論文常見數(shù)控車床電動刀架結(jié)構(gòu)原理與故障診斷

1、江蘇省徐州機(jī)電工程高等職業(yè)學(xué)校畢 業(yè) 論 文姓名：譚龍學(xué)號：系 部： 數(shù)控技術(shù)系專業(yè)：數(shù)控技術(shù)與應(yīng)用論文題目：數(shù)控機(jī)床刀架故障診斷指導(dǎo)教師： 屈海軍職 稱：2010年 5月江蘇徐州機(jī)電工程高等職業(yè)學(xué)校畢業(yè)論文任務(wù)書系部：數(shù)控技術(shù)系專業(yè)年級：05數(shù)控高職（1）班學(xué)生姓名任務(wù)下達(dá)日期：2009年6月1 日畢業(yè)論文日期： 2009年6 月1日 至2010年4月20日畢業(yè)論文題目：常見數(shù)控車床電動刀架結(jié)構(gòu)原理與故障診斷畢業(yè)論文專題題目：畢業(yè)論文主要內(nèi)容和要求：系主任簽字：指導(dǎo)教師簽字：江蘇徐州機(jī)電工程高等職業(yè)學(xué)校畢業(yè)論文指導(dǎo)教師評閱書指導(dǎo)教師評語：（基礎(chǔ)理論及基本技能的掌握；獨立解決實際問題的能力；研

2、究內(nèi)容的理論依據(jù)和技術(shù)方法；取得的主要成果及創(chuàng)新點；工作態(tài)度及工作量；總體評價及建議成績；存在問題；是否同意答辯等）：成績： 指導(dǎo)教師簽字：年月日江蘇徐州機(jī)電工程高等職業(yè)學(xué)校畢業(yè)論文評閱教師評閱書評閱教師評語：（選題的意義；基礎(chǔ)理論及基本技能的掌握；綜合運用所學(xué)知識解決實際問題的能力；工作量的大??；取得的主要成果及創(chuàng)新點；寫作的規(guī)范程度；總體評價及建議成績；存在問題；是否同意答辯等）：成績： 評閱教師簽字：年月日江蘇徐州機(jī)電工程高等職業(yè)學(xué)校畢業(yè)論文答辯及綜合成績答辯情況提出問題回答問題正確基本正確有一般性錯誤有原則性錯誤沒有回答答辯委員會評語及建議成績答辯委員會主任簽字：年月日系部領(lǐng)導(dǎo)小組綜合

3、評定成績系部領(lǐng)導(dǎo)小組負(fù)責(zé)人：年月日摘 要電動刀架是數(shù)控車床實現(xiàn)自動換刀的機(jī)構(gòu)，通過對兩種典型的電動刀架的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析與比較，闡述了刀架的傳動升降、刀盤的定位原理，TND360刀盤的抬起與鎖緊是由凸輪機(jī)構(gòu)和碟形彈簧實現(xiàn)的，刀盤的圓周分度是由槽輪機(jī)構(gòu)實現(xiàn)的，LDB4電動刀架的抬起與鎖緊是由絲杠螺母的系統(tǒng)實現(xiàn)的，而刀架的圓周分度是由霍爾元件定位系統(tǒng)實現(xiàn)的。本文在了解結(jié)構(gòu)與原理的基礎(chǔ)上。對LDB4電動刀架的常見的故障進(jìn)行了分析，對如何排除故障進(jìn)行了論述。關(guān)鍵詞：電動刀架 ；工作原理 ；故障診斷 ；數(shù)控車床目錄摘要 .1第1章 概述 .21.1引言 . 2第2章 常見數(shù)控車床刀架的結(jié)構(gòu)及工作原理.32.

4、1自動換刀裝置的形式. 3轉(zhuǎn)位刀架.32.1.2刀庫. 32.1.3機(jī)械手. 32.2常見的換刀類型. 32.2.1六角回轉(zhuǎn)刀架. 32.2.2四方刀架. 42.2.3更換主軸頭換刀. 52.2.4帶刀庫的自動換刀系統(tǒng).62.2.5刀架交換裝置. 82.3 TND360刀架的結(jié)構(gòu)與工作原理. 82.4 LDB4電動刀架的結(jié)構(gòu)與工作原理. 82.5兩種結(jié)構(gòu)的比較.9第3章 常見故障分析與診斷.103.1刀架、刀庫及換刀常見故障.10普通車床刀架常見故障：換刀時刀架不轉(zhuǎn).10刀架及刀庫常見故障及維修.113.2LDB4刀架在換刀過程中找不到想要的刀位. 113.3LDB4定位精度出現(xiàn)誤差. 123

5、.4LDB4刀位無法鎖緊. 123.5TND刀盤無法抬起. 12結(jié)束語.13致謝.14參考文獻(xiàn).15附錄.16第一章 概述1.1引言數(shù)控機(jī)床是一種高投入的高效自動化機(jī)床，加工柔性好、精度高，由于其投資比普通機(jī)床高的多，因此降低數(shù)控機(jī)床故障率，縮短故障修復(fù)時間提高機(jī)床利用率是十分重要的工作。但由于技術(shù)越來越先進(jìn)、復(fù)雜，對維修人員的素質(zhì)要求很高，要求他們具有較深的專業(yè)知識和豐富的維修經(jīng)驗，這樣才能及時排除數(shù)控機(jī)床出現(xiàn)的故障。自從20世紀(jì)60年代世界上第一臺數(shù)控機(jī)床問世以來，隨著計算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)、現(xiàn)代控制技術(shù)、傳感檢測技術(shù)、信息處理技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和機(jī)械制造技術(shù)等各相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展，數(shù)控技術(shù)已

