自动换刀装置控制原理及故障分析.docx

第 27 卷第 1期 2 0 0 9 年 1 月  西安航空技术高等专科学校学报 Journal of Xi an Aerotechnical College  Vol 2 7 No 1 Jan . 2 0 0 9  自动换刀装置控制原理及故障分析 罗庚合1, 黄万长2 ( 1. 西安航空技术高等专科学校 机械工 程系, 陕西 西安 710077; 2. 陕西法士特齿轮有 限公司, 陕西 西安 710077)  摘  要: 加工中心自动换刀装置 提高了数控机床的加 工效率, 但由 于加工 中心换 刀装置 的动作 控制比较 复杂, 包含 机械、电气与 PM C、液压和检测等技术, 所以自动换刀装置的故障率 比较高, 主要介绍 自动换刀 装置的 类别和 控制, 自动换刀装置的故障诊断方法, 列举了自动换刀装置的一些常见故障及维修示例。 关键词: 加工 中心; 选刀; 刀具交换; 乱刀与掉刀; PM C 诊断; I/ O 状态 诊断 中图分类号: T H161+ . 21 文献标识码: A 文章编号: 1008- 9233( 2009) 01- 0014- 05  1  引言  4、6、8、12 工位, 有用电动机驱动的正传和反转, 也 有用液压系统 通过电磁换相阀和顺序 阀进行控制 加工中心可分为车削中心、镗铣中心和钻削中 心等, 加工中心在加工过程中, 要使用多种刀具, 因 此必须有自动换刀装置, 以便选择不同刀具, 完成不 同工序的加工工艺。常用的刀 库形式有圆盘 式刀 库, 链式刀库, 格子盒式刀库。按有无机械手又可分 为不带机械手的自动换刀装置和带机械手的自动换 刀装置。按刀库的旋转和机械手的动作驱动方式可 分为有液压、气动控制系统和电气与机械联合控制 的驱动系统。 随着加工中心数控机床的普及和应用, 自动换 刀装置控制过程中的故障率也比较高。由于自动换 刀装置结构比较复杂、控制为机、电、液联合控制, 复 杂系数高等原因。所以加工中心自动换刀装置的故 障维修比较困难。简要叙述换 刀装置的分类 和特 点, 以立式镗铣中心普遍使用的圆盘式加工中心自 动换刀装置为例, 分析自动换刀装置的控制原理及 常见故障的维修方法。 的, 但都是机床接收到换刀指令后, 使刀架抬刀、转 位、比较后, 落刀锁紧等一系列动作完成。 2. 2 有刀库无机械手的自动换刀装置 无机械手换刀装置一般把刀厍放在主轴箱可以 移动到的位置, 即整个刀库或刀库的某一刀位能移 动到主轴箱可以到达的位置。刀库中刀具的存放方 向一般与主轴箱的装刀方向一致。换刀时通过主轴 和刀库的相对运动执行换刀动作, 利用主轴取走或 放回刀具。图 1 所示为有刀库无机械手的自动换刀 装置的加工中心的示意图。 图 2 所示为如图 1( a) 所示的卧式加工中心无 机械手换刀装置的换刀过程 图 2( a) 表示上工步结束后, 主 轴准停定位, 主 轴箱上升。图 2( b) 表示主轴箱升到顶部换刀位置, 刀具进入刀库的交换位置空位。刀具被刀库上的夹 爪固定, 主轴上的刀具自动夹紧装置松开。图 2( c) 表示刀库前移, 从主轴孔 中把要更换的刀 具拔出。 2 换刀装置的分类和控制 图 2( d) 表示刀库转位, 根据程序把下一工序要用的 刀具转换到换刀位置, 同时主轴孔清洁装置清洁主 自动换刀装置根据组成结构可分为回转式、有 和无机械手带刀库的自动换刀装置。 轴上的刀具孔。图 2( e) 表示刀库后退, 把需要的刀 具插入主轴孔, 主轴上的刀具夹紧装置把刀具夹紧。 2. 1 回转刀架式自动换刀装置 回转刀架式自动换刀装置常用于数控车床, 有 图 2( f) 表示主轴箱下降到工作位置, 开始进行下一 步工作。  收稿日期: 2008- 04- 12 作者简介: 罗庚合( 1962- ) , 男 , 陕西省西安市人, 西北工业大学电气自动化专业毕业, 现任西 安航专机电教研室主任、副教授。  第 1 期  罗庚合, 等: 自动换刀 装置控制原理及故障分析  15  无机械手换刀装置的优点是结构简单, 成本低, 换刀可靠性也较高。其缺点是由于结构所限, 刀库 的容量不大, 且换刀时间较长( 一般需要 10- 20s) 。 因此, 多为中、小型加工中心所采用。  通过圆柱凸轮 12、杠杆 13 使机械手下降, 进行拔刀 控制, 机械手完成拔刀后, 换刀电动机 10 继续运转, 连续完成下一个换刀动作。 2. 3 有刀库有机械手的自动换刀装置 有机械手换刀装置一般由机械手和刀库组成。 其刀库的配置、位置及数量的选用要比无机械手换 刀装置灵活得多。它可以根据不同的要求配置不同 形式的机械手, 可以采用单臂、双臂机械手, 或采用 配置主机械手