四方刀架和六角刀架结构及工作原理毕业设计.doc

目录摘要 2第一章 概述 3 第二章 常见数控机床刀架的结构及工作原理 4 2.1自动换刀装置的形式 4 2.11转位刀架 4 2.12刀库 4 2.13机械手 5 2.2常见的换刀类型 6 2.2.1六角回转刀架 6 2.2.2四方刀架 7 2.2.3带刀库的自动换刀系统 8 2.2.4刀架交换装置 92.3 SLD150 刀架的结构与工作原理 92.4 LD4B 刀架的结构与工作原理 112.5两种结构的比较 12第三章 常见故障分析与诊断 133.1刀架和刀库常见故障及维修 133.2 刀架故障实例分析 163.2.1故障实例一 163.2.2故障实例二 173.2.3故障实例三 17结束语 致谢参考文献附录 摘要数控机床在使用过程中，我们为你常见的故障有刀架类、主轴类、螺纹加工类、系统显示类、驱动类、通信类等故障，而其中刀架的故障占有很大的比例。虽各厂家所产生的刀架结构、尺寸各异，均有所不同，但无论是哪一类刀架，故障原因大多雷同，维修方法也可以互相参考。为此，及时排除刀架故障，懂得部分维修手段是必然的。但如何才能尽快的解决刀架故障呢？首先我们要了解刀架的结构，认识他的机械原理，才快速的判定故障所在。本次设计以四方刀架和六角刀架结构及工作原理进行分析，并且按照周边的一些故障分析与排除关键词：数控机床 刀架维修 故障处理 【<a href=" title="牛皮癣北京医院,北京牛皮癣医院" target=_blank" style="color:#0C0C0C; text-decoration:none;">牛皮癣北京医院,北京牛皮癣医院</a>】【<a href=" title="北京专业白癜风医院,北京白癜风专业医院" target=_blank" style="color:#0C0C0C; text-decoration:none;">北京专业白癜风医院,北京白癜风专业医院</a>】【<a href=" title="北京牛皮癣医院,牛皮癣医院北京" target=_blank" style="color:#0C0C0C; text-decoration:none;">北京牛皮癣医院,牛皮癣医院北京</a>】【<a href=" title="北京美迪医院白癜风,美迪医院白癜风北京" target=_blank" style="color:#0C0C0C; 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盘式和链式刀库http/2.1.3机械手在加工中心换刀机构的核心部位。换刀时机械手在机床主轴（或刀架）与刀库之间，执行新旧刀具交换任务，在一个换刀程序中要完全抓刀、拔刀。、交换（新旧刀对调）装刀、复位等动作。通常有三个自由度，即抓刀与复位是一个自由度；拔刀与装刀是一个自由度；新旧刀具位置交换是一个自由度。换刀动作在加工过程中是一个辅助动作，要求机械手动作迅速平稳可靠。特别是在高速旋转中交换刀具时，刀具不能从机械手中甩出来，因此机械手必须具有相应的锁紧机构，机械手完成各个动作是靠位置控制的，一个动作结束后，必须发出一个回答信号给PLC。以便启动下一个动作，拆装时要着重分析它的锁紧机构和各行程开关的安装部位22图 机械手三种示意图2.2常见的换刀类型2.2.1 六角回转刀架刀架的全部动作由液压系统通过电磁换向阀和顺序阀进行控制，它的动作部分分为4个步骤：（1）刀架抬起 当数控装置发出换刀指令后，压力油由a孔进入压紧液压缸的下腔，活塞1上升，刀架体2抬起，是定位用的活动插销10与固定插销9脱开。同时，活塞杆下端de 端齿离合器与空套齿轮5结合。（2）刀架转位 当刀架抬起后，压力油从C空进入转位液压缸左腔，活塞6向右移动，通过连接板带动齿条8移动，使空套齿轮5作逆时针方向转动。通过端齿离合器使刀架转过60度。活塞的进程应等于齿轮5分度圆周长的1/6,并由限位开关控制。（3）刀架压紧 刀架转位之后，压力油从B孔进入压紧液压缸上腔，活塞1带动刀架体2下降。