6、成為現(xiàn)代先進(jìn)制造系統(tǒng)(FMS，CIMS等)中不可缺少的基礎(chǔ)技術(shù)。由于機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)復(fù)雜，種類繁多?，F(xiàn)在數(shù)控機(jī)床的“使用難、維修難”問題，已經(jīng)是影響數(shù)控機(jī)床有效利用的首要問題。工業(yè)發(fā)達(dá)國家都非常注重機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展，為了用先進(jìn)技術(shù)和工藝裝備制造業(yè)，機(jī)械制造裝備工業(yè)得到先發(fā)展。對比之下，我國目前機(jī)械制造業(yè)的裝備水平還比較落后，表現(xiàn)在大部分工廠的機(jī)械制造裝備基本上是通用機(jī)床加專用工藝裝備，數(shù)控機(jī)床在機(jī)械制造裝備中的比重還非常低，導(dǎo)致“剛性”強(qiáng),更新產(chǎn)品速度慢，導(dǎo)致勞動生產(chǎn)率低下，產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定。電動刀架是數(shù)控車床進(jìn)行自動換刀的實現(xiàn)機(jī)構(gòu)，實現(xiàn)刀架上刀盤的轉(zhuǎn)動和刀盤的開定位、定位與夾緊的運動，以實現(xiàn)刀

7、具的自動轉(zhuǎn)換，具有傳動機(jī)械結(jié)構(gòu)、電氣正反轉(zhuǎn)控制、PLC編程控制等數(shù)控機(jī)床的核心內(nèi)容，具有機(jī)械、電氣的綜合特點，同時電動刀架在數(shù)控加工過程中容易出現(xiàn)故障，所以作為一名合格的數(shù)控機(jī)床作業(yè)人員，具備一些排除故障的技能就顯得尤為重要。而常見的電動刀架中具有典型的結(jié)構(gòu)有TND360刀架和LDB4刀架，這兩種刀架采用了不同的傳動升降結(jié)構(gòu)、不同定位控制。第二章常見數(shù)控車床刀架的結(jié)構(gòu)及工作原理2.1自動換刀裝置的形式 轉(zhuǎn)位刀架數(shù)控車床上用的最多的就是電動回轉(zhuǎn)刀架，可以同時安裝4、6、8、12把刀具不等。主要用于數(shù)控車床，是數(shù)控車床中的一種專用的自動化機(jī)械。它不但可以儲存刀具，而且在切削時要連同刀具一起承受切削

8、力，在加工過程中完成刀具交換轉(zhuǎn)位、定位夾緊等動作。在卸裝過程中要認(rèn)真分析它的轉(zhuǎn)位定位和夾緊等機(jī)構(gòu)的工作原理。2.1.2 刀庫刀庫是加工中心機(jī)床的關(guān)鍵部件之一，在加工中心機(jī)床中用來儲存和運送刀具，它的結(jié)構(gòu)形式很多主要有盤式和鏈?zhǔn)絻煞N結(jié)構(gòu)形式（還有其它形式），盤式刀庫存儲容量較?。?0把刀以下），鏈?zhǔn)降稁齑鎯θ萘枯^大。在加工過程中進(jìn)行換刀時控制系統(tǒng)選定刀具后，刀庫必須把選定的刀具運送到特定的位置準(zhǔn)備由機(jī)械手取刀具或機(jī)床的主軸直接取刀。有的大型的加工中心還裝有特殊刀具運輸裝置，從刀庫上取出刀具送到換刀位置。就機(jī)械運動來講刀庫的結(jié)構(gòu)主要是由刀具的運送和定位機(jī)構(gòu)組成，運送速度要快，定位要準(zhǔn)。此外，刀具在

9、刀庫中裝卡方法不同刀庫結(jié)構(gòu)也不相同，但是要求各個刀具的刀柄在刀庫中安裝位置必須一致，并且固定可靠又要便于新舊刀具交換（取下和裝上）。 機(jī)械手加工中心換刀機(jī)構(gòu)的核心部件。換刀時機(jī)械手在機(jī)床主軸（或刀架）與刀庫之間，執(zhí)行新舊刀具交換的任務(wù)，在一個換刀程序中要完成抓刀、拔刀、交換（新舊刀對調(diào)）裝刀，復(fù)位等動作。通常有三個自由度，即抓刀與復(fù)位的是一個自由度；拔刀與裝刀是一個自由度；新舊刀具位置交換是一個自由度。換刀動作在加工過程中是一個輔助動作，要求換刀時間盡量縮短，目前多數(shù)機(jī)械換刀時間為5-8秒，少數(shù)可達(dá)0.7秒。要求機(jī)械手動動作迅速平穩(wěn)可靠。特別是在高速旋轉(zhuǎn)中交換刀具時，刀具不能從機(jī)械手中甩出來，

