机床操作面板的润滑手动开关控制)。

(4)润滑泵电动机具有过载保护，当出现过载时，系统要有相应的报警信息。(5)润滑油箱油面低于极限时，系统要有报警提示(此时机床可以运行)。“1+X”数控维护与维修试点工作说明会40润滑系统的电气控制原理PMC输入／输出信号接口如图所示。QF7为润滑泵电动机的空气断路器辅助常开触点，实现电动机的短路与过载保护，通过系统PMC控制输出继电器KA6，继电器润滑系统的电气控制原理图和KA6常开控制接触器KM6线圈，从而实现机床润滑自动控制。润滑系统电气控制线路“1+X”数控维护与维修试点工作说明会41润滑系统的电气控制原理润滑系统PMC控制梯形图“1+X”数控维护与维修试点工作说明会42常见故障故障现象检测手段分析与处理办法润滑油位低目测润滑泵油位高低，系统画面显示及时加注润滑油液位检测开关及回路故障润滑压力不足目测润滑泵压力表，系统画面显示检测管路是否有破裂油品型号是否正确润滑泵工作是否异常过滤网是否堵塞⑤分油器是否异常润滑泵电机工作正常，但压力不足目测、万用表、系统画面报警显示相序是否反向压力表是否损坏管路中是否有空气导轨、丝杠润滑面无油目测、手触摸检测管路是否破裂堵塞分油器堵塞系统设置的打油时间是否合理控制电路是否异常润滑油消耗过快目测、统计检测管路是否破裂分油器油堵是否存在系统设置的打油时间是否合理“1+X”数控维护与维修试点工作说明会43冷却系统的结构外部冷却原理简述：冷却液在主水箱中，通过水泵及管路进入主轴箱，在主轴箱下方的水管喷出后，循环流入排屑器水箱，并回流至主水箱。“1+X”数控维护与维修试点工作说明会44外冷却系统实物外观图“1+X”数控维护与维修试点工作说明会45冷却系统电气控制原理图QF7为冷却泵电动机的短路器,实现电动机的短路与过载保护,输入信号为X7.4；SL1为冷却系统液面检测开关(润滑油面下限到位开关),作为系统冷却液过低报警提示（需要添加润滑油)的输入信号；SB5为数控机床面板上的手动冷却开关,作为系统手动冷却的输入信号；KA13为系统控制冷却电动机工作的控制中间继电器；KM6为系统控制冷却电动机工作的控制接触器；HL为系统控制冷却电动机工作的指示灯。“1+X”数控维护与维修试点工作说明会46故障现象检测手段处理办法液位报警系统画面报警显示在查明泄露点和回水不畅的原因后，及时注水，以消除报警液位检测开关及回路故障外冷不出冷却液目测检测水泵电机是否正常工作，控制电路是否正常泵体是否漏夜，连接件是否松动水泵过滤网是否堵塞；液位是否达标外冷开闭电磁阀工作是否正常管路、接头是否破裂、松动电磁阀控制回路是否正常外冷压力不足目测、零件加工精度、刀具磨损程度①电机是否在缺相状态下工作②泵体是否因进铁屑或其他原因导致非正常运转漏液，压力不达标③水箱回水不畅，液面不理想；管路、接头是否破裂、松动④冷却液品质是否有问题电机泵体漏液目测①水泵本身质量是否有问题②查找铁屑进入到泵体的原因，及时清理水箱和泵体“1+X”数控维护与维修试点工作说明会47任务实施润滑冷却装置故障诊断与维修任务实施：润滑装置故障排查任务3气动排屑装置故障诊断与维修气动系统的基本组成与特点气动装置的常见故障及处理常见的排屑装置排屑装置的故障与维修“1+X”数控维护与维修试点工作说明会49基本组成气动系统是通过压缩空气传递运动和动力、控制机械部件运动的控制系统。1）气源。2）气缸和气动马达。3）气动阀。4）辅助装置。1一气源;2一过滤器;3一调压阀;4—压力表;5一压力继电器;6一油雾器;7一气动阀;8一汽缸“1+X”数控维护与维修试点工作说明会50工作压力在0.4-0.8MPa，远低于液压系统可达到的工作压力(20MPa以上)，因此，不能用于输出力大的控制场合。基本特点结构简单。安装容易。维护简单方便。运行成本低。具有气源容易获得、工作介质不污染环境的突出优点。反应动作快。管路不容易堵塞，也无需补充介质。气压系统的压缩空气流动损失小，可远距离输送，集中供气方便。工作压力低。能用于易燃易爆的场合，故其环境适应性和安全性好。“1+X”数控维护与维修试点工作说明会51加工中心的气动系统电磁阀接线盒排水器压力表电磁阀主压力表主压力调节旋钮压力调节旋钮进气口立式加工中心和钻削中心的气动系统一般用于主轴吹气、刀具夹紧松开、防护门开关、自动换刀、主轴机械变速的传动及交换等控制。立式加工中心气动元件结构“1+X”数控维护与维修试点工作说明会52某一立式加工中心的气动控制原理图，由于该加工中心采用的是凸轮机械手换刀、主轴无机械变速装置,其气动系统较为简单。该气动系统由主轴吹气、刀具夹紧松开、防护门控制三部分组成；系统还带有两只连接清洁用气枪的接头，气枪用来清理工件和工作台面的铁屑。气动系统的组成和原理如下:1）主轴吹气。2）刀具松开。3）防护门开关。立式加工中心的气动控制原理图“1+X”数控维护与维修试点工作说明会53气动装置的常见故障故障现象检测手段处理办法电磁阀失灵