项目五刀架及刀库的维护与保养.docx
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项目五刀架及刀库的维护与保养
项目五刀架及刀库的故障维修与保养
【学习目标】
（一）专业能力目标
1、清楚刀架及刀库的结构；
2、能分析换刀系统的故障原因并排除故障；
3、能进行对刀架和刀库维护保养；
（二）社会能力目标
1.具有良好的职业道德和敬业精神；
2.具有较强的责任感；
3．具有团结协作精神；
4．具有良好的心理素质和身体素质；
（三）方法能力目标
1.具有通过电教片、网络等现代途径学习和图书查询等自学能力；
2.具有综合运用知识与技术从事程度较复杂的技术工作的能力。
【相关知识】
任务一数控车床四工位刀架常见故障维修及保养
一、自动回转刀架的性能要求
自动回转刀架是数控车床的重要组成部分，它用于夹持刀具和转动换刀。
根据数控化改造车床的设计和制造技术指标，对自动回转刀架的结构和性能有如下要求：
（1）转位精度准确，换刀平稳安全；
（2）转位路线短，锁紧时间快；
（3）结构合理，强度足够大；
（4）密封良好，防水、防屑。
二、LD4-CK6136刀架结构及参数
图5-1立式数控刀架结构
根据普通车床的结构和数控车床刀架的要求，经过论证，选用常州宏达数控设备有限公司生产的立式数控刀架，型号为：
LD4-CK6136。
该刀架的结构简图见图5-1，结构尺寸见表5-1，其它技术参数见表5-2所示。
表5-1LD4-CK6136结构尺寸
型号
H1
H2
H3
A
E
E1
D
D2
B
192
81
40
192
20
20
152
152
192
LD4-CK6136
F
C
φ
L1
L2
L3
L4
φ＇
12
168
13
375
242
162
23
90
表5-2LD4-CK6136数控刀架技术参数
型 号
电动
功率W
电机转速
r/min
夹紧
力T
重复定位
精度mm
寿命
（次）
换刀时间（S）
90°
180°
270°
LD4-CK0625
60
1400
0.6
≤0.005
>300000
2.5
3
3.5
LD4-CK6125
60
1400
0.6
≤0.005
>300000
2.5
3
3.5
LD4-CK6132
90
1400
1.2
≤0.005
>300000
2.5
3
3.5
LD4-CK6136
90
1400
1.2
≤0.005
>300000
2.5
3
3.5
LD4-CK6140
90
1400
1.2
≤0.005
>300000
2.5
3
3.5
三、LD4-CK6136刀架的工作过程
四工位回转刀架是经济型数控车床上采用的一种最简单的换刀装置，结构紧凑，美观大方，外观图见图5-2。
图5-2LD4-CK6136刀架外观图
该类型刀架主要用于加工轴类、盘类的内外表面，锥面、圆弧、螺纹加工。
刀架在换刀时具有高回转定位精度，在切削时具有抗强力切削的刚度，其动作是采用涡轮蜗杆传动，上、下齿盘啮合，螺杆夹紧的工作原理。
该电动刀架的控制部分由发讯盘、磁钢、信号线组成，发讯盘应用霍尔效应原理，分为高电平检测或低电平检测，刀架结构见图5-3。
图5-3LD4-CK6136刀架结构图