齿轮3的底盘上的精确的安装有6个带斜楔的圆柱固定插销9，利用活动插销10消除定位销对与孔之间的间隙，实现反靠定位。刀架体2下降时，定位活动插销10与另一个固定插销9卡紧，同行齿轮3与齿圈4的锥面接触，刀架在新的位置定位并夹紧。这时，端齿离合器与空套齿轮5脱开。（4）转位液压缸复位 刀架压紧之后，压力油从D孔进入转位液压腔的右腔，活塞6带动齿条复位，由于此时端齿离合器已脱开,齿条带动齿轮3在轴上空转。如果定位和夹紧动作正常，推杆11与相应的触头12接触，发出信号表示换刀过程已经结束，可以继续进行切削加工。回转刀架除了采用液压缸转位和定位销定位之外，还可以采用电动机带动离合器定位，以及其他转位和定位机构。 1活塞 2刀架体 3缸体 4压盘 5齿轮 6活塞 7活塞杆 8齿条 9固定插销 10活动插销 11拉杆 12触头图 2-3六角刀架结构图2.2.2 四方刀架（1)刀架抬起 当换刀指令发出后，刀架电机正传，通过蜗杆连轴器带动涡轮丝杠转动，带架体内孔有螺纹，与涡轮丝杠旋合。涡轮丝杠内控与刀架中心轴的动配合，在环卫换刀时，中心轴固定不动，涡轮丝杠环绕中心轴旋转。由于刀架底座和刀架体啮合，且涡轮丝杠轴向固定，这是刀架抬起。（2）刀架换刀 当刀架体抬至一定距离后，断面齿脱开。转位套用销钉与涡轮丝杠连接，随涡轮丝杠一同转动，当断面齿完全脱开，转位套正好转过160度，球头销子弹簧作用下进行转为套的槽中，带动刀架转位。（3）刀架定位 刀架体转位时带动电刷座一起转动，当转到程序指定的刀号时，定位销在弹簧作用下进入粗定位盘的槽中进行粗定位，同时电刷接触导面使用电机反转，由于粗定位槽的限制，刀架体不能转动，使其在该位置垂直落下，刀架体和刀架底座上得端面 齿啮合实现精确定位。（4)刀架锁紧 刀架电机继续反转，此时涡轮停止转动，蜗杆继续转动，随夹紧力增加，转矩不断增大，达到一定值时，在传感器的控制下，电机停止转动，刀架锁紧。2.2.3带刀库的自动换刀系统 带刀库的自动换刀系统由刀库和刀具交换机构组成。首先把加工过程中需要的全部刀具分别安装在标准刀柄上，在机外进行尺寸预调整后，按一定的方式放到刀库中去。换刀时先在刀库中选刀，并由刀具交换装置从刀库和主轴上取出刀具，在进行交换刀具后，将新刀装入主轴，把旧刀放回刀库。存放刀具的刀库具有较大的容量，它既可以安装在主轴箱的侧面或上方，也可以作为单独部件安装到机床外，并由搬运装置运送刀具。与转塔主轴头相比较，由于带刀库的自动换刀装置数控机床主轴箱内只有一个主轴，设计主轴部件就有可能充分加强它的刚度，因而能满足精密加工的要求。另外，刀库可以存放数量很大的刀具，因而能进行复杂零件的多工序加工，这样就明显提高了机床的适应性和加工效率。所以带刀库的自动换刀装置特别适用于数控镗床、数控钻床和数控铣床。刀库是自动换刀装置的主要部件，其容量布局以及结构对时空机床的设计有很大的影响。根据刀库所需要的容量和取道刀方式，可以将刀库设计成多种样式。一下列出了几种。单盘式刀库，为适应机床主轴的布局，刀库的刀具轴线可以按不同的方向配置，刀具可做度翻转的圆盘刀库，采用这种结构简化取刀动作，刀库容量通常为1530把，因取刀方便，所以应用最为广泛。鼓轮弹仓式刀库，其结构十分紧凑，在相同的空间内，它的容量较大，但取刀较复杂。链式刀库，其结构有较大的灵活性，存放刀具数量也较多，选刀和取刀动作十分简单。当链条较长时，可以增加支承链轮的数目，使链条折叠回绕，提高了空间利用率。多盘式和格子式刀库，他们虽然也具有结构紧凑的特点，但选刀和取刀复杂，应用较少。为一龙门加工中心采用的链式刀，为一立式加工中心的圆盘式刀库。2.2.4刀架交换装置数控机床的刀具交换方式通常分为有刀库与机床主轴的相对运动实现刀具交换和采用机械手交换刀具两类。刀具的交换方式和它们的具体结构对机床的生产率和工作可靠性有直接的影响。由刀库与机床主轴的相对运动实现换刀的装置，在换刀时必须先将用过的刀具送回刀库，然后再从到库中取出新的刀具，两个动作不能同时进行，因此换刀时间长。采用机械手换刀（见图23）的方式应用最为广泛，这是因为机械手换刀有很大的灵活性而且可以减少换刀时间。