10、因此機(jī)械手必須具有相應(yīng)的鎖緊機(jī)構(gòu)。機(jī)械手完成各個動作是靠位置控制的，一個動作結(jié)束后，必須發(fā)出一個回答信號給PLC，以便啟動下一個動作。拆裝時要著重分析它的鎖緊機(jī)械和各行程開關(guān)的安裝部位。2.2常見的換刀類型2.2.1六角回轉(zhuǎn)刀架刀架的全部動作由液壓系統(tǒng)通過電磁換向閥和順序閥進(jìn)行控制，它的動作分為4個步驟：(1)刀架抬起  當(dāng)數(shù)控裝置發(fā)出換刀指令后，壓力油由a孔進(jìn)入壓緊液壓缸的下腔，活塞1上升，刀架體2抬起，使定位用的活動插銷10與固定插銷9脫開。同時，活塞桿下端的端齒離合器與空套齒輪5結(jié)合。(2)刀架轉(zhuǎn)位  當(dāng)?shù)都芴鸷螅瑝毫τ蛷腸孔進(jìn)入轉(zhuǎn)位液壓缸左腔，活塞6向右移動，通過

11、聯(lián)接板帶動齒條8移動，使空套齒輪5作逆時針方向轉(zhuǎn)動。通過端齒離合器使刀架轉(zhuǎn)過60º。活塞的行程應(yīng)等于齒輪5分度圓周長的1/6，并由限位開關(guān)控制。  (3)刀架壓緊  刀架轉(zhuǎn)位之后，壓力油從b孔進(jìn)入壓緊液壓缸上腔，活塞1帶動刀架體2下降。齒輪3的底盤上精確地安裝有6個帶斜楔的圓柱固定插銷9，利用活動插銷10消除定位銷與孔之間的間隙，實現(xiàn)反靠定位。刀架體2下降時，定位活動插銷10與另一個固定插銷9卡緊，同時齒輪3與齒圈4的錐面接觸，刀架在新的位置定位并夾緊。這時，端齒離合器與空套齒輪5脫開。(4)轉(zhuǎn)位液壓缸復(fù)位  刀架壓緊之后，壓力油從d孔進(jìn)入轉(zhuǎn)位液壓缸的右

12、腔，活塞6帶動齒條復(fù)位，由于此時端齒離合器已脫開，齒條帶動齒輪3在軸上空轉(zhuǎn)。如果定位和夾緊動作正常，推桿11與相應(yīng)的觸頭12接觸，發(fā)出信號表示換刀過程已經(jīng)結(jié)束，可以繼續(xù)進(jìn)行切削加工?；剞D(zhuǎn)刀架除了采用液壓缸轉(zhuǎn)位和定位銷定位之外，還可以采用電動機(jī)帶動離合器定位，以及其他轉(zhuǎn)位和定位機(jī)構(gòu)。圖1 數(shù)控車床六角回轉(zhuǎn)刀架1活塞  2刀架體  3、7齒輪  4齒圈  5空套齒輪6活塞  8齒條  9固定插銷  10、11推桿  12觸頭2.2.2 四方刀架（1）刀架抬起當(dāng)換刀指令發(fā)出后，刀架電機(jī)正轉(zhuǎn)，通過蝸桿連軸器帶動渦

13、輪絲杠轉(zhuǎn)動，刀架體內(nèi)孔有螺紋，與渦輪絲杠旋合。渦輪絲杠內(nèi)孔與刀架中心軸是動配合，在轉(zhuǎn)位換刀時，中心軸固定不動，渦輪絲杠環(huán)繞中心軸旋轉(zhuǎn)。由于刀架底座和刀架體嚙合，且渦輪絲杠軸向固定，這時刀架抬起。（2）刀架換刀當(dāng)?shù)都荏w抬至一定距離后，端面齒脫開。轉(zhuǎn)位套用銷釘與渦輪絲杠連接，隨渦輪絲杠一同轉(zhuǎn)動，當(dāng)端面齒完全脫開，轉(zhuǎn)位套正好轉(zhuǎn)過160°，球頭銷在彈簧作用下進(jìn)入轉(zhuǎn)位套的槽中，帶動刀架體轉(zhuǎn)位。（3）刀架定位 刀架體轉(zhuǎn)動時帶動電刷座一起轉(zhuǎn)動，當(dāng)轉(zhuǎn)到程序指定的刀號時，定位銷在彈簧作用下進(jìn)入粗定位盤的槽中進(jìn)行粗定位，同時電刷接觸導(dǎo)面使電機(jī)反轉(zhuǎn)，由于粗定位槽的限制，刀架體不能轉(zhuǎn)動，使其在該位置垂直落下

14、，刀架體和刀架底座上的端面齒嚙合實現(xiàn)精確定位。（4）刀架鎖緊 刀架電機(jī)繼續(xù)反轉(zhuǎn)，此時渦輪停止轉(zhuǎn)動，蝸桿繼續(xù)轉(zhuǎn)動，隨加緊力增加，轉(zhuǎn)矩不斷增大，達(dá)到一定值時，在傳感器的控制下，電機(jī)停止轉(zhuǎn)動，刀架鎖緊。2.2.3 更換主軸頭換刀在帶有旋轉(zhuǎn)刀具的數(shù)控機(jī)床中，更換主軸頭是一種簡單換刀方式。主軸頭通常有臥式和立式兩種，而且常用轉(zhuǎn)塔的轉(zhuǎn)位來更換主軸頭，以實現(xiàn)自動換刀。在轉(zhuǎn)塔的各個主軸頭上，預(yù)先安裝有各工序所需的旋轉(zhuǎn)刀具。當(dāng)發(fā)出換刀指令時，各主軸頭依次地轉(zhuǎn)到加工位置，并接通主軸運動，使相應(yīng)的主軸帶動刀具旋轉(zhuǎn)，而其他處于不加工位置上的主軸都與主運動脫開。圖2為臥式八軸轉(zhuǎn)塔頭。轉(zhuǎn)塔頭上徑向分布著八根結(jié)構(gòu)完全相同的

