數(shù)控機床故障診斷與維修項目五

項目5數(shù)控機床典型故障維修一、學習目標二、工作任務模塊1機床回參考點故障及排除模塊2數(shù)控機床主軸相關故障處理模塊3數(shù)控機床進給系統(tǒng)相關故障處理模塊4數(shù)控車床自動換刀裝置控制及常見故障分析模塊5加工中心刀庫控制及常見故障分析學習目標終極目標:會對數(shù)控機床出現(xiàn)的典型故障進行分析與維修。促成目標:(1)會排除機床回參考點相關故障。(2)會排除主軸相關故障。(3)會排除進給系統(tǒng)相關故障。(4)會排除車床刀架相關故障。(5)會排除加工中心刀庫相關故障。返回工作任務排除數(shù)控機床出現(xiàn)的相關故障。返回模塊1機床回參考點故障及排除一、學習目標終極目標:會排除數(shù)控機床回參考點相關故障。促成目標:(1)會排除機床回不去參考點的故障。(2)會排除機床回參考點不準的故障。二、工作任務排除機床不能回參考點的故障。三、相關實踐知識(一)回參考點過程異常，找不到參考點，機床硬限位超程報警下一頁返回模塊1機床回參考點故障及排除(1)機床回零過程無減速動作或一直以減速回零，多數(shù)原因為減速開關或接線故障。(2)機床回零動作正常，但系統(tǒng)得不到一轉信號。原因可能是電動機編碼器及接線或系統(tǒng)軸板故障，可以使用交換法來檢驗。(二)回參考點過程正常，但參考點不準確這類故障主要與以下因素有關:減速擋塊偏移、柵格偏移量參數(shù)設定不當、參考計數(shù)器容量參數(shù)設定不當、位置環(huán)增益設定過大、編碼器或軸板不良。(1)參考點減速擋塊位置調整不當。(2)參考點減速擋塊長度不當。上一頁下一頁返回模塊1機床回參考點故障及排除(3)電機與絲杠之間連接不良。(4)電網電壓不穩(wěn)定，脈沖編碼器電源電壓太低。(5)零位脈沖信號干擾，零漂過大。(6)還有可能是系統(tǒng)參數(shù)設定不當引起。四、相關理論知識(一)參考點的作用機床參考點(MachineReferencePosition)是給機床各個進給軸預先設置的一個位置，絕大多數(shù)數(shù)控機床開機后的第一動作一般都是手動操作回參考點。如果用戶不想每次開機都回參考點，可以選配帶絕對值上一頁下一頁返回模塊1機床回參考點故障及排除編碼器的伺服電機，由于系統(tǒng)斷電后位置檢測裝置靠電池來維持機床坐標值實際位置的記憶，所以開機時不需要進行返回參考點操作。目前，大多數(shù)數(shù)控機床位置檢測裝置都采用增量式的旋轉編碼器或增量式光柵尺作為反饋元件，系統(tǒng)斷電后，工件坐標系的值就失去了記憶，盡管靠電池能維持機械坐標值，但那只是機床斷電前的位置，而非機床的實際位置;機床在上電后，不能確定在當前機床坐標系中的實際位置，所以必須進行回參考點操作，用來確定初始位置，即機床坐標系原點。參考點是建立機床坐標系的基準，在機床坐標系建立起來以后，坐標軸的反向間隙補償、絲杠螺距誤差、軟限位才能生效，零點偏移才有意義，所以參考點對于機床是必不可少的。上一頁下一頁返回模塊1機床回參考點故障及排除(二)回參考點方式一般返回參考點按檢測元件檢測原點信號方式的不同有柵點法和磁開關法兩種。柵點法中，按檢測元件的不同，可分為以絕對脈沖編碼器和增量脈沖編碼器方式回零。具體是在機床本體上裝有一個減速開關和減速擋塊，當減速擋塊壓下減速開關時，伺服電機減速以接近原點的速度運行，當減速擋塊離開減速開關時，數(shù)控系統(tǒng)檢測到的第一個零點信號就是原點。這種方法的特點是在進行回原點操作后，機床原點的保持性好。磁開關法則是在機床本體上裝有一個磁鐵和磁感應開關，當磁感應開關檢測到原點信號時，伺服電機停止運行，該停止點即為原點。這種方法的特點是結構簡單，但原點不確定。上一頁下一頁返回模塊1機床回參考點故障及排除還可以分為有自動識別返回參考點方向和不自動識別返回參考點方向兩種。●1.自動識別返回參考點方向當開關設置在軸的一端，靠近這端的限位開關時，系統(tǒng)設置為自動識別返回參考點方向;只要按系統(tǒng)指定的鍵，系統(tǒng)就會自動識別返回參考點方向，尋找參考點通常有以下兩種過程。1)壓上零點開關后尋找零點脈沖(1)如果回原點軸沒有壓在零點開關上，按相應的啟動鍵后，回原點軸向預定的方向快速移動，當減速擋塊壓上零點開關后，回原點軸減速到系統(tǒng)設定的較慢的速度向前繼續(xù)運動，當減速開關釋放后，數(shù)控系統(tǒng)開始檢測編碼器的柵點或零上一頁下一頁返回模塊1機床回參考點故障及排除脈沖，直到系統(tǒng)檢測到第一個柵點或零脈沖后，電機停止轉動，當前位置即為機床參考點。(2)如果回原點軸壓在零點開關上，回原點軸運動方向與上述預定的方向相反，離開零點開關后，減速到零，再反方向運動，壓上零點開關后，準備接收第一個零點脈沖，確定機床參考點。2)脫離零點開關后尋找零點脈沖(1)如果回原點軸沒有壓在零點開關上，按相應的啟動鍵后，回原點軸向預定的方向快速移動，當減速擋塊壓上零點開關后，回原點軸減速到零，然后向反方向以較慢的速度繼續(xù)運動，當又脫離零點開關后，數(shù)控系統(tǒng)檢測到第一個柵點或零上一頁下一頁返回模塊1機床回參考點故障及排除脈沖后，當前位置即被確定為機床參考點。(2)如果返回參考點時，回原點軸壓在零點開關上，回原點軸運動方向與上述預定的方向相反，離開零點開關后，PLC發(fā)出減速信號，使數(shù)控系統(tǒng)檢測到第一個柵點或零脈沖時，確定為機床參考點。●2.不自動識別返回參考點方向此時通常開關設置在軸的中部，這時返回參考點方向通常有以下兩種過程。(1)如果返回參考點時，回原點軸壓在零點開關上，按下機床上相應的鍵后，因為回原點軸在參考點上，所以回原點軸馬上加速到參考點，當離開零點開關后，開始接收零點脈沖，上一頁下一頁返回模塊1機床回參考點故障及排除當接收零脈沖時，確定參考點。(2)如果回原點軸在零點開關前面，按相應的啟動鍵后，回原點軸向預定的方向快速移動，當壓上零點開關后，回原點軸減速到慢速，當脫離零點開關后，開始接收零點脈沖，當接收零點脈沖時，確定參考點?？傊诓煌臄?shù)控系統(tǒng)中，回參考點的方法雖然有所不同，但絕大部分系統(tǒng)回參考點的動作過程如下:(1)在手動方式(JOG)下，選擇“回參考點”操作方式，然后按對應軸的方向鍵。(2)坐標軸以機床參數(shù)設定的“回參考點快速”速度，向參考點移動。當“參考點減速”擋塊壓上后，參考點減速信號上一頁下一頁返回模塊1機床回參考點故障及排除(*DEC)生效，電動機減速至機床參數(shù)設定的“參考點搜索速度”。(3)越過參考點減速擋塊后，*DEC信號恢復，坐標軸繼續(xù)以搜索速度運動。(4)在參考點減速擋塊放開后，位置檢測裝置的第一個“零脈沖”到達后即開始計數(shù)，當?shù)竭_機床參數(shù)設置的“參考點偏移量”后，坐標軸停止運動，回參考點運動結束。(三)FANUC系統(tǒng)回參考點相關參數(shù)圖5-1-1所示為FANUC機床回參考點時過程示意圖。與回參考點相關的參數(shù)如下:上一頁下一頁返回模塊1機床回參考點故障及排除No.1002.0(JAX)=0，回零時同時只控制1軸;=1，回零時同時控制3軸。No.1002.1(DLZ)-0，全軸有擋塊回參考點;=1，全軸無擋塊回參考點的方式。No.1005.1(DLZ)-0，各軸有擋塊回參考點;=1，各軸無擋塊回參考點的方式。No.1006.5(ZMLx)-0，各軸按正方向返回參考點;=1，各軸按負方向返回參考點。No.1240，各軸參考點的坐標值。No.1425，各軸回參考點時碰到減速回零開關后的速度，圖中v2。上一頁下一頁返回模塊1機床回參考點故障及排除No.1428，各軸回參考點速度，圖中速度v1，具體返回參考點時的速度如表5-1-1所示。No.1420，各軸快速移動速度。No.1423，各軸手動連續(xù)進給(JOG進給)時的進給速度。No.1424，各軸的手動快速移動速度。No.1815.4(APZ)=0，絕對脈沖編碼器的原點未建立;=1，原點已建立。No.1815.5(APC)=0，不使用絕對脈沖編碼器作為位置檢測器;=1，使用絕對脈沖編碼器作為位置檢測器。No.1850，各軸的柵格偏移量。上一頁下一頁返回模塊1機床回參考點故障及排除No.3003.5(*DEC)=0，低電平時減速;=1，高電平時減速。No.3006.0(GDC)=0，返回參考點減速信號*DEC使用地址X0009;=1,使用的地址*DEC信號地址為G196(X0009無效)?；亓銣p速的動作若要通過地址X1009(或X9)時，不需編寫PMC的梯形圖程序;如果是通過地址(0196時，X的地址可隨意選，但這時還需編寫PMC程序，如圖5-1-2所示。梯形圖中的信號地址含義如下:X20.6：+X按鈕開關;X20.7:-X按鈕開關;X21.0;+Z按鈕開關;X21.1:-Z按鈕開關;G120.7:系統(tǒng)回零;上一頁下一頁返回模塊1機床回參考點故障及排除F148.0;X軸回零結束;F148.1;Z軸回零結束;F149.1:系統(tǒng)復位。(四)SIEMENS機床回參考點相關參數(shù)圖5-1-3所示為SIEMENS機床回參考點時示意圖。