目前在加工中心上绝大多数都使用记忆式的任选换刀方式这种方式能将刀具号和刀库中的刀套位置对应的记忆在数控系统的PLC中，不论刀具放在哪个刀套内都能始终记忆着它的轨迹。刀库上有位置检测装置，可以检测出每个刀套的位置，这样刀具就可以任意取出并送回。刀库上爱没有机械原点使每次选刀时，就近选取，如对于盘式刀库来说，每次选刀运动角度都不会超过180°。图2-4 机械手换刀过程2.3 SLD150 刀架的结构与工作原理SLD150数控刀架普遍应用于数控机床，是一种立式刀架，有四工位和六工位之分，见下图。CNC系统(数控系统)发出换刀指令信号，转位电动机(17)开始正转，并通过蜗杆(2)、涡轮(3)带动传动轴(4)正转。此时刀架的动齿盘(14)与定齿盘(15)处于喫合状态，刀架上体连带动齿盘(14)无法转动，迫使升降螺母(13)在传动轴(4)的带动下上升，由于升降螺母固定于刀架上体，因而刀架上体上升，同时通过转位套(8)带动同步套(10)转动。当刀架上体的动齿盘(14)脱离刀架下体的定齿盘(15)时(此时刀架上体的升幅为5±0.5mm),刀架上体不再上升并已具备转动条件。这时同步套上的缺口刚好对应上转位销(12)，转位销上的弹簧将转位销推入同步套缺口，开始带动刀架上体转动。在刀架上体装有一块磁铁(9)，磁铁随刀架上体转动到设定位置，CNC系统通过编码盘(6)上的霍尔开关(7)接收到信号，随即发出转位电动机反转的指令，刀架上体随之反靠，当竖向定位销(11)滑入定位槽，止住刀架上体转动，但转位电动机尚未停转，迫使升降螺母(13)下移，刀架上体随之下落，同步套的转动将转位销顶出同步套的缺口。至刀架上体的动齿盘与刀架下体的定齿盘喫合时，刀架达到精定位。这时由撞环推动顶杆来压合微动开关(16)发出刀架精定位的信号。CNC系统接受此信号后，约有0.551s的延时即断开转位电动机的电源。至此为一个完整的换刀程序。1锁紧螺母 2蜗杆 3蜗轮 4传动轴 5螺杆 6编码盘 7霍尔开关8转位套 9磁铁 10同步套 11定位销 12转位销 13升降螺母14动齿盘 15定齿盘 16微动开关 17电动机图25 工作原理图2.4 LD4B 刀架的结构与工作原理LD4B的工作原理及特点：LD4B系统立式电动刀架采用蜗轮蜗杆转动，三齿盘啮合螺杆锁紧的工作原理。具体工作程序为：当主机系统发出转发信号，刀架电机转动，电机带动蜗杆（11）转动，11带动蜗轮（7）转动，7与蜗杆（9）用键联接，9的转动把夹紧轮（14）往上抬，从而使三齿圈（内齿圈，外齿圈，夹紧圈）都松开，这时，离合销进入离合盘（16）的槽内，反靠销（26）同时脱离反靠盘（10）的槽子，上刀体（15）开始转动，当15转到对应的刀位时，磁钢（22）与发讯盘（24）上的霍尔元件相对应，发出到位信号。系统收到信号后发出电机反转延时信号，电机反转，15稍有反转，26进入10的槽子实行初定为，25脱离16的槽子，14往下压紧内外齿圈直至锁紧，延时结束。主机系统指令下一道工序。刀架拆装顺序：拆卸顺序(1)拆下闷头5，用内六角扳手顺时针转动蜗杆11，时夹紧轮14松开。(2)拆下铝盖20，罩座19.(3)拆下刀位线，拆下小螺母23，取出发讯盘24.(4)拆下大螺母18，止退圈17，取出键，轴承。(5)取下离合盘16，离合销25及弹簧。(6)夹住反靠销26逆时针旋转上刀体，取出上刀体15.(7)拆下点击罩28，电机联座27，轴承盖4，蜗杆11.(8)拆下螺钉，取出定轴8，蜗杆7，螺杆9，轴承。(9)拆下反靠盘10，防护圈13.(10)拆下外齿圈12，夹紧轮14，取出反靠销26。2、（1）装配时所有零件清洗干净，传动部件上润滑。 （2）按拆卸反顺序装配1-右联轴器 2-左联轴器 3-调整垫 4-轴承盖 5-闷头 6-下刀体 7-蜗轮 8-定轴 9-螺杆 10-反靠盘 1-蜗杆 12-外齿圈 13-防护圈 14-加紧轮 15-上刀体 16-离合盘 17-止退圈 18-大螺母 19-罩座 20-铝盖 21-发讯支座 22-磁钢 23-小螺母 24-发讯盘 25-离合 26-反靠销 27-联接座 28-电机罩图2-6 工作原理2.5两种结构的比较 两种结构的共同点：都实现了刀盘的抬起和锁紧动作，刀盘的圆周定位，实现了同样的功能，并且都是立式刀架。