该电动刀架的发讯盘，由盘体、置于盘体内的线路板和固定在线路板上的霍尔元件组成，在盘体上方设有保护盖、下方设有底座，在盘体与底座之间设有套置在盘体颈部上的旋转套，磁钢镶嵌在旋转套内壁上。
刀架的换刀过程为：
接到换刀信号→正转继电器吸合→电机正转→刀架抬起→转过一个刀位（或几个刀位）→刀具地址检测→反转继电器吸合→电机反转→刀架落下锁紧。
数控系统CNC发出换刀信号后，控制刀架正传继电器动作，刀架电动机正转带动涡轮蜗杆机构转动，螺杆的转动带动刀架上升，在刀架上升到一定位置时，离合转盘带动刀架旋转。
当刀架旋转到900时，磁钢和发信盘中的霍尔元件对齐，发讯盘向数控系统CNC反馈低电平（高电平）到位信号。
数控系统将反馈信号与指令信号做比较，当两信号一样时，说明刀架转到指定刀位，此时，数控系统控制刀架反转继电器动作，使刀架电动机反转，带动活动销在离合转盘上反转进行初定位，同时，螺杆带动刀架下降，当上、下齿盘啮合时，完成精定位，切断电机电源，电动机停止转动（此过程由反向锁紧时间控制），完成整个换刀过程。
四、刀架的常见故障及排除方法
1.刀架旋转失控
故障现象：
在换刀过程中，刀架旋转多圈而不能停止到位，出现“换刀未完成”报警。
故障分析与排除：
此类故障原因不是机械方面的原因，应该是控制系统方面的原因。
刀架的换刀过程为：
接到换刀信号→正转继电器吸合→电机正转→刀架抬起→转过一个刀位（或几个刀位）→刀号地址检测→反转继电器吸合→电机反转→刀架落下锁紧。
发询盘与刀位线路结构见图5-4所示。
⑴检测是否有到位信号，此时可检查：
发询盘接头是否损坏，信号线是否断路，弹性片触头是否错位，磁钢与某个霍尔元件是否没有对齐等。
⑵检测霍尔元件是否烧损，在MDI状态下输入刀号转动该刀位，用万用表测量该刀位是否有电压变化，如果电压变化不是±24V，则更换霍尔元件。
2.刀架回转定位精度不准
故障现象：
在换刀过程中，刀架停止位置与理想位置有一定角度的偏差。
故障分析与排除：
此类故障主要是由机械部分或检测部分引起的。
⑴检查定位销是否弯曲，弹簧是否疲劳。
修配定位销或更换弹簧。
⑵检查齿轮盘是否严重磨损，通过常规的调整、间隙补偿已经不能解决，需更换齿轮盘。
⑶刀架顶端的保护盖是否错位，在MDI状态下对某一号刀定位，调整保护盖的真确位置。
⑷信号线与发询盘上的地址连接是否正确，重新调整刀号地址和信号线。
发询盘与磁钢的正确位置如图5-5所示：
图5-4发讯盘及刀位线路图图5-5发询盘与磁钢的位置图
3.刀架不能正常锁紧
故障现象：
在换刀过程中，刀架不能正常锁紧，有时出现“进给保持”灯亮。
故障分析与排除：
此类故障主要由PMC控制部分或机械部分引起。
⑴检查压板上端的锁母是否太松，适当调整至正常状态。
⑵强电柜内的刀架电机反转继电器是否损坏，更换继电器。
⑶刀架内齿盘上是否有碎屑，清洁内齿盘并重新装配。
⑷“进给保持灯亮”说明刀架检测控制开关到系统I/O板线路松动，重新连接或紧固。
⑸刀架电机反锁时间太短:
增大刀架反锁时间（一般反锁时间为1.2～1.5秒）。
4.在任何操作状态下刀架均不转
故障现象：
机床接通电源后，无论在任何操作状态下换刀，刀架均不旋转。
故障分析与排除：
⑴刀架电机是否损坏。
给电机通电，判断电机是否损坏，修理电机。
⑵测量寻刀电压是否太低或电机至控制器的电路断路，重新连接或更换线路。