與回參考點相關的參數(shù)如下:MD34000~MD34100，是802D的參考點相關參數(shù)?；貐⒖键c相關參數(shù)如表5-1-2所示。如圖5-1-3所示，回參考點的過程是:按住正向點動鍵(MD34010默認設定)，軸以“尋找參考點開關”的速度MD34020按正方向向參考點開關移動，當參考點開關閉合后，坐標減速至靜止，然后按“尋找零脈沖”的速度上一頁下一頁返回模塊1機床回參考點故障及排除MD34040,反向退離參考點開關，從當參考點開關斷開時，開始等待編碼器的零脈沖。當零脈沖出現(xiàn)時，系統(tǒng)記錄位置，并開始減速至“定位”速度MD34070，并以該速度移動至“參考點移動距離”MD34080(默認值-2mm，參考點到達，系統(tǒng)將“參考點設定位置”MD34100作為機床坐標系在參考點處的位置。(五)回參考點故障維修實例根據(jù)工作經驗，在不同型號不同系統(tǒng)的一數(shù)控機床上，出現(xiàn)回參考點故障主要有以下5種類型:出現(xiàn)超程并報警;回不到參考點，參考點指示燈不亮;回參考點的位置不穩(wěn)定;回參考點整螺距偏移;回參考點時報警，并有報警信息。上一頁下一頁返回模塊1機床回參考點故障及排除●例1某大型數(shù)控車床有時回參考點不準確。原因分析:該機床系統(tǒng)采用SINUMERIK810系統(tǒng)，當用X軸回參考點時，啟動刀架向X軸參考點移動，遇到減速開關后，X軸反向移動，找不到參考點。為證實X位置編碼器是否有零脈沖發(fā)至數(shù)控系統(tǒng)，暫時修改810T系統(tǒng)MD4000參數(shù)值，將X軸設為S軸，再觀測卞軸數(shù)據(jù)顯示畫面，在X軸轉動時其實際值是否從零逐漸變大。經觀測其值總為零，所以可確定是X位置編碼器有故障，換為2500脈沖/轉的編碼器，將機床參數(shù)MD3640從8000改為10000后，故障解決?！窭?某數(shù)控銑床回參考點時，Y軸先正方向快速運動，再反向微動，然后再反向慢速移動，碰到限位開關而停。上一頁下一頁返回模塊1機床回參考點故障及排除原因分析:反向和減速均正常，說明CNC系統(tǒng)及參考點開關正常。示波器觀察零標志脈沖信號。若無，則零標志脈沖信號丟失所致，正常則CNC測量時可見組件通道(用交換法)?！窭?某機床回參考點時有減速過程，但是找不到零點。原因分析:有減速過程，說明減速信號已到達系統(tǒng)，說明減速開關及相關電路正常，考慮編碼器是否有故障，用示波器觀察編碼器波形，不能找到零脈沖，所以肯定是編碼器故障;將編碼器拆開發(fā)現(xiàn)編碼器內有油污，將油污擦拭干凈后，再進行測量，發(fā)現(xiàn)零脈沖，裝到機床上開機后，回參考點正常，故障排除?！窭?某數(shù)控銑床，重開機時，Y軸方向定位位置發(fā)生偏移。上一頁下一頁返回模塊1機床回參考點故障及排除原因分析:該數(shù)控銑床的系統(tǒng)采用SIEMENS802D系統(tǒng)，且發(fā)生整螺距偏移;對參考點減速擋塊進行檢查后，發(fā)現(xiàn)減速擋塊安裝位置正確，也沒有松動現(xiàn)象，重復回參考點多次，發(fā)現(xiàn)Y方向的定位位置都正確，所以排除減速擋塊安裝有故障的可能性;仔細檢查發(fā)現(xiàn)在行程開關上有較多的細鐵屑等顆粒物，判斷故障可能是由此引起的;清除細鐵屑等顆粒物，在減速開關上增加防護裝置后，機床恢復正常?！窭?某數(shù)控銑床，首次開機時，回參考點過程出現(xiàn)超程報警。原因分析:該數(shù)控銑床采用SIEMENS802D系統(tǒng)，且故障發(fā)生前曾在搬運過程中拆下了Z軸電機;由此判斷，可能是在上一頁下一頁返回模塊1機床回參考點故障及排除搬運過程中Z軸主軸箱的位置發(fā)生了變化，導致電機與絲杠的連接位置發(fā)生了變化，使參考點與原來的位置產生了偏移，引起Z軸超程報警;退出超程保護，重新調整參考點偏差值后，機床恢復正常?！窭?某配套SIEMENS810T數(shù)控車床，Z軸回參考點過程出現(xiàn)超程報警。原因分析:經觀測在回參考點時，X軸正常，Z軸回參考點在壓上零點開關后，有減速運行的行為，但運動在壓上限位開關之前不會停止，導致出現(xiàn)超程報警;由此判斷零點開關正常，沒有問題;用示波器檢查反饋元件—旋轉變壓器，發(fā)現(xiàn)沒有零點脈沖出現(xiàn)，懷疑編碼器有問題，更換伺服電機的內置編碼器，機床恢復正常。上一頁下一頁返回模塊1機床回參考點故障及排除維修體會:手動回參考點操作是建立機床坐標系的前提，大部分數(shù)控機床在開機后的第一動作都是手動回參考點，影響手動回參考點操作的主要因素有:減速擋塊位置不當和減速信號故障;位置檢測元件本身故障和零脈沖干擾;機床參數(shù)設置不當?shù)纫蛩?。上一頁返回模塊2數(shù)控機床主軸相關故障處理一、學習目標終極目標:會排除主軸工作不正常相關故障促成目標:(1)會排除主軸不能正常工作故障(2)會排除主軸報警的故障二、工作任務排除主軸不能正常工作的故障三、相關理論知識常見的主軸伺服系統(tǒng)故障介紹如下。(一)外界干擾故障現(xiàn)象:主軸在運轉過程中出現(xiàn)無規(guī)律的振動或轉動。下一頁返回模塊2數(shù)控機床主軸相關故障處理原因分析:主軸伺服系統(tǒng)受電磁、供電線路或信號傳輸干擾的影響，主軸速度指令信號或反饋信號受到干擾，主軸伺服系統(tǒng)誤動作。檢查方法:令主軸轉速指令為零，調整零速平衡電位計或漂移補償量參數(shù)值，觀察是否因參數(shù)系統(tǒng)變化引起故障。若調整后仍不能消除該故障，則多為外界干擾信號引起主軸伺服系統(tǒng)誤動作。采取措施:電源進線端加裝電源凈化裝置，動力線和信號線分開，布線要合理，信號線和反饋線按要求屏蔽，接地線要可靠。(二)主軸過載上一頁下一頁返回模塊2數(shù)控機床主軸相關故障處理故障現(xiàn)象:主軸電動機過熱、CNC裝置和主軸驅動裝置顯示過電流報警等。原因分析:主軸電動機通風系統(tǒng)不良、動力連線接觸不良、機床切削用量過大，主軸頻繁正、反轉等引起電流增加，電能以熱能形式散發(fā)出來，主軸驅動系統(tǒng)和CNC裝置通過檢測，顯示過載報警。檢查方法:根據(jù)CNC和主軸驅動裝置提示報警信息，檢查可能引起故障的各種因素。采取措施:保持主軸電動機通風系統(tǒng)良好，保持過濾網清凈;檢查動力接線端子接觸情況;嚴格按照機床操作規(guī)程，正確操作機床。上一頁下一頁返回模塊2數(shù)控機床主軸相關故障處理(三)主軸定位抖動故障現(xiàn)象:主軸在正常加工時沒有問題，僅在定位時產生抖動。原因分析:主軸定位一般分機械、電氣和編碼器3種準停定位，當定位機械執(zhí)行機構不到位，檢測裝置反饋信息有誤時產生抖動。另外，主軸定位要有一個減速過程，如果減速或增益參數(shù)設置不當，也會引起故障。檢查方法:根據(jù)主軸定位的方式，主要檢查各定位、減速檢測元件的工作狀態(tài)和安裝固定情況，如限位開關、接近開關、霍爾元件等。采取措施:保證定位元件運轉靈活，檢測元件穩(wěn)定可靠。(四)不執(zhí)行螺紋加工上一頁下一頁返回模塊2數(shù)控機床主軸相關故障處理工作原理:數(shù)控車床螺紋加工實質就是主軸旋轉與Z軸直線進給之間的插補。當執(zhí)行螺紋加工指令時，系統(tǒng)得到主軸位置檢測裝置發(fā)出的一轉信號后開始進行螺紋加工，根據(jù)主軸的位置反饋脈沖進行Z軸的插補控制，即主軸轉一周，Z軸直線進給一個導程。故障原因:產生故障的可能原因如下:(1)主軸編碼器與系統(tǒng)之間的連接不良。(2)主軸編碼器的位置信號PA,*PA,PB,*PB不良或連接電纜斷開。(3)主軸編碼器的一轉信號PZ,*PZ不良或連接電纜斷開。(4)系統(tǒng)或主軸放大器故障。上一頁下一頁返回模塊2數(shù)控機床主軸相關故障處理采取措施:對于原因(1)產生的故障，可通過檢查連接電纜接口及電纜線找出故障并修復。對于原因(2)產生的故障，可通過系統(tǒng)顯示裝置上是否有主軸速度顯示來判別，如果無主軸速度顯示則為該類報警。對于原因(3)產生的故障，可通過加工指令G99(每轉進給加工)和G98(每分鐘進給加工)切換來判別，如果G98進給切削正常而G99進給切削不執(zhí)行，則為該類故障。如果以上故障都排除，則為系統(tǒng)本身故障，即系統(tǒng)存儲板或系統(tǒng)主板故障。上一頁下一頁返回模塊2數(shù)控機床主軸相關故障處理(五)主軸轉速與進給不匹配故障現(xiàn)象:當進行螺紋切削、攻螺紋或要求主軸與進給有同步配合的加工時，出現(xiàn)進給停止，主軸仍繼續(xù)運轉，或加工螺紋出現(xiàn)亂牙現(xiàn)象。原因分析:當主軸與進給同步配合加工時，要領先主軸上的脈沖編碼器檢測反饋信息，若脈沖編碼器或連接電纜線有問題，會引起上述故障。檢查方法:通過調用I/0狀態(tài)數(shù)據(jù)，觀察編碼器信號線的通斷狀態(tài);取消主軸與進給同步配合，用每分鐘進給指令代替每轉進給指令來執(zhí)行程序，可判斷故障是否與編碼器有關。采取措施:更換維修編碼器，檢查電纜線接線情況，特別上一頁下一頁返回模塊2數(shù)控機床主軸相關故障處理