15、主軸7，主軸的回轉(zhuǎn)運動由齒輪12輸入。當(dāng)數(shù)控裝置發(fā)出換刀指令時，先通過液壓撥叉將移動齒輪3與齒輪12脫離嚙合，同時在中心液壓缸14的上腔通壓力油。由于活塞桿和活塞15固定在底座上，因此中心液壓缸14帶著由兩個推力軸承17和16支承的轉(zhuǎn)塔刀架體18抬起，離合器2和1脫離嚙合。然后壓力油進(jìn)入轉(zhuǎn)位液壓缸，推動活塞齒條，再經(jīng)過中間齒輪使大齒輪4與轉(zhuǎn)塔刀架體18一起回轉(zhuǎn)45º，將下一工序的主軸轉(zhuǎn)到工作位置。轉(zhuǎn)位結(jié)束后，壓力油進(jìn)入中心液壓缸14的下腔，使轉(zhuǎn)塔頭下降，離合器2和1重新嚙合，實現(xiàn)了精確的定位。在壓力油的作用下，轉(zhuǎn)塔頭被壓緊，轉(zhuǎn)位液壓缸退回原位。最后，通過液壓撥叉移動齒輪3，使它與新?lián)Q

16、上的主軸齒輪12相嚙合。為了改善主軸結(jié)構(gòu)的裝配工藝性，整個主軸部件裝在套筒5內(nèi)，只要卸去螺釘10，就可以將整個部件抽出。主軸前軸承9采用錐孔雙列圓柱滾子軸承，調(diào)整時，先卸下端蓋6，然后擰緊螺母8，使內(nèi)環(huán)做軸向移動，以便消除軸承的徑向間隙。為了便于卸出主軸錐孔內(nèi)的刀具，每根主軸都有操縱桿13，只要按壓操縱桿，就能通過斜面推動桿11，頂出刀具。轉(zhuǎn)塔主軸頭的轉(zhuǎn)位、定位和壓緊方式與鼠齒盤式分度工作臺極為相似，但因為在轉(zhuǎn)塔上分布著許多回轉(zhuǎn)主軸部件，使結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜。由于空間位置的限制，主軸部件的結(jié)構(gòu)不可能設(shè)計得十分堅實，因而影響了主軸系統(tǒng)的剛度。為了保證主軸的剛度，主軸數(shù)目必須加以限制，否則將會使結(jié)構(gòu)尺寸

17、大為增加。轉(zhuǎn)塔主軸頭換刀方式的主要優(yōu)點在于省去了自動松夾、卸刀、裝刀、夾緊以及刀具搬運等一系列復(fù)雜的操作。從而提高了換刀的可靠性，并顯著地縮短了換刀時間。但由于上述結(jié)構(gòu)上的原因，轉(zhuǎn)塔主軸頭通常只是用于工序較少、精度要求不太高的機(jī)床，例如數(shù)控鉆床等。圖2臥式八軸轉(zhuǎn)塔頭1、2一離合器3、4、12一齒輪5一套筒6一端蓋7一主軸8一螺母9、16、17一軸承10一螺釘1l一推動桿13一操縱桿14一液壓缸15一活塞18一轉(zhuǎn)塔刀架體2.2.4帶刀庫的自動換刀系統(tǒng)帶刀庫的自動換刀系統(tǒng)由刀庫和刀具交換機(jī)構(gòu)組成。首先把加工過程中需要的全部刀具分別安裝在標(biāo)準(zhǔn)刀柄上，在機(jī)外進(jìn)行尺寸預(yù)調(diào)整后，按一定的方式放到刀庫中去。

18、換刀時先在刀庫中選刀，并由刀具交換裝置從刀庫和主軸上取出刀具，在進(jìn)行交換刀具后，將新刀裝入主軸，把舊刀放回刀庫。存放刀具的刀庫具有較大的容量，它既可以安裝在主軸箱的側(cè)面或上方，也可以作為單獨部件安裝到機(jī)床外，并由搬運裝置運送刀具。與轉(zhuǎn)塔主軸頭相比較，由于帶刀庫的自動換刀裝置數(shù)控機(jī)床主軸箱內(nèi)只有一個主軸，設(shè)計主軸部件就有可能充分加強(qiáng)它的剛度，因而能滿足精密加工的要求。另外，刀庫可以存放數(shù)量很大的刀具，因而能進(jìn)行復(fù)雜零件的多工序加工，這樣就明顯提高了機(jī)床的適應(yīng)性和加工效率。所以帶刀庫的自動換刀裝置特別適用于數(shù)控鉆床、數(shù)控銑床和數(shù)控鏜床。刀庫是自動換刀裝置的主要部件，其容量、布局以及結(jié)構(gòu)對數(shù)控機(jī)床的