⑵机床相序不正确。
机床相序不正确能导致刀架电机反转，变换电源相序即可排除。
⑶刀架锁紧电流过大。
用扳手转动蜗杆端部，只有用力时才能转动，可断定是刀架锁紧电流过大导致，降低刀架锁紧电流。
⑷刀架内部机械卡死。
当顺时针转动蜗杆时，用力也转不动，应拆开刀架对传动部件进行修配，注入适量润滑油。
5.其它故障现象
除以上常见故障外，偶尔还出现：
刀架转过一定角度又反弹回原位、刀架整体松动、换刀时强电柜内有电弧现象等故障。
这些故障的原因主要是发询盘位置不正、刀架紧固螺栓脱扣、继电器接触不良、电源不稳等所致，可分别对其进行调整、修复，使故障排除。
五、刀架的拆卸顺序
1、关闭电源。
2、卸下端盖，转动蜗杆，使刀架处于松开状态。
3、拆下刀架顶铝盖、罩座。
4、拆下发讯盘上六根信号线（记录各线接线位置）。
5、松开小螺母，拆下发讯盘，给发讯盘角度调整齿位置做记号，以便装配。
6、松开大螺母中的2只防松螺钉，卸下大螺母、止退圈、轴承、离合盘。
（注意止退圈中的一小键）
7、将上刀体向上拉出，卸下螺杆。
8、卸下下刀体与机床中拖板联接的四颗内六角螺钉及锥销，将刀架从机床上卸下。
9、卸下刀架底部三颗螺钉，将六根信号线从主轴中抽出。
从底部取出主轴。
10、卸下刀架电机、联接座。
11、卸下端盖，从端盖处向联接座方向，用铜棒敲出蜗杆。
注意事项：
A、根据实际情况，不一定需要将每个零件都拆下。
如只是更换电机或蜗杆处零部件，可省略3～9项步骤。
如只是主轴上零件的问题，则无须进行10、11步。
B、离合盘上有2-M6的工艺螺孔，拆卸时，旋入两颗长一点的M6螺钉，将其拉出。
C、无特殊情况，请不要拆卸反靠盘。
如需拆除，请注意反靠盘与下刀体的位置关系（拆卸时最好加以标识），此将影响定位精度。
D、拆卸外端齿盘时，注意其与上刀体及螺母的位置关系，这将影响锁紧精度。
E、两对反靠销、离合销，存在对应关系，不能搞混。
在无弹簧状态下，两对销子的总长L1相等或相近。
六、刀架装配顺序
1、清洗各部件，旋转部位加清洁黄油，端齿部位及旋转基面，加注洁净机油。
2、装入蜗杆、轴承、联接座，固定联接座，从端盖处敲击蜗杆，使轴承外圈顶紧联接座，蜗杆轴承档贴牢轴承内圈。
3、装入端盖，注意轴承处里面的调整垫圈，不要遗漏或少装。
蜗杆轴向串动间隙仅为0.1mm。
4、装上电机。
5、将主轴、轴承、蜗轮从下刀体底部装入，旋紧主轴与下刀体联接的螺钉。
6、装反靠盘（如已卸下，请注意位置）与螺杆，将两反靠销沾上黄油后插入上刀体上的两孔中，将上刀体旋入螺杆的T型螺纹部位，旋至螺杆端面超出上刀体（螺母）F面大约2.5毫米，从上刀体（螺母）上面将弹簧和离合销分别装入两反靠销孔中。
装上离合盘（离合盘与螺杆联接的圆柱销孔是不对称的，注意位置）。
转动上刀体，使离合销插入离合盘槽中。
（如反靠销已进入反靠槽内，就不转动上刀体）
7、装上轴承、小键、止退圈、大螺母。
此时，应压紧离合盘，使离合盘有槽的一面与螺杆端面贴平，无间隙。
大螺母的紧松，以刀架在松开状态下，大螺母旋紧后再反向松开30度为准。
8、旋转蜗杆轴端内六角，使每个刀位能正常锁紧、松开、转位。
9、旋上大螺母上的防松螺钉。
10、装上发讯盘，接上信号线。