注意信號線的抗干擾措施。(六)轉速偏離指令值故障現(xiàn)象:實際主軸轉速值超過指令給定的轉速范圍。原因分析:電動機負載過大，引起轉速降低，或低速極限值設定太小，造成主軸電動機過載;測速反饋信號變化，引起速度控制單元輸入變化;主軸驅動裝置故障，導致速度控制單元錯誤輸出;CNC系統(tǒng)輸出的主軸轉速模擬量沒有達到與轉速指令相對應的值。檢查方法:空載運轉主軸，檢測比較實際轉速值和指令值，判斷故障是否由負載過大引起;檢查測速裝置及電纜線，調節(jié)速度反饋量大小，使實際主軸轉速達到指令值;用備件判斷上一頁下一頁返回模塊2數(shù)控機床主軸相關故障處理驅動裝置故障部位;檢查信號電纜線連接情況，調整有關參數(shù)使CNC系統(tǒng)輸出的模擬量與轉速指令值相對應。采取措施:更換維修損壞的部件，調整相關的參數(shù)。(七)主軸異常噪聲及振動原因分析:區(qū)別是由于機械部分連接松動或磨損還是電氣驅動部分閉環(huán)振蕩引起。采取措施:用機電分離的方法斷開機械和電氣部分的連接，分別加以測試。(八)主軸電動機不轉原因分析:如果CNC側有報警，則按報警提示處理，如CNC側無報警，主軸不轉，可能是主軸伺服驅動或變頻器缺少上一頁下一頁返回模塊2數(shù)控機床主軸相關故障處理模擬量速度給定信號或使能控制信號。采取措施:如果CNC給定的是0~10V的電壓信號，則可以在CNC側輸入指令后，通過萬用表來測伺服驅動或變頻器信號輸入端是否有電壓信號來確認;對于使能信號可以通過PLCI/O狀態(tài)觀察PLC是否有輸出控制信號或用萬用表檢測使能端子是否閉合來判斷。當然，對于新機床和大修后的機床也可能是CNC或伺服驅動、變頻器參數(shù)設定有誤引起。上一頁返回模塊3數(shù)控機床進給系統(tǒng)相關故障處理一、學習目標終極目標:會排除進給工作不正常相關故障促成目標:(1)會排除進給不能正常工作故障(2)會排除進給報警的故障二、工作任務排除進給系統(tǒng)不能正常工作的故障三、相關理論知識進給伺服的常見故障介紹如下。下一頁返回模塊3數(shù)控機床進給系統(tǒng)相關故障處理(一)超程當進給運動超過由軟件設定的軟限位或由限位開關設定的硬限位時，就會發(fā)生超程報警，一般會在CRT上顯示報警內容，向發(fā)生超程相反方向運動坐標軸，退出超程區(qū)后復位，即可排除故障解除報警。但如果機床采用的是超程鏈，在退出超程區(qū)時需要按住超程釋放按鍵不放，然后再向超程相反方向運動，特別要注意判斷對超程方向，因為超程釋放鍵被按下后，機床將不再檢測超程信號。(二)過載當進給運動的負載過大，頻繁正、反向運動以及傳動鏈潤滑狀態(tài)不良時，均會引起過載報警。一般會在CRT上顯示上一頁下一頁返回模塊3數(shù)控機床進給系統(tǒng)相關故障處理伺服電動機過載、過熱或過流等報警信息。同時，在強電柜中的進給驅動單元上、指示燈或數(shù)碼管會提示驅動單元過載、過電流等信息。(三)竄動在進給時出現(xiàn)竄動現(xiàn)象時可能的原因有:①測速信號不穩(wěn)定，如測速裝置故障、測速反饋信號干擾等;②速度控制信號不穩(wěn)定或受到干擾;③接線端子接觸不良，如螺釘松動等。當竄動發(fā)生在由正方向運動與反向運動的換向瞬間時，一般是由于進給傳動鏈的反向間隙或伺服系統(tǒng)增益過大所致。(四)爬行發(fā)生在啟動加速段或低速進給時，一般是由于進給傳動鏈的上一頁下一頁返回模塊3數(shù)控機床進給系統(tǒng)相關故障處理潤滑狀態(tài)不良、伺服系統(tǒng)增益低及外加負載過大等因素所致。尤其要注意的是:伺服電動機和滾珠絲杠連接用的聯(lián)軸器，由于連接松動或聯(lián)軸器本身的缺陷，如裂紋等，造成滾珠絲杠轉動與伺服電動機的轉動不同步，從而使進給運動忽快忽慢，產生爬行現(xiàn)象。(五)振動機床以高速運行時可能產生振動，這時就會出現(xiàn)過流報警。機床振動問題一般屬于速度問題，應去查找速度環(huán)，主要從給定信號、反饋信號及速度調節(jié)器本身這3個方面去查找故障。分析機床振動的周期是否與進給速度有關，如與進給上一頁下一頁返回模塊3數(shù)控機床進給系統(tǒng)相關故障處理速度有關，振動一般是由該軸的速度環(huán)增益太高或速度反饋故障造成;如與進給速度無關，振動一般是由位置環(huán)增益太高或位置反饋故障造成的;如振動在加、減速過程中產生，往往是系統(tǒng)加、減速時間設定過小造成的。(六)伺服電動機不轉數(shù)控系統(tǒng)至進給驅動單元除了速度控制信號外，還有使能控制信號，一般為DC+24V繼電器線圈電壓。伺服電動機不轉，常用的診斷方法有:①檢查數(shù)控系統(tǒng)是否有速度控制信號輸出;②檢查使能信號是否接通，通過CRT觀察I/O狀態(tài)，分析機床PLC梯形圖(或流程圖)，以確定進給軸的啟動條件，如潤滑、冷卻等是否滿足;③對帶電磁制動的伺服電動機，應上一頁下一頁返回模塊3數(shù)控機床進給系統(tǒng)相關故障處理檢查電磁制動是否釋放;④進給驅動單元故障;⑤伺服電動機故障。(七)位置誤差當伺服軸運動超過位置允差范圍時，數(shù)控系統(tǒng)就會產生位置誤差過大的報警，包括跟隨誤差、輪廓誤差和定位誤差等。主要原因有:①系統(tǒng)設定的允差范圍小;②伺服系統(tǒng)增益設置不當;③位置檢測裝置有污染;④進給傳動鏈累積誤差過大;⑤主軸箱垂直運動時平衡裝置(如平衡液壓缸等)不穩(wěn)定。(八)漂移當指令值為零時，坐標軸仍移動，從而造成位置誤差。通過誤差補償和驅動單元的零速調整來消除。上一頁下一頁返回模塊3數(shù)控機床進給系統(tǒng)相關故障處理(九)回參考點故障這類故障有找不到和找不準參考點兩種故障。前者主要是回參考點減速開關產生的信號或零標志脈沖信號失效所導致，可以用示波器檢測信號;后者是參考點開關擋塊位置設置不當引起，只要重新調整即可。伺服故障在維修時，可采用模塊交換法來進行判斷。上一頁返回模塊4數(shù)控車床自動換刀裝置控制及常見故障分析一、學習目標終極目標:會排除車床刀架的故障。促成目標:(1)會對刀架進行維護。(2)會對刀架故障進行處理。二、工作任務排除LDB4系列電動刀架的故障。三、相關理論知識(一)數(shù)控車床換刀裝置的維護數(shù)控車床換刀裝置機構較復雜，且在工作中又頻繁運動，下一頁返回模塊4數(shù)控車床自動換刀裝置控制及常見故障分析故障率較高，如刀具運動故障、定位誤差過大、夾持刀柄不穩(wěn)定、回轉刀架不能轉動、轉動不到位、轉動不能停止、轉過角度與實際不符合等。這些故障最后都造成換刀動作卡位，機床停止工作。因此對數(shù)控車床換刀裝置的維護十分重要。一般要注意以下要點:(1)嚴禁超長的刀具裝入刀架，防止在換刀時刀具與工件等發(fā)生碰撞。