19、設(shè)計有很大的影響。根據(jù)刀庫所需要的容量和取刀方式，可以將刀庫設(shè)計成多種樣式。以下列出了幾種。單盤式刀庫，為適應(yīng)機(jī)床主軸的布局，刀庫的刀具軸線可以按不同的方向配置，刀具可做90°翻轉(zhuǎn)的圓盤刀庫，采用這種結(jié)構(gòu)能夠簡化取刀動作，刀庫容量通常為1530把，因取刀方便，所以應(yīng)用最為廣泛。鼓輪彈倉式刀庫，其結(jié)構(gòu)十分緊湊，在相同的空間內(nèi)，它的容量較大，但取刀較復(fù)雜。鏈?zhǔn)降稁?，其結(jié)構(gòu)有較大的靈活性，存放刀具數(shù)量也較多，選刀和取刀動作十分簡單。當(dāng)鏈條較長時，可以增加支承鏈輪的數(shù)目，使鏈條折疊回繞，提高了空間利用率。多盤式和格子式刀庫，他們雖然也具有結(jié)構(gòu)緊湊的特點，但選刀和取刀復(fù)雜，應(yīng)用較少。為一龍門加

20、工中心采用的鏈?zhǔn)降?，為一立式加工中心的圓盤式刀庫。圖3 常用的刀庫形式圖4 龍門加工中心采用的鏈?zhǔn)降稁靾D5 盤式刀庫結(jié)構(gòu)示意圖2.2.5 刀具交換裝置數(shù)控機(jī)床的刀具交換方式通常分為有刀庫與機(jī)床主軸的相對運動實現(xiàn)刀具交換和采用機(jī)械手交換刀具兩類。刀具的交換方式和它們的具體結(jié)構(gòu)對機(jī)床的生產(chǎn)率和工作可靠性有直接影響。由刀庫與機(jī)床主軸的相對運動實現(xiàn)換刀的裝置，在換刀換刀時必須先將用過的刀具送回刀庫，然后再從刀庫中取出新刀具，兩個動作不能同時進(jìn)行，因此換刀時間長。采用機(jī)械手換刀的方式應(yīng)用最為廣泛，這是因為機(jī)械手換刀有很大的靈活性而且可以減少換刀時間。目前在加工中心上絕大多數(shù)都使用記憶式的任選換刀方式。這

21、種方式能將刀具號和刀庫中的刀套位置對應(yīng)的記憶在數(shù)控系統(tǒng)的PLC中，不論刀具放在哪個刀套內(nèi)都始終記憶著它的軌跡。刀庫上裝有位置檢測裝置，可以檢測出每個刀套的位置，這樣刀具就可以任意取出并送回。刀庫上愛設(shè)有機(jī)械原點使每次選刀時，就近選取，如對于盤式刀庫來說，每次選刀運動角度都不會超過180°。圖6 凸輪機(jī)械手換刀2.3 TND360刀架的結(jié)構(gòu)與工作原理屬于轉(zhuǎn)塔刀架是由換刀機(jī)構(gòu)和刀盤組成，刀盤用于刀具的安裝。刀盤的背面裝有端面齒盤，用于刀盤的定位。轉(zhuǎn)塔刀架的換刀機(jī)構(gòu)是實現(xiàn)刀盤的開定位、轉(zhuǎn)動換刀位、定位和夾緊的傳動機(jī)構(gòu)。要實現(xiàn)刀盤的轉(zhuǎn)動換刀，就要使刀盤的定位機(jī)構(gòu)脫開后，才能進(jìn)行轉(zhuǎn)動，當(dāng)轉(zhuǎn)動到

22、位后，刀盤要定位并夾緊，才能進(jìn)行加工。轉(zhuǎn)塔刀架的換刀傳動是由刀架電動機(jī)提供動力，刀盤的抬起是用凸輪機(jī)構(gòu)來實現(xiàn)的，而刀盤在圓周方向上的分度是用槽輪機(jī)構(gòu)來實現(xiàn)的，分度完成后的回復(fù)也是在碟形彈簧的作用下進(jìn)行工作的。刀盤在轉(zhuǎn)動過程中，經(jīng)1：1的齒輪副將運動傳遞給圓光柵，由圓光柵將轉(zhuǎn)位信號送可編程控制器進(jìn)行刀位計數(shù)。在加工的過程中，當(dāng)端面齒盤上的定位銷拔出后，切削力過大或撞刀時，刀盤會產(chǎn)生微量轉(zhuǎn)動，這時圓光柵的轉(zhuǎn)動信號就成為刀架過載報警信號，機(jī)床就會迅速停機(jī)。圓光柵將傳動轉(zhuǎn)換成脈沖信號送給數(shù)控系統(tǒng)，正常時用于刀盤上刀具刀位的計數(shù)；撞刀時用于產(chǎn)生刀架報警信號。刀盤的轉(zhuǎn)動可根據(jù)最近找刀原則實現(xiàn)正反向轉(zhuǎn)動，以