注意发讯盘的霍尔元件与磁钢的相对位置，在相对高度上，霍尔元件基本与磁钢对齐；在圆周方向，霍尔元件与磁钢的相对位置，一般在刀架锁紧状态下进行，霍尔元件应比磁钢要向前（顺时针）大约磁钢宽度的三分之一。
注意信号线的接线顺序，红线接（+）、绿线接（-）、其它根据刀位号，以（+）为起点，即红线，顺时针接黄、橙、蓝、白线。
11、将刀架装上机床，通电试运行看是否正常。
注意事项：
A、装外端齿盘时，注意相应的位置关系。
B、如需更换离合销或反靠销，请注意两销的总长（无弹簧下）。
任务小节
LD4四工位回转刀架是经济型数控车床上采用的一种最简单的换刀装置，主要用于加工轴类零件。
在工作过程中要求具有抗强力切削的刚度和换刀时的回转定位精度，该类刀架由刀架电动机、蜗轮和蜗杆机构、螺旋升杆、导向主轴、刀架底座、刀架上刀体和下刀体、齿盘、锁紧压板、反靠销、锁紧螺母、霍尔元件（发讯盘）定位系统、磁钢、保护端盖等组成。
换刀过程为：
接到换刀信号→正转继电器吸合→电机正转→刀架抬起→转过一个刀位（或几个刀位）→刀号地址检测→反转继电器吸合→电机反转→刀架落下锁紧。
常见故障有：
刀架旋转失控；刀架回转定位精度不准；刀架不能正常锁紧；在任何操作状态下刀架均不转。
课后自测
1、简述LD4电动刀架的型号。
2、电动刀架定位精度是如何保证的？
3、简述LD4电动刀架换刀过程。
4、新电动刀架的反向锁紧时间是多少？
。
任务二：
数控铣床换刀系统常见故障维修及保养
一、刀具自动夹紧机构
数控铣床为实现刀具在主轴上的自动装卸，主轴上必须带有刀具的自动卡紧机构，通常刀杆都是采用7：
24的大锥柄和主轴锥孔配合定心，从而保证刀具回转中心每次装卡后与主轴回转中心都同轴，而且大锥度的锥柄不仅有利于定心，也为松卡带来方便。
另外，主轴端面有一键块，通过它既可传递主轴的扭矩，又可用于刀具的周向定位。
图5-6刀具自动夹紧机构
常见的刀具自动夹紧机构如图5-6，主要由拉杆、拉杆端部的夹头、蝶形弹簧、活塞、油缸/气缸组成。
夹紧状态时，蝶形弹簧通过拉杆及钢球，拉住刀柄的尾部，使刀具锥柄和主轴锥孔紧密配合；松刀时，活塞推动拉杆，压缩蝶形弹簧，使钢球由直径较小处推移到较大处，钢球与刀柄上的拉钉脱离，即可拔出刀具，进行新、旧刀具的交换，新刀装入后，活塞后移，拉杆回移，新刀具又被蝶形弹簧拉紧。
使用碟簧拉紧刀具，而用外力放松刀具，从而保证在工作中，即使突然断电，刀杆也不会自行松脱。
不同的机床，其刀具自动夹紧机构结构不同，与之适应的刀柄及拉钉规格亦不同。
实现放松刀具的外力，可用液压缸，也可用气缸，也可用电动机。
使用气缸时只是将图5-6中的液压油缸换成气缸。
二、气动系统
XK750/850气动系统的作用是主轴松、拉刀和换刀时向主轴刀柄锥孔吹气，清理污物。
气动系统如图5-7。
由外配气泵、气源调节（包括压力表带压力调节开关、贮油罐、过滤器、油雾发生器、减压阀及压力调节旋钮、压力传感器、排水开关）、电磁换向阀、气缸等组成。
图5-7气动系统
1、空压机
空压机的种类很多，一般为容积式空压机，有活塞式、膜片式、叶片式、螺杆式等类型。
其中气压系统最常用的机型为活塞式空压机。
如图5-8所示。
图5-8空气压缩机
2、气源调节
气源调节装置，通常称为气动三联件，包含过滤器、减压阀和油雾器，具有过滤、减压和润滑的功能。
外形图如图5-9。