(2)必須注意刀具放置在刀架中的位置要正確，使所換刀具與所需刀具一致，防止換錯刀具導致事故發(fā)生。

(3)往刀架上裝刀時，要確保刀具安裝到位，夾緊力適當，保證刀座上的鎖緊裝置可靠。

上一頁下一頁返回模塊4數(shù)控車床自動換刀裝置控制及常見故障分析(4)經常檢查刀具回零位置是否正確，檢查機床回換刀點位置是否到位，發(fā)現(xiàn)問題要及時調整。

(5)要注意保持刀具、刀柄和刀架清潔。

(6)開機時，應先使刀架空運行，檢查各部分是否正常，特別是檢查液壓系統(tǒng)的壓力是否正常，刀具在刀架上鎖緊是否可靠。

(二)刀架的故障的處理●1.刀架電機不啟動或上刀體不轉動可能的原因有:電機三相電源線相序接反;電源電壓偏低;連接電動機與蝸桿軸的聯(lián)軸器松動;機械連接過緊。

可采取的措施:立即切斷電源調整電機相序;電源電壓正常后上一頁下一頁返回模塊4數(shù)控車床自動換刀裝置控制及常見故障分析再使用;檢查機械連接部分?！?.上刀體運轉不?；虻杜_在某刀位不?？赡艿脑蛴?發(fā)訊盤電源故障;發(fā)訊盤某刀位信號線接觸不良;某霍爾元件斷路或短路;磁鋼磁極裝反;磁鋼與霍爾元件高度位置不一致;某霍爾元件與磁鋼無信號。

可采取的措施:去掉罩殼，檢查發(fā)訊盤接線是否有短路或開路現(xiàn)象;發(fā)訊盤電源電壓是否正常;檢查機床相關接線是否良好;調整磁鋼磁極方向;調整磁鋼與霍爾元件位置;更換霍爾元件

調整霍爾元件與磁鋼的相對位置，一般在刀架鎖緊的狀態(tài)下進行，其霍爾元件應比磁鋼要向前大約磁鋼寬度的1/3●3.刀架鎖不緊上一頁下一頁返回模塊4數(shù)控車床自動換刀裝置控制及常見故障分析可能的原因有:刀架電機反轉時間不夠;刀架電機正、反轉接觸器的接線接觸不良;用刀架鎖緊信號關斷電機反轉接觸器。

可采取的措施:根據(jù)刀架出廠合格證上的時間重設刀架反轉時間;檢查機床相關接線是否良好;檢查機床相關控制程序是否正確;不能用刀架鎖緊信號控制反轉接觸器?！?.刀臺換刀位時不到位或過沖過大可能的原因有:磁鋼在圓周方向相對霍爾元件太前或太后;機床動作控制程序中，在刀架電機正轉停止和反轉開始之間，插入較長延時。

可采取的措施:調整磁鋼在圓周方向相對于霍爾元件的位置;修改程序，刪除在刀架電機正轉停止和刀架電機反轉開始上一頁下一頁返回模塊4數(shù)控車床自動換刀裝置控制及常見故障分析之間的延時?！?.工件的加工表面出現(xiàn)波紋可能的原因有:刀架沒有充分鎖緊;車刀固定不牢固或刀桿太細?？刹扇〉拇胧?適當延長鎖緊時間(合格證上注明了該臺刀架的準確鎖緊時間)。

●6.換刀過程中出現(xiàn)斷路器跳閘現(xiàn)象產生故障的主要原因是電動機短路、刀塔內部機械傳動卡死及斷路器本身不良。四、相關理論知識

(一)數(shù)控車床的自動換刀裝置

上一頁下一頁返回模塊4數(shù)控車床自動換刀裝置控制及常見故障分析數(shù)控車床為了能在工件一次裝夾中完成多個工步，縮短輔助時間，減少工件因多次安裝引起的誤差，都帶有自動換刀系統(tǒng)。數(shù)控車床的刀架是機床的重要組成部分，用于安裝和夾持刀具。它的結構和性能直接影響機床的切削性能和切削效率，在某種程度上體現(xiàn)了機床的設計和制造技術水平。隨著數(shù)控車床的發(fā)展，刀具結構形式也在不斷變化。

數(shù)控車床刀架是最簡單的自動換刀裝置，按換刀方式主要有排式刀架、回轉刀架和帶刀庫的自動換刀裝置等。其中，回轉刀架是數(shù)控車床刀架中應用最多的一種換刀機構，通過刀架的回轉運動來實現(xiàn)機床的換刀動作。(二)回轉刀架換刀裝置上一頁下一頁返回模塊4數(shù)控車床自動換刀裝置控制及常見故障分析回轉刀架換刀裝置是最簡單的自動換刀裝置，通過回轉頭的旋轉分度來實現(xiàn)自動換刀動作，除了可以分為立式和臥式兩種，還可以按加工要求可分為四方刀架、六方刀架或圓盤式軸向裝刀等多種形式。多為順序換刀，具有結構緊湊、換刀時間短等優(yōu)點，但安裝刀具的數(shù)量不多。其工作過程一般為刀架抬起、刀架轉位、刀架壓緊、轉位油缸復位4步。

●1.LDB4型四工位電動刀架

在數(shù)控車床LDB4型電動刀架安裝和調試完成后，刀架的工作順序應按照圖5-4-2所示的步驟完成工作要求，同時要通過相應的輔助機構來實現(xiàn)。四工位回轉刀架的結構如圖5-4-3所示。上一頁下一頁返回模塊4數(shù)控車床自動換刀裝置控制及常見故障分析具體的換刀步驟如下。

1)刀架抬起

當數(shù)控裝置發(fā)出換刀指令后，電機23正轉，經聯(lián)軸器16、軸17，由花鍵帶動蝸桿19,蝸輪2、軸1、軸套10轉動。軸套10通過外圓上的兩處凸起，在套筒9內孔中的螺旋槽內移動，舉起與套筒9相連的刀架8和上端齒盤6，使上端齒盤6與下端齒盤5分開，完成刀架抬起動作。

2)刀架轉位

刀架抬起后，軸套10繼續(xù)轉動，同時帶動刀架8轉過相應的角度(900,1800,2700)，由微動開關20將到位信號發(fā)送到數(shù)控裝置，完成刀架轉位動作。