23、達(dá)到快速找刀的目的。2.4 LDB4電動刀架的結(jié)構(gòu)與工作原理屬于四工位刀架，由電動機(jī)、蝸輪和蝸桿結(jié)構(gòu)、絲杠和螺母結(jié)構(gòu)、霍爾元件定位系統(tǒng)等組成，正轉(zhuǎn)時，電動機(jī)通過渦輪和蝸桿結(jié)構(gòu)將驅(qū)動傳給絲杠，螺母和轉(zhuǎn)動的刀架是鍵槽聯(lián)結(jié)，即螺母和轉(zhuǎn)動的刀架只能做相對上下滑動，而不能相對轉(zhuǎn)動，螺母與電機(jī)底座是通過齒面嚙合形成定位機(jī)構(gòu)，在這對嚙合齒脫開之前，螺母是不能轉(zhuǎn)動的，也就是轉(zhuǎn)動的刀架也是不能轉(zhuǎn)動，剛剛開始，由于絲杠的順時針旋轉(zhuǎn)，螺母相對于轉(zhuǎn)動的刀架向上移動，當(dāng)嚙合齒脫開后，通過銷釘和止推槽的作用，使得絲杠轉(zhuǎn)動-螺母轉(zhuǎn)動-刀架轉(zhuǎn)動-進(jìn)行換刀，到指定的工位時，通過霍爾元件定位系統(tǒng)將到位信號傳遞給數(shù)控裝置系統(tǒng)，從而

24、停止轉(zhuǎn)動，通過霍爾元件定位系統(tǒng)和輔助定位銷釘進(jìn)行位置的定位；數(shù)控裝置控制刀架換刀電動機(jī)進(jìn)行一定延時的反轉(zhuǎn)信號，因為止推銷釘?shù)淖饔?，螺母系統(tǒng)和刀架系統(tǒng)不能反轉(zhuǎn)，因而螺母系統(tǒng)順著絲杠向下移動，直到兩對嚙合齒重新嚙合為止，這樣完成了整個換刀的過程。2.5 兩種結(jié)構(gòu)的比較兩種結(jié)構(gòu)的共同點：都實現(xiàn)了刀盤的抬起與鎖緊動作，刀盤的圓周定位，實現(xiàn)了同樣的功能。兩種結(jié)構(gòu)只是機(jī)械結(jié)構(gòu)的不同而在電動機(jī)的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)的電氣控制上卻是完全相同的。兩者的區(qū)別：TND360的刀盤的抬起與鎖緊是由凸輪機(jī)構(gòu)和碟形彈簧實現(xiàn)的，刀盤的圓周分度是由槽輪機(jī)構(gòu)實現(xiàn)的，槽輪實現(xiàn)的是8工位的刀盤分度；LDB4電動刀架的抬起與鎖緊是由絲杠螺母的

25、系統(tǒng)實現(xiàn)的，而刀架的圓周分度是由霍爾元件定位系統(tǒng)實現(xiàn)的，其實現(xiàn)的是4工位的刀盤分度；結(jié)構(gòu)上是LDB4比較簡單、實用。在分度精度上TND360定位精度比較高，同時比較可靠。而且TND360存在一定的報警功能，當(dāng)切削力過大或撞刀時，刀盤產(chǎn)生不是常規(guī)的微量轉(zhuǎn)動，這個時候圓光柵就傳遞出對應(yīng)的傳感器信號，而這個信號就成為刀架的過載報警信號，這樣數(shù)控系統(tǒng)就會停機(jī)，而這個功能LDB4是沒有的。第三章 常見故障分析與診斷3.1刀架、刀庫及換刀常見故障：普通車床刀架常見故障：換刀時刀架不轉(zhuǎn)電源相序接反（使電機(jī)正反轉(zhuǎn)相反）或電源缺相(適用普通車床刀架)。數(shù)控系統(tǒng)在換刀時,換刀信號已經(jīng)發(fā)出,控制刀架電機(jī)的接觸器也已

26、經(jīng)閉和,如果現(xiàn)在刀架電機(jī)不運轉(zhuǎn),有可能是因為刀架電機(jī)電源缺相,另一個原因有可能是因為刀架電機(jī)正反轉(zhuǎn)信號接反,因為普通經(jīng)濟(jì)型車床所使用的刀架是通過刀架電機(jī)的正反轉(zhuǎn)來進(jìn)行選刀,并進(jìn)行鎖緊等動作,一般的工作順序是刀架首先正轉(zhuǎn)進(jìn)行選澤刀具,刀具選者到位后,電機(jī)再進(jìn)行反轉(zhuǎn),把所選擇的刀具進(jìn)行瑣緊.整個換刀過程才結(jié)束,如果刀架電機(jī)電源的相序接反或者是所發(fā)出的正反轉(zhuǎn)信號相反,那么數(shù)控系統(tǒng)選擇刀具時所發(fā)出的刀架電機(jī)正轉(zhuǎn)信號,刀架電機(jī)此時的運動狀態(tài)恰好是反轉(zhuǎn)鎖緊,所以刀架電機(jī)就會靜止不動,一直處在鎖緊狀態(tài).此時將刀架電機(jī)的電源線任換兩相,或者是將PLC的刀架輸出信號相互調(diào)節(jié)一下,故障即可以消除.故障現(xiàn)象故障原因

27、排除方法換刀時刀架不轉(zhuǎn)1.電源相序接反（使電機(jī)正反轉(zhuǎn)相反）或電源缺相(適用普通車床刀架)2.PLC程序出錯，換刀信號沒有發(fā)出。1.將電源相序調(diào)換2.重新調(diào)試PLC換刀時刀架/刀庫一直旋轉(zhuǎn)1.刀位信號沒有到達(dá)2.I/O輸入輸出板出錯3.檢測信號的開關(guān)損壞1.檢查線路是否有誤2.維修或更換3.維修或更換普通刀架不能鎖緊1.刀架反轉(zhuǎn)信號沒有輸出2.刀架鎖緊時間過短3.機(jī)械故障1.檢查線路是否有誤2.增加鎖緊時間3.重新調(diào)整機(jī)械部分刀庫換刀動作不能夠完成1.松刀感應(yīng)感應(yīng)開關(guān)或電磁閥損壞或失靈2.壓力不足,液壓系統(tǒng)出現(xiàn)問題，液壓缸因液壓系統(tǒng)壓力不足或漏油而不動作，或程不到位3.PLC調(diào)試出錯，換刀條件不