压力表后面的引线是压力传感器接线。
图5-9气源调节
3、单作用电磁控制阀
图5-10电磁控制阀实际连接
电磁控制阀实际连接如图5-10。
4、增压气缸
图5-11气缸
气缸实物图如图5-11。
5、气动系统维护维修
（1）关闭气源阀门，保证主风源压力范围为为5~7Kg/cm2。
（2）在二联件调节压力，设定为5~7Kg/cm2。
调整钮放松依[右旋增压，左旋减压]原则调整所需压力：
压力大小是压力表数字；其中绿色指针所示压力为工作最低压力，当压力降低至5Kg以下，发出压力低报警信号，面板上的报警会亮，等压力升高后，警号讯号自动消失。
（3）润滑油使用20/30号导轨油，中油碇子油R22或其它同系数的油品，注意刻度线。
（4）排水：
将汽源处理二联件过滤器内水由排水开关排出。
（5）排除漏气、脏堵故障。
压力正常，检查气动控制阀是否动作：
阀通电（阀上发光二极管亮），而气不通，通常是阀机械卡死。
阀不通电，应检查电路部分。
三、控制电路
图5-12单作用电磁控制阀供电电路
如图5-12，单作用电磁控制阀供电电路：
变压器TC2次级输出的28伏交流电，经单相空开FA5加至整流桥VC1的输入端，整流输出24伏直流电压经继电器KA6触点加至单作用电磁控制阀YV1线圈。
KA6线圈通电，阀线圈YV1通电，气缸上部进气，气缸活塞下移，机械松刀且主轴孔吹气动作。
如KA6线圈断电，阀线圈YV1断电，气缸下部进气，气缸活塞上移，机械锁刀。
图5-13松/锁刀电气开关
PMC输出的Y2.3经CB105的B17输出松刀信号UNCL，控制KA6的通断。
Y2.3输出高电平，KA6线圈通电；Y2.3输出低电平，KA6线圈断电。
图5-13中，松/锁刀按钮开关输入、松刀到位行程开关SQ8输入、锁刀到位行程开关SQ9输入、压力报警开关SQ12输入,经I/O单元模块，分别作为PMC的X8.0、X8.1、X8.2和X9.5输入。
松刀过程：
按松刀锁刀按钮——〉Y2.3高电平——〉KA6线圈通电——〉阀线圈YV1通电——〉气缸上部进气——〉气缸下移——〉机械松刀——〉吹气——>行程开关SQ8闭合——〉Y2.5高电平——〉KA8通电——>松刀指示灯亮。
锁刀过程：
按松刀锁刀按钮——〉Y2.3低电平——〉、KA6线圈断电——〉阀线圈YV1断电——〉气缸下部进气——〉气缸上移——〉机械锁刀——>行程开关SQ9闭合——〉Y2.5低电平——〉KA8断电——>松刀指示灯灭。
任务小节
数控铣床主轴上必须带有刀具的自动卡紧机构，通常刀杆采用7：
24的大锥柄和主轴锥孔配合定心，从而保证刀具回转中心每次装卡后与主轴回转中心都同轴，而且有利于定心，也为松卡带来方便。
刀具自动夹紧机构主要由拉杆、拉杆端部的夹头、蝶形弹簧、活塞、油缸/气缸组成。
气动系统的作用是主轴松、拉刀和换刀时向主轴刀柄锥孔吹气，清理污物。
气源调节装置，通常称为气动三联件，包含过滤器、减压阀和油雾器，具有过滤、减压和润滑的功能。
课后自测
1、数控机床常见的刀具自动夹紧机构由、、、、组成。
2、空压机的种类有、、、等。
3、简述刀具自动夹紧的工作过程。
4、简述空压机常见的故障及排除方法。
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