上一頁下一頁返回模塊4數(shù)控車床自動換刀裝置控制及常見故障分析3)刀架壓緊

刀架轉動到位后，由微動開關20將到位信號發(fā)送到數(shù)控裝置，再由數(shù)控裝置發(fā)送信號到電機23轉動，刀架8通過銷13定位脫離軸套10的繼續(xù)轉動，然后刀架8向下移動，上、下端齒盤合攏壓緊，蝸桿19繼續(xù)轉動產生軸向位移，壓縮彈簧22、套筒21的外圓曲面使開關20動作，電機23停止轉動，從而完成一次轉位?！?.六工位回轉刀架的結構及工作過程六工位回轉刀架的結構如圖5-4-4所示。這種刀架的工作過程全部由液壓系統(tǒng)通過電磁換向閥和順序閥進行控制，主要適用于盤類零件的加工。它與四工位回轉上一頁下一頁返回模塊4數(shù)控車床自動換刀裝置控制及常見故障分析刀架的底部安裝尺寸相同，當加工軸類零件時可以換成四工位回轉刀架，在數(shù)控車床中應用非常廣泛。換刀動作主要由以下步驟完成。

1)刀架抬起

當數(shù)控裝置發(fā)出換刀指令后，壓力油從A孔進入液壓缸的下腔，活塞1上升，刀架體2抬起使定位活動銷10與固定插銷9脫開?；钊麠U下端的端齒離合器與空套齒輪5結合，完成刀架抬起動作。

2)刀架轉位

刀架抬起后，壓力油從C孔進入液壓缸的左腔，活塞6通過連接板帶動齒條8移動，使空套齒輪5逆時針方向轉動，通過端上一頁下一頁返回模塊4數(shù)控車床自動換刀裝置控制及常見故障分析齒離合器使刀架轉過相應的角度(600,1200,1800,2400,3000)，由限位開關控制活塞的行程，使其等于齒輪5節(jié)圓周長的1/6，完成刀架轉位動作。

3)刀架壓緊

刀架轉動到位后，壓力油從B孔進入液壓缸的上腔，活塞1下降，定位活動插銷10與固定插銷9卡緊，零件3與零件4的錐面接觸，端齒離合器與空套齒輪5脫開，刀架在新的位置定位壓緊。

利用活動插銷10來消除固定插銷9與孔之間的間隙，實現(xiàn)定位的可靠性。

4)刀架壓緊

上一頁下一頁返回模塊4數(shù)控車床自動換刀裝置控制及常見故障分析刀架壓緊后，壓力油從D孔進入轉位液壓缸的右腔，活塞6帶動齒條8復位。

(三)維修實例

●例一車床刀架轉不到位。

故障現(xiàn)象:CK6140數(shù)控機床換刀時3號刀位轉不到位。

故障分析及處理:一般有兩種原因，第一種是電動機相位接反，但調整電動機相位線后故障不能排除，第二種是磁鋼與霍爾元件高度位置不一致。拆開刀架上蓋，發(fā)現(xiàn)3號磁鋼與霍爾元件高度位置相差距離較大，調整3號磁鋼與霍爾元件高度與其他刀號位置基本一致，重新啟動系統(tǒng)，故障排除?！窭?shù)控系統(tǒng)電動刀架定位不準故障的處理。

上一頁下一頁返回模塊4數(shù)控車床自動換刀裝置控制及常見故障分析故障現(xiàn)象:電動刀架定位不準。

故障分析及處理:該機床是由JN系列機床數(shù)控系統(tǒng)而改造的經濟型數(shù)控車床。其刀架為常州市武進機床數(shù)控設備廠為JN系列數(shù)控系統(tǒng)配套生產的LDB4-I型電動刀架。檢查電動刀架的情況如下:電動刀架旋轉后不能正常定位，且選擇刀號出錯，懷疑是電動刀架的定位檢測元件—霍爾元件損壞。拆開電動刀架的端蓋檢查霍爾元件，發(fā)現(xiàn)該元件的電路板是松動的。實際中該電路板應由刀架軸上的鎖緊螺母鎖緊，在刀架旋轉的過程中實現(xiàn)準確定位。重新將松動的電路板按刀號調整好，使4個霍爾元件與感應元件一一對應，然后鎖緊螺母，故障排除。

上一頁下一頁返回模塊4數(shù)控車床自動換刀裝置控制及常見故障分析說明:在電動刀架中，霍爾元件是一個關鍵的定位檢測元件，它的好壞對于電動刀架準確地選擇刀號，完成零件的加工有十分重要的作用。因此，對于電動刀架的定位故障，首先應考慮檢查霍爾元件。

●例三濟南第一機床廠的MJ-50數(shù)控車床，所配系統(tǒng)為FANUCOTC，偶數(shù)刀換刀故障。

故障現(xiàn)象:在機床調試過程中，無論手動、自動循環(huán)，刀架有時出現(xiàn)轉位故障，刀架不鎖緊，同時“進給保持燈”亮，刀架停止運動。

故障分析及處理:該轉位刀架由液壓實現(xiàn)夾緊、松開動作，由液壓電動機驅動轉位的。機械部分出問題的可能性較小，上一頁下一頁返回模塊4數(shù)控車床自動換刀裝置控制及常見故障分析懷疑轉位刀架PLC的控制程序有問題，因為該機床轉位刀架故障時有時無，沒有規(guī)律，根據(jù)每次轉位刀架出現(xiàn)故障時，“進給保持燈”亮這一點，可從PLC梯形圖上入手，反推故障點，在機床廠商提供的PLC梯形圖上，“進給保持燈”與轉位刀架故障信號有無相關。顯然，機床廠提供的程序梯形圖與機床實際控制程序不符，無法分析。所以利用I/0診斷畫面來分析故障原因，在反復重現(xiàn)故障過程中，發(fā)現(xiàn)奇數(shù)刀位很少出故障，故障大多發(fā)生在偶數(shù)刀位且無規(guī)律可循。因此重點查看刀架奇偶校驗開關信號X14.3，發(fā)現(xiàn)在偶數(shù)刀位時，奇偶校驗開關信號X14.3時有時無，所以可確定為故障原因。因為本刀架設計為偶數(shù)奇偶校驗，在偶數(shù)刀位時.上一頁下一頁返回模塊4數(shù)控車床自動換刀裝置控制及常見故障分析如果奇偶校驗開關X14.3有信號。奇偶校驗通過，刀架結束轉位動作并夾緊;如果X14.3無信號，則奇偶校驗出錯，發(fā)出報警信號，“進給保持燈”亮，刀架不能結束轉位動作，保持松開狀態(tài)。而在奇數(shù)刀位不受奇偶校驗影響，因而轉位正常。

拆開轉位刀架后罩，檢查由開關到數(shù)控系統(tǒng)I/()板線路，發(fā)現(xiàn)接線端子板上X14.3導線與端子壓接不良，導線在端子內是松動的，重新壓好端子，故障排除，刀架轉位正常。

●例四瑞士公司生產的SCHAUBLIN110數(shù)控車床，數(shù)控系統(tǒng)為FANUCOTC系統(tǒng)。刀架旋轉失控故障。

故障現(xiàn)象:加工中突然出現(xiàn)轉塔刀架旋轉失控現(xiàn)象。上一頁下一頁返回模塊4數(shù)控車床自動換刀裝置控制及常見故障分析發(fā)生故障時轉塔刀架可能旋轉多圈而不能停止到位，且故障時有時無沒有規(guī)律。發(fā)生故障時，有時會顯示444號(提示內容為第4軸伺服系統(tǒng)故障)或410號(提示內容為第4軸停止位置偏差大于程序設定值)報警。