28、能滿足4.主軸系統(tǒng)出錯1.更換松刀感應(yīng)感應(yīng)開關(guān)或電磁閥2.檢查液壓系統(tǒng)3.重新調(diào)試PLC，觀察PLC的輸入輸出狀態(tài)4.主軸驅(qū)動器是否報錯自動換刀時刀鏈運轉(zhuǎn)不到位：1.液壓系統(tǒng)出現(xiàn)問題，油路不暢通或液壓閥出現(xiàn)問題2.液壓馬達(dá)出現(xiàn)故障3.刀庫負(fù)載過重，或者有阻滯的現(xiàn)象4.潤滑不良1.檢查液壓系統(tǒng)2.檢查液壓馬達(dá)是否正常工作3.檢查刀庫裝刀是否合理4.檢查潤滑油路是否暢通，并重新潤滑刀具夾緊后不能松開，主軸刀柄取不下1.松刀力不夠，2.氣液壓伐或松拉力氣缸損壞3.拉桿行程不夠或拉桿位置變動4.7：24錐為自鎖與非自鎖的臨界點5.刀具松夾彈簧壓合過緊6.液壓缸壓力和行程不夠1.調(diào)整機(jī)械部分2.維修或更

29、換3.調(diào)整機(jī)械部分4.重新調(diào)整5.調(diào)整刀具松夾彈簧6.對液壓缸進(jìn)行檢查刀具不能夾緊主軸不能拉上刀柄1.拉桿行程不夠2.松刀接近開關(guān)位置變動3.拉桿頭部損壞4.閥未動作、卡死或者未上電5.拉釘未擰緊或者型號選擇不正確6.蝶形彈簧位移量太小、7.刀具松夾彈簧上螺母松動1.對拉桿進(jìn)行調(diào)整2.調(diào)整接近開關(guān)的位置3.更換拉桿4.檢查閥是否有動作或檢查是否有電輸出5.檢查拉釘并更換6.對蝶形彈簧調(diào)整7.緊固螺母刀架及刀庫常見故障及維修刀架及刀庫常見故障及排除方法見表1。表1 刀架及刀庫的常見故障及排除方法序號故障現(xiàn)象故障原因排除方法1刀架在某個刀位不停磁鋼磁極裝反、磁鋼與霍爾元件高度位置不準(zhǔn)調(diào)整磁鋼磁極方

30、向、調(diào)整磁鋼與霍爾元件的位置2刀庫中的刀套不能卡緊刀具刀套上的調(diào)整螺母松動順時針旋轉(zhuǎn)刀套兩邊的調(diào)整螺母壓緊彈簧，頂緊卡緊銷3刀具交換時掉刀換刀時主軸箱沒有回到換刀點或換刀點漂移；機(jī)械手抓刀時沒有到位，就開始拔刀重新操作主軸箱運動，使其回到換刀點位置，重新設(shè)定換刀點4刀庫不能轉(zhuǎn)動連接電動機(jī)軸與蝸桿軸的聯(lián)軸器松動緊固聯(lián)軸器上的螺釘5轉(zhuǎn)動不到位電動機(jī)轉(zhuǎn)動故障，傳動機(jī)構(gòu)誤差更換電動機(jī)，調(diào)整傳動機(jī)構(gòu)6機(jī)械手換刀速度過快或過慢氣壓太高或太低和換刀氣閥節(jié)流開口太大或太小調(diào)整氣壓大小和節(jié)流閥開口3.2LDB4刀架在換刀過程中找不到想要的刀位LDB4刀架的換刀過程是數(shù)控系統(tǒng)控制電動刀架的正轉(zhuǎn)，在正轉(zhuǎn)的過程中，一

31、個小磁塊固定不動，4個工位的霍爾元件跟隨刀架旋轉(zhuǎn)，當(dāng)其中一個霍爾元件接近小磁塊后，發(fā)出對應(yīng)的高電平或低電平信號，當(dāng)所需要工位的霍爾元件接近小磁塊時，該信號傳遞回數(shù)控系統(tǒng)，這時數(shù)控系統(tǒng)停止正轉(zhuǎn)控制，發(fā)出延時的反轉(zhuǎn)信號，控制刀架縮緊。當(dāng)對應(yīng)的霍爾元件出現(xiàn)故障或信號回傳通道出現(xiàn)故障的時候，對應(yīng)的刀位信號無法反饋回數(shù)控系統(tǒng)，就出現(xiàn)了刀位故障。排除方法：檢查霍爾元件是否出現(xiàn)故障、檢查信號通道是否暢通。3.3LDB4定位精度出現(xiàn)誤差LDB4的定位分為兩個層次：定位霍爾元件進(jìn)行電動機(jī)定位，定位卡銷與刀座上的卡槽進(jìn)行精確定位。如果定位精度出現(xiàn)誤差，主要是定位霍爾元件是否出現(xiàn)移位或位置出現(xiàn)誤差，或者彈簧定位卡銷