故障分析及處理:故障現(xiàn)象不僅時有時無，且在手動狀態(tài)下運行時，每點動一下，轉塔刀架往往連續(xù)運轉多步而不停，且不論正、反向均如此。并且隨著時間的增加，故障的發(fā)生概率增加很快，只是偶然能正常工作。根據(jù)有時出現(xiàn)的444號報警與410號報警提示，可確定為轉塔刀架運動系統(tǒng)故障無疑。經現(xiàn)場仔細觀察，發(fā)現(xiàn)轉塔刀架正常工作的一個全過程為:①接收到轉位信號;②轉塔刀架彈起;③轉過一個刀位(仍上一頁下一頁返回模塊4數(shù)控車床自動換刀裝置控制及常見故障分析在彈起狀態(tài));④轉塔刀架落下復位(準備執(zhí)行下一個轉位動作)。而故障狀態(tài)下的運行過程為:①接收到轉位信號;②轉塔刀架彈起;③轉過多個刀位，一直不落下。根據(jù)故障現(xiàn)象分析，不論有無故障發(fā)生，其轉塔刀架轉位信號的接收都是正常的，且與轉塔刀架旋轉方向無關。同時觀察到在過參考點時，PLC中X3073.0顯示正常，因此可以排除參考點傳感器SB141、轉塔刀架旋轉方向動作控制(旋轉方向控制僅在手動狀態(tài)下有效)和轉塔刀架轉位信號的傳輸故障，應把重點放在與轉位動作有關的幾個元件上。采用傳統(tǒng)的方法，觀察PLC中各元件動作的信號顯示來確定故障部位。由于該故障無規(guī)律性，有可能為我們提供正常和異常兩種情況下上一頁下一頁返回模塊4數(shù)控車床自動換刀裝置控制及常見故障分析的信號狀態(tài)。表5-4-1列出了轉塔刀架各轉位元件在上述兩種情況下的信號狀態(tài)。從表5-4-1中可以看到，在轉塔刀架彈起和轉塔旋轉(彈起狀態(tài))這兩個動作中，正常和異常的信號狀態(tài)的區(qū)別在于X3073.5(SB143)和Y3206.1(YV343)兩個元件狀態(tài)均處于異常情況。而YV343(電磁閥)是一個輸出執(zhí)行元件，它的動作受輸入元件(SB143)的狀態(tài)控制。所以進一步確認SB143(轉塔刀架鎖定傳感器)的工作狀態(tài)是否正常。拆下轉塔刀架端子板蓋扳，可以看到轉塔刀架3個位置傳感器SB141,SB142,SB143和接線端子X81。在手動狀態(tài)下點動轉塔刀架，觀察到3個位置傳感器根部的LED顯示，上一頁下一頁返回模塊4數(shù)控車床自動換刀裝置控制及常見故障分析判斷工作基本正常(只是SB143在輸出高電平時LED顯示較亮，而輸出低電平時LED顯示有時較暗一些)。為了進一步確定其工作狀態(tài)，用萬用表測量接線端子板X81上的2,5兩端電平，發(fā)現(xiàn)當SB143上LED顯示較暗時其5端輸出仍為高電平(正常狀態(tài)低電平輸出時LED應不發(fā)光)。確定轉塔刀架傳感器SB143工作異常。拆下SB143檢查，證實其確已損壞。由此可見，是由于SB143工作失效時，輸出不受機床動作的控制，迫使電磁閥YV343長期通電不能釋放，最終導致轉塔刀架不能落下復位。更換SB143后，故障排除。上一頁返回模塊5加工中心刀庫控制及常見故障分析一、學習目標終極目標:會對加工中心刀庫進行維護和故障排除。促成目標:(1)理解加工中心常用刀庫的類型、結構及工作原理(2)理解加工中心自動換刀裝置的類型、結構及工作原理(3)掌握加工中心刀庫及自動換刀裝置的常見故障的類型及原因(4)通過維修實例學習，熟悉加工中心刀庫常見故障的排除方法二、工作任務對加工中心刀庫常見故障進行排除下一頁返回模塊5加工中心刀庫控制及常見故障分析三、相關實踐知識(一)刀庫與換刀機械手的維護要點(1)嚴禁把超重、超長的刀具裝入刀庫，防止發(fā)生碰撞。

(2)順序選刀方式必須保證刀具在刀庫上的順序要正確。其他選刀方式也要注意所換刀具號與所需刀具一致，防止換錯刀。(3)用手動方式往刀庫上裝刀時，要確保安裝到位，確保裝夾牢靠。并要注意保持刀座上的鎖緊可靠。

(4)經常檢查刀庫的回零位置是否正確。

(5)保持刀具刀柄和刀套清潔。

上一頁下一頁返回模塊5加工中心刀庫控制及常見故障分析(6)開機時，應先使刀庫和機械手空運行，檢查運行是否正常，發(fā)現(xiàn)不正常時應及時處理。

(二)加工中心刀庫及自動換刀裝置的故障

自動換刀裝置是數(shù)控機床加工中心的重要執(zhí)行機構，它們的性能直接影響機床的加工質量和生產率。換刀裝置結構復雜，且在工作中又頻繁運動，所以故障率較高。

換刀裝置常見故障形式有:刀庫運動故障，定位誤差過大;機械手夾持刀柄不穩(wěn)定，機械手動作誤差過大等。這些故障最后都造成換刀動作卡位，整機停止工作。進行維修時應重視對現(xiàn)場設備操作人員的調查，由于ATC裝置都是由PLC可編程序控制器通過應答信號控制的，因此大多數(shù)故障出現(xiàn)在上一頁下一頁返回模塊5加工中心刀庫控制及常見故障分析反饋環(huán)節(jié)(電路或反饋元件)上，需通過電路分析與信號、動作、定位、限位等有關環(huán)節(jié)的綜合分析來判斷故障所在，故難度較大。下面就刀庫和換刀機械手的故障作簡要介紹。1.刀庫不能轉動可能的原因有:連接電動機與蝸桿軸的聯(lián)軸器松動;機械連接過緊;刀庫預緊力過大。2.刀庫轉不到位可能的原因有:電動機轉動故障;傳動機構誤差。3.刀套不能夾緊刀具上一頁下一頁返回模塊5加工中心刀庫控制及常見故障分析可能的原因有:刀套上的調整螺釘松動;彈簧太松，造成卡緊力不足;刀具超重。4.刀套上下不到位可能的原因有:裝置調整不當或加工過大而造成撥叉位置不到位;限位開關安裝不正確或調整不當而造成反饋信號錯誤。5.刀具夾不緊掉刀可能的原因有:卡緊爪彈簧壓力過小;彈簧后面的螺母松動;刀具超重;機械手卡緊鎖不起作用;氣壓不足，或刀具卡緊氣壓漏氣。6.刀具夾緊后松不開可能的原因有:松鎖的彈簧壓合過緊，卡爪縮不回;應調松上一頁下一頁返回模塊5加工中心刀庫控制及常見故障分析螺母，使最大載荷不超過額定數(shù)值。7.刀具交換時掉刀可能的原因有:換刀時主軸箱沒有回到換刀點;換刀點漂移;機械手抓刀時沒有到位。8.機械手換刀速度過快或過慢可能的原因有:氣壓太高或太低;換刀氣閥節(jié)流開口太大或太小。9.換刀時不能拔刀可能的原因有:刀庫不能伸出;主軸松刀液壓缸未動作;松刀機構卡死。四、相關理論知識

上一頁下一頁返回模塊5加工中心刀庫控制及常見故障分析(一)加工中心刀庫及自動換刀裝置概述

為了能在工件一次裝夾中完成多個工步，減少工件因安裝拆卸時間和多次重復定位引起的誤差，加工中心都帶有自動換刀系統(tǒng)。自動換刀系統(tǒng)是加工中心的重要組成部分，它的結構和性能直接影響加工中心的效率，在某種程度上體現(xiàn)了加工中心的設計和制造技術水平。隨著加工中心的發(fā)展，自動換刀裝置的結構和形式也在不斷變化。

目前加工中心中大量采用刀庫來實現(xiàn)換刀。由于刀庫在很大程度上增加了刀具的儲存數(shù)量，儲存量一般為8~64把，多的可達100~200把。增強了機床的功能，同時有了刀庫，機床只需要用一個主軸來安裝刀具，有利于提高主軸剛度。

上一頁下一頁返回模塊5加工中心刀庫控制及常見故障分析1.刀庫的類型刀庫是自動換刀裝置的主要部件，其容量、布局及具體結構對加工中心的性能有很大的影響。刀庫的功能是儲存各種刀具，并按程序指令把將要用的刀具準確地送到換刀位置，并接收從主軸送來的已用刀具。

根據(jù)刀庫所需要的容量和取刀的方式，可以將加工中心刀庫設計成多種形式。按結構形式可分為盤式刀庫、鏈式刀庫和箱格式刀庫3種。按設置部位的不同可分為頂置式刀庫、側置式刀庫、落地式刀庫和懸掛式刀庫等多種類型。按交換刀具還是交換主軸，刀庫可分為普通刀庫(簡稱刀庫)和主軸箱刀庫。圖5-5-1所示為幾種典型的刀庫形式，本文重點講述上一頁下一頁返回模塊5加工中心刀庫控制及常見故障分析盤式刀庫和鏈式刀庫。1)盤式刀庫

此類刀庫結構簡單，應用較多。如圖5-5-2和圖5-5-3所示，刀具可以沿主軸軌向、徑向、斜向安放，刀具軸向安裝的結構緊湊，目前大部分刀庫安裝在機床立柱的頂面或側面，但因為換刀時刀具與主軸同向，有的刀庫中的刀具需在換刀位置做90°翻轉。當?shù)稁齑媪枯^大時，為了既方便存取刀具又保持結構緊湊，可采取彈倉式結構，安裝在單獨的地基上，以隔離刀庫轉動造成的振動。該換刀裝置的特點是結構簡單、成本較低、換刀可靠性較好，但換刀時間長，多用于刀庫存量較小的加工中心。上一頁下一頁返回模塊5加工中心刀庫控制及常見故障分析2)鏈式刀庫

此類刀庫結構緊湊，刀庫容量較大，可分為單環(huán)和多環(huán)兩種，鏈環(huán)的形狀可根據(jù)機床的布局采用不同的配置。當需要增加刀具數(shù)量時，在一定范圍內，無需變更刀庫的線速度及慣量，只需增加鏈條的長度或采用鏈帶拆疊回繞的方式來提高中間利用率，當要求刀庫的刀具容量很大時，可采用多條鏈帶結構即可。圖5-5-4所示為刀具方向與主軸同向、刀庫容量較大(為60把)的鏈式刀庫，其實物如圖5-5-5所示。換刀時主軸箱升至換刀位置，機械手從刀庫抓刀，轉過180。后，與主軸上的刀具進行交換。

此外，箱格式刀庫的有線型和箱型兩種，結構也簡單。線型上一頁下一頁返回模塊5加工中心刀庫控制及常見故障分析刀庫用于無機械手換刀裝置，箱型刀庫一般容量比較大，多用于加工單元式。還有密集型的格子式刀庫，占地面積小，結構緊湊，可容納的刀具數(shù)量較多，但選刀和取刀動作復雜，多用于柔性制造系統(tǒng)的供刀系統(tǒng)。

2.自動換刀裝置的類型

自動換刀裝置可分為轉塔式、180?；剞D式、回轉插入式和二軸轉動式等。自動換刀的刀具可緊固在專用刀夾內，每次換刀時將刀夾直接裝人主軸。

1)轉塔式換刀裝置

轉塔式換刀并不是拆卸刀具，而是將刀具和刀夾一起換下。如圖5-5-6所示，由若干與銑床動力頭(主軸箱)相連接的上一頁下一頁返回模塊5加工中心刀庫控制及常見故障分析主軸組成轉塔。在運行程序之前將刀具分別裝入主軸，需要哪把刀具時，轉塔就轉到相應的位置換刀。這種裝置是最早的換刀方式，可以省去自動夾緊、裝刀、松刀等一系列操作，提高了換刀的可靠性，縮短了換刀時間。但主軸的數(shù)量受到限制。要使用數(shù)量多于主軸數(shù)的刀具時，操作者必須卸下已用過的刀具，并裝上后續(xù)程序所需要的刀具。目前NC鉆床等還在使用轉塔式刀庫。

2)180°回轉式換刀裝置

最簡單的換刀裝置是180°回轉式換刀裝置，如圖5-5-7所示。換刀過程如下，接到換刀指令后，主軸停到指定換刀位置;與此同時，刀具庫運動到對應位置，換刀裝置回轉并同時上一頁下一頁返回模塊5加工中心刀庫控制及常見故障分析與主軸、刀具庫的刀具相接觸;將刀具從各自的位置上取下，回轉180°，將主軸刀具與刀具庫中的刀具帶走;在換刀裝置回轉時，刀具庫重新調整到相應的位置，換刀裝置將要換上的刀具與卸下的刀具分別裝入主軸和刀具庫后，轉回原位置，程序繼續(xù)運行。這種換刀裝置的主要優(yōu)點是結構簡單、運動少、換刀時間短;但是刀具必須放在與主軸平行的平面內，切屑及切削液易進入刀夾，必須對刀具另加防護。

3)回轉插入式換刀裝置

回轉插入式換刀裝置實質上是回轉插入機構，是換刀裝置與傳遞桿的組合。圖5-5-8所示為用在臥式加工中心上的回轉插入式換刀裝置的工作原理，這種換刀裝置的結構設計與上一頁下一頁返回模塊5加工中心刀庫控制及常見故障分析180°回轉式換刀裝置基本相同。與180°回轉式換刀裝置相比，這種裝置的主要特點是刀具存放在機床的一側，避免了切屑對主軸或刀夾造成的損壞。但是換刀過程中動作多，換刀所用的時間長。

4)二軸轉動式換刀裝置

圖5-5-9所示是二軸轉動式換刀裝置的工作原理。這種換刀裝置可用于側置或后置式刀具庫，其結構特點最適用于立式加工中心。換刀過程為:接到換刀指令，換刀機構開始運動，并將刀具從主軸上取下，轉至刀具庫，將刀具放回刀具庫;從刀具庫中取出欲換上的刀具，轉向主軸，并將刀具裝人主軸;返回原位置，換刀完成。

上一頁下一頁返回模塊5加工中心刀庫控制及常見故障分析該裝置中刀具庫位于機床一側或后方，能最大限度地保護刀具。但刀具傳遞次數(shù)及運動較多，換刀時間長。在立式加工中心中已逐漸被180°回轉式和主軸直接式換刀裝置所取代(二)加工中心上常用的換刀方式

按有無機械手參與換刀過程，刀庫換刀常用的換刀方式分為有機械手和無機械手換刀兩種。1.無機械手換刀無機械手換刀方式又稱主軸直接式換刀，刀具一般存放在刀庫內與主軸平行且主軸可達到的位置。換刀時，主軸箱移到刀庫換刀位置上方，利用主軸Z向運動將加工用完的刀具插入刀庫中要求的空位處，然后刀庫中待換刀具轉到待命位置上一頁下一頁返回模塊5加工中心刀庫控制及常見故障分析主軸Z向運動將待用刀具從刀庫中取出，并將刀具插入主軸。圖5-5-10(a)~(f)所示為無機械手換刀方式在臥式加工中心上的應用。換刀時，主軸移動到換刀位置，圓盤式刀具庫轉至所需刀槽的位置，將刀具從“等待”位置移出至換刀位置，并與裝在主軸內的刀夾配合;刀庫前移，卸下刀具;然后刀庫轉到所需刀具對準主軸的位置，向后運動，將刀具插入主軸并固緊;最后，刀庫離開主軸向上移動，回到“等待”位置，換刀完成。

無機械手換刀方式結構簡單、換刀可靠性高、成本低，但結構布局受到限制，刀庫容量少，換刀時間少，多用于中、小型加工中心。上一頁下一頁返回模塊5加工中心刀庫控制及常見故障分析2.有機械手換刀在有機械手換刀的過程中，一個機械手將需要更換的刀具從主軸中拔刀，同時另一機械手將下一工序需要的刀具從刀庫取出，兩者交換位置，完成換刀過程。該換刀方式的系統(tǒng)在刀庫配置、刀具數(shù)量及與主軸的相對位置等方面都比較靈活，換刀時間較短，能極大地縮短輔助時間，但結構和控制系統(tǒng)較復雜。采用機械手進行刀具交換的方式應用最為廣泛，這是因為機械手換刀有很大的靈活性，而且可以減少換刀時間。常見的機械手形式如圖5-5-11所示。

圖5-5-11(a)所示為單臂單爪回轉式機械手。這種方式換刀上一頁下一頁返回模塊5加工中心刀庫控制及常見故障分析時間較長，機械手的手臂上只有一個夾爪，手臂可以回轉不同的角度來進行換刀，不論在刀庫上或主軸上，均靠這個夾爪裝刀及卸刀。

圖5-5-11(b)所示為單臂雙爪擺動式機械手。這種機械手的手臂上有兩個夾爪，這兩個夾爪有所分工，一個夾爪只負責從主軸上取刀送回刀庫;另一個夾爪則負責由刀庫取刀送到主軸，與單臂單爪回轉式機械手相比，其換刀時間較短。圖5-5-11(c)所示為雙臂回轉式機械手。這種機械手的手臂兩端各有一個夾爪，可同時抓取刀庫及主軸上的刀具，回轉180°后又能同時將刀具裝入相應位置，其右邊的機械手在運動過程中兩臂可伸縮。與前兩種機械手相比，換刀時間較上一頁下一頁返回模塊5加工中心刀庫控制及常見故障分析短，是最常用的一種形式。

圖5-5-11(d)所示為雙機械手。這種機械手相當于兩個單臂單爪機械手，它們相互配合進行自動換刀。其中一個機械手從主軸上取下“舊刀”送回刀庫;另一個機械手由刀庫取出“新刀”裝入機床主軸。

圖5-5-11(e)所示為雙臂端面夾緊式機械手。與前面幾種機械手相比，這種機械手只是在夾緊部位與上述幾種不同。前幾種機械手是靠夾緊刀柄的表面抓取刀具，這種機械手則是夾緊刀柄的兩個端面。

圖5-5-11(f)所示為雙臂往復交叉式機械手。這種機械手的兩臂可以往復運動，并交叉成一定的角度。一個手臂從主軸上一頁下一頁返回模塊5加工中心刀庫控制及常見故障分析上取下“舊刀”送回刀庫;另一個手臂由刀庫中取出“新刀”裝入主軸。整個機械手可做直線移動或旋轉運動，以實現(xiàn)運刀運動。

(三)刀庫的選刀方式

常用的刀具選擇方法有順序選刀和任意選刀兩種，順序選刀是在加工之前，將加工零件所需刀具按照工藝要求依次插入刀庫的刀套中，順序不能搞錯，加工是按順序調刀，加工不同的工件時必須重新調整刀庫中的刀具順序，操作繁瑣，而且由于刀具的尺寸誤差也容易造成加工精度不穩(wěn)定，其優(yōu)點是刀庫的驅動和控制都比較簡單。因此，這種方式適合加工批量較大，工件品種數(shù)量較少的中、小型自動換刀機床。