32、出現(xiàn)故障。排除方法：檢查定位霍爾元件的位置與彈簧定位卡銷系統(tǒng)。3.4LDB4刀位無法鎖緊LDB4刀架的鎖緊是依靠螺母在絲杠上的下降來實現(xiàn)的，而該下降的運動是由電動機(jī)的反轉(zhuǎn)來實現(xiàn)的，如果無法鎖緊，就是螺母沒有對絲杠做相對運動，首先是數(shù)控系統(tǒng)有無反轉(zhuǎn)信號傳到24V繼電器、24V繼電器是否工作、220V反轉(zhuǎn)控制交流接觸器是否工作、刀架正反轉(zhuǎn)控制電動機(jī)是否損壞、絲杠螺母機(jī)械結(jié)構(gòu)是否卡死。排除方法：24V繼電器檢查、220V交流接觸器檢查、電動機(jī)檢查、絲杠螺母機(jī)械結(jié)構(gòu)檢查。3.5 TND刀盤無法抬起TND刀盤的抬起是通過電動機(jī)的正轉(zhuǎn)帶動凸輪旋轉(zhuǎn)，而凸輪的旋轉(zhuǎn)帶動刀盤軸向上移動，從而抬起刀盤，而刀盤無法抬

33、起，一者電動機(jī)系統(tǒng)出現(xiàn)故障，無法實現(xiàn)正轉(zhuǎn)；凸輪軸系統(tǒng)出現(xiàn)卡死現(xiàn)象或凸輪系統(tǒng)出現(xiàn)故障。排除方法：檢查電動機(jī)系統(tǒng)、檢查凸輪系統(tǒng)結(jié)束語要及時快速排除數(shù)控機(jī)床的刀架故障，維修人員首先必須熟練掌握刀架的結(jié)構(gòu)、工作原理和動作順序，針對故障顯現(xiàn)作出準(zhǔn)確的判斷；其次要熟練運用廠方提供的診斷參數(shù)或梯圖，根據(jù)梯圖的鏈鎖關(guān)系，確定故障點。只要做到以上兩點，一般數(shù)控的刀架故障都能及時排除。致謝：通過這次的畢業(yè)設(shè)計使我對專業(yè)知識有了更進(jìn)一步的了解，而且做好一門設(shè)計考慮的步驟要詳細(xì)周到。感謝屈海軍老師對我的指導(dǎo)，讓我明白了在畢業(yè)設(shè)計中要考慮很多的方方面面,使我對數(shù)控車床有了更深的認(rèn)識，對以后從事的相關(guān)職業(yè)有了更好的基礎(chǔ).

34、同時感謝各位同學(xué)對我的關(guān)心和支持!最后我還要感謝我的母校徐州機(jī)電工程高等職業(yè)學(xué)校四年來對我的培養(yǎng) 。參考文獻(xiàn)1 曹琰 數(shù)控機(jī)床應(yīng)用與維修 北京：電子工業(yè)出版社，1994；2李福生等 實用數(shù)控機(jī)床技術(shù)手冊 北京：北京出版社，19933張樹森.機(jī)械工程學(xué).遼寧；東北大學(xué)出版社，2001；4 屈海軍 黃云林 數(shù)控機(jī)床操作與維護(hù)科學(xué)出版社， 20095 徐衡 數(shù)控機(jī)床維修FANUC系統(tǒng)實用技術(shù)叢書，20056 盧斌 數(shù)控機(jī)床極其維修 機(jī)械工業(yè)出版社， 20107 熊光華數(shù)控機(jī)床機(jī)械工業(yè)出版社，2001年3月8 陳富安數(shù)控原理與系統(tǒng)人民郵電出版社，2006年1月9 李佳數(shù)控機(jī)床及應(yīng)用北京：清華大學(xué)出版社

35、，2001年附錄1.機(jī)床故障排除方法 （1）初始化復(fù)位法：一般情況下，由于瞬時故障引起的系統(tǒng)報警，可用硬件復(fù)位或開關(guān)系統(tǒng)電源依次來清除故障，若系統(tǒng)工作存貯區(qū)由于掉電，拔插線路板或電池欠壓造成混亂，則必須對系統(tǒng)進(jìn)行初始化清除，清除前應(yīng)注意作好數(shù)據(jù)拷貝記錄，若初始化后故障仍無法排除，則進(jìn)行硬件診斷。 （2）參數(shù)更改，程序更正法：系統(tǒng)參數(shù)是確定系統(tǒng)功能的依據(jù)，參數(shù)設(shè)定錯誤就可能造成系統(tǒng)的故障或某功能無效。有時由于用戶程序錯誤亦可造成故障停機(jī)，對此可以采用系統(tǒng)的塊搜索功能進(jìn)行檢查，改正所有錯誤，以確保其正常運行。 （3）調(diào)節(jié)，最佳化調(diào)整法：調(diào)節(jié)是一種最簡單易行的辦法。通過對電位計的調(diào)節(jié)，修正系統(tǒng)故障。如某廠維修中，其系統(tǒng)顯示器畫面混亂，經(jīng)調(diào)節(jié)后正常。如在某廠，其主軸在啟動和制動時發(fā)生皮帶打滑，原因是其主軸