上一頁下一頁返回模塊5加工中心刀庫控制及常見故障分析隨著數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展，目前大多數(shù)的數(shù)控系統(tǒng)都具有刀具任選功能，任選刀具的換刀方式分為刀套編碼、刀具編碼和記憶等。刀具編碼或刀套編碼需要在刀具或刀套上安裝用于識別的編碼條，一般都是根據(jù)二進制編碼的原理進行編碼的，刀具編碼選刀方式采用一種特殊的刀柄結構，并對每把刀具編碼。每把刀具都具有自己的代碼，因而刀具可以在不同的工序中多次重復使用，換下的刀具不用放回原刀座，有利于選刀和裝刀，刀庫的容量也相應減少，而且可避免內部刀具順序的差錯所發(fā)生的事故。但每把刀具都帶有專用的編碼系統(tǒng)，刀具長度加長，制造困難，剛度降低，刀庫和機械手的結構較復雜。刀套編碼的方式要求一把刀具只對應一個刀套上一頁下一頁返回模塊5加工中心刀庫控制及常見故障分析從某一個刀套中取出的刀具使用完后必須放回原來的刀套中，這樣增加刀庫動作的復雜性，取送刀具十分麻煩，換刀時間長，但可以在加工過程中重復使用。目前在加工中心上大量使用記憶式的任選方式。這種方式能將刀具號和刀庫中的刀套位置(地址)對應地記憶在數(shù)控系統(tǒng)的PLC中，無論刀具放在哪個刀套內都始終保持記憶。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。刀庫上還設有機械原點，使每次選刀時就近選取，如對于盤式刀庫每次選刀運動正轉或反轉都不超過180°。(四)刀庫、機械手部分故障實例

●例一某VMC-65A型加工中心使用半年后出現(xiàn)主軸拉刀上一頁下一頁返回模塊5加工中心刀庫控制及常見故障分析松動，無任何報警信息。

分析主軸拉不緊刀的原因是:①主軸拉刀碟簧變形或損壞;②拉刀液壓缸動作不到位;③拉釘與刀柄夾頭間的螺紋連接松動。經檢查，發(fā)現(xiàn)拉釘與刀柄夾頭的螺紋連接松動，刀柄夾頭隨刀具的插拔發(fā)生旋轉，后退了約1.5mm。該臺機床的拉釘與刀柄夾頭間無任何連接防松的鎖緊措施。在插拔刀具時，若刀具中心與主軸錐孔中心稍有偏差，刀柄夾頭與刀柄間就會存在一個偏心摩擦。刀柄夾頭在這種摩擦和沖擊的共同作用下，時間一長，螺紋松動退絲，出現(xiàn)主軸拉不住刀的現(xiàn)象。若將主軸拉釘和刀柄夾頭的螺紋連接用鎖緊螺母鎖緊后，故障即可消除。

上一頁下一頁返回模塊5加工中心刀庫控制及常見故障分析●例二自動換刀時刀鏈運轉不到位。

故障現(xiàn)象:TH42160龍門加工中心自動換刀時刀鏈運轉不到位，機床報警。

故障檢查與分析:出故障報警知道刀庫伺服電動機過載，檢查電氣控制系統(tǒng)，沒有發(fā)現(xiàn)什么異常。可以假設:刀庫鏈內有異物卡住;刀庫鏈上的刀具太重;潤滑不良。

經過檢查排除了上述可能。卸下伺服電動機，發(fā)現(xiàn)伺服電動機不能正常運轉，更換電動機故障排除。

●例三刀庫換刀位置錯誤故障。

故障現(xiàn)象:換刀系統(tǒng)在執(zhí)行換刀指令時不動作，CRT顯爾上一頁下一頁返回模塊5加工中心刀庫控制及常見故障分析E98報警“換刀系統(tǒng)在機械臂位置檢測開關信號”為“0”和E116報警“刀庫換刀位置錯誤”。

故障檢查與分析:該設備為德國MH800C加工中心，采用菲利浦公司CNC5000系列數(shù)控系統(tǒng)。從CRT提供的信息，判斷故障發(fā)生在換刀系統(tǒng)和刀庫部分，相應的位置檢測開關無信號送到CNC的輸入接口，從而導致機床自我保護，中斷換刀。造成開關無信號輸出的原因有:①液壓或機械的原因造成動作不到位，而使開關得不到感應;②開關失靈。根據(jù)機床結構情況，首先查刀庫部分的開關，用薄鐵片去感應開關，結果正常。接著檢測換刀系統(tǒng)機械手內部的兩個開關。發(fā)現(xiàn)機械臂停在行程中間位置，“臂移出”上一頁下一頁返回模塊5加工中心刀庫控制及常見故障分析開關21S1和“臂縮回”開關21S2均得不到感應。造成輸出信號為0(“臂移出”開關感應為1，換刀系統(tǒng)才有動作)。用旋具頂相應的21Y2電磁閥芯把機械臂縮回至“背縮回”位置，機床恢復正常。分析產生故障的原因，考慮到機床在此之前換刀正常，手動電磁閥能使換刀系統(tǒng)回位，說明液壓或機械部分是正常的，為此懷疑換刀動作與程序換刀指令不協(xié)調。機床《操作員手冊》中要求“連續(xù)運行中，兩次換刀間隔時間不得小于30s"。經計時發(fā)現(xiàn)，引發(fā)故障的程序段兩次換刀時間僅為21s。

修改相應的程序后故障排除，機床恢復正常。

●例四故障現(xiàn)象:某加工中心采用凸輪機械手換刀。換刀上一頁下一頁返回模塊5加工中心刀庫控制及常見故障分析過程中，動作中斷，發(fā)出2035#報警，顯示內容:機械手伸出故障。

故障檢查與分析:根據(jù)報警內容，機床是因為無法執(zhí)行下一步“從主軸和刀庫中拔出刀具”使換刀過程中斷并報警。

機械手不能伸出完成拔刀動作，產生故障的原因可能有如下幾種。

(1)“松刀”感應開關失靈，在換刀過程中，各動作的完成信號均由感應開關發(fā)出，只有上一動作完成后才能進行下一動作。第3步為“主軸松刀”，如果感應開關未發(fā)出信號，則機械手“拔刀”就不會動作。檢查兩感應開關，信號正常

(2)“松刀”電磁閥失靈，主軸的“松刀”是由電磁閥接通上一頁下一頁返回模塊5加工中心刀庫控制及常見故障分析液壓缸來完成的。如電磁閥失靈，則液壓缸沒有進油，刀具就“松”不了。檢查主軸的“松刀”電磁閥動作均正常。

(3)“松刀”液壓缸因液壓系統(tǒng)壓力不夠或漏油而不動作，或行程不到位，檢查刀庫松刀液壓缸，動作正常。行程到位;打開主軸箱后罩，檢查主軸松刀液壓缸，發(fā)現(xiàn)也已到達松刀位置，油壓也正常，液壓缸無漏油現(xiàn)象。

(4)機械手系統(tǒng)有問題，建立不起“拔刀”條件，其原因可能是電動機控制電路有問題。檢查電動機控制電路系統(tǒng)正常

(5)刀具靠碟簧通過拉桿和彈簧卡頭而將刀具柄尾端的拉釘拉緊的;松刀時，液壓缸的活塞桿頂壓頂桿，頂桿通過空心螺釘推動拉桿，一方面使彈簧卡頭松開刀具的拉釘，另一方面上一頁下一頁返回模塊5加工中心刀庫控制及常見故障分析又頂動拉釘，使刀具右移而在主軸錐孔中變“松”。

主軸系統(tǒng)不松刀的原因有以下方面:①刀具尾部拉釘?shù)拈L度不夠，致使液壓缸雖已運動到位，仍未將刀具頂“松”

②拉桿尾部空心螺釘位置發(fā)生了變化，使液壓缸行程滿足不了“松刀”的要求。

③桿出問題，已變形或磨損。

④彈簧卡頭出故障不能張開。

⑤主軸裝配調整時，刀具移動量調得太小。

處理方法:拆下“松刀”液壓缸，檢查發(fā)現(xiàn)，這一故障系制造上一頁下一頁返回模塊5加工中心刀庫控制及常見故障分析裝配時，空心螺釘?shù)摹吧斐隽俊闭{整得太小，故“松刀”液壓缸行程到位，而刀具在主軸錐孔中“壓出”不夠，刀具無法取出。調整空心螺釘?shù)摹吧斐隽俊?，保證在主軸“松刀”液壓缸行程到位后，刀柄在主軸錐孔中的壓出量為0.4~0.5mm。經以上調整后，故障排除。

●例五某立式加工中心換刀臂平移至(:時，無拔刀動作。

故障分析與排除:該自動換刀控制示意圖如圖5-5-12所示。數(shù)控機床上刀具及托盤等裝置的自動交換動作都是按照一定的順序來完成的，因此觀察機械裝置的運動過程，比較正常與故障時的情況，就可發(fā)現(xiàn)疑點，診斷出故障的原因。

自動換刀裝置動作的起始狀態(tài)是:上一頁下一頁返回模塊5加工中心刀庫控制及常見故障分析①主軸保持要交換的舊刀具;