两种结构只是机械结构不同，而在电动机的正转和反转的电气控制上是完全相同的。两种的区别：SLD150刀架是靠齿盘和升降螺母及传动轴的配合下运动的，利用霍尔开关（见图2-7）接收信号发出指令来控制刀架运动的，并可以利用压合微动开关来发出精定位信号，用在立式机床上；LD4B刀架是利用蜗杆蜗轮配合和磁钢与发迅盘上的霍尔元件发出的信号来完成动作的，其主要用在卧式机床上 图2-7 霍尔元件开关待添加的隐藏文字内容3第三章 常见故障分析与诊断3.1刀架和刀库常见故障及维修1.刀架不能启动机械方面的原因1)刀架预紧力过大。当用六角扳手插入蜗杆端部旋转时不易转动，而用力时，可以转动，但下次夹紧后刀架仍不能启动。此种现象出现，可确定刀架不能启动的原因是预紧力过大，可通过调小刀架电机夹紧电流排除之。2)刀架内部机械卡死。当从蜗杆端部转动蜗杆时，顺时针方向转不动，其原因是机械卡死。首先，检查夹紧装置反靠定位销是否在反靠棘轮槽内，若在，则需将反靠棘轮与螺杆连接销孔回转一个角度重新打孔连接；其次，检查主轴螺母是否锁死，如螺母锁死，应重新调整；再次，由于润滑不良造成旋转件研死，此时，应拆开，观察实际情况，加以润滑处理。电气方面的原因1)电源不通、电机不转。检查溶芯是否完好、电源开关是否良好接通、开关位置是否正确。当用万用表测量电容时，电压值是否在规定范围内，可通过更换保险、调整开关位置、使接通部位接触良好等相应措施来排除。除此以外，电源不通的原因还可考虑刀架至控制器断线、刀架内部断线、电刷式霍尔元件（见图3-1）位置变化导致不能正常通断等情况。图3-1电刷式霍尔元件2)电源通，电机反转，可确定为电机相序接反。通过检查线路，变换相序排除之。3)手动换刀正常、机控不换刀，应重点检查微机与刀架控制器引线、微机I/O接口及刀架到位回答信号。 2刀架连续运转、到位不停由于刀架能够连续运转，所以，机械方面出现故障的可能性较小，主要从电气方面检查：检查刀架到位信号是否发出，若没有到位信号，则是发讯盘(见图3-2)故障。可检查：发讯盘弹性触头是否磨坏、发讯盘地线是否断路或接触不良或漏接。此时需要更换弹性片触头或重修，针对其线路中的继电器接触情况、到位开关接触情况、线路连接情况相应地进行线路故障排除。当仅出现某号刀不能定位时，则是由于该号刀位线断路所至。 3刀架越位过冲或转不到位刀架越位过冲故障的机械原因可能性较大。主要是后靠装置不起征作用。首先检查后靠定位销是否灵活，弹簧是否疲劳。此时应修复定位销使其灵活或更换弹簧。其次，检查后靠棘轮与蜗杆连接是否断开，若断开，需更换连接销。若仍出现过冲现象，则可能是由于刀具太长过重，应更换弹性模量稍大的定位销弹簧。出现刀架运转不到位（有时中途位置突然停留），主要是由于发讯盘触点与弹性片触点错位，即刀位信号胶木盘位置固定偏移所致。此时，应重新调整发讯盘与弹性片触头位置并固定牢靠。若仍不能排除故障，则可能是发讯盘夹紧螺母松动，造成位置移动。 4刀架不能正常夹紧出现该故障时，首先检查夹紧开关位置是否固定不当，并调整至正常位置；其次，用万用表检查其相应线路继电器是否能正常工作，触点接触是否可靠。若仍不能排除，则应考虑刀架内部机械配合是否松动。有时会出现由于内齿盘上有碎屑造成夹紧不牢而使定位不准，此时，应调整其机械装配并清洁内齿盘。 5其它故障现象除以上故障外，有时还出现：无法机控选刀、夹紧后无回答信号、启动或松开手控按纽刀架返原来位置等故障现象。出现这些故障的主要原因是电路中继电器接触不良、胶木盘位置不正、电源相序不对所致，可分别读其加以调整、修复，使故障排除。 图 3-2 发讯盘3.2刀架故障实例分析 数控车换刀一般的过程是：换刀电机接到换刀信号后，通过蜗轮蜗杆减速带动刀架旋转，由霍尔元件发出刀位信号，数控系统再利用这个信号与目标值进行比较以判断刀具是否到位。刀架到位后，电机反转缩紧刀架。3.2.1案例一：一台六刀位数控车床，换刀时所有刀位都找不到，刀架旋转数周后停止，并且数控系统显示换刀报警：换刀超时或没有信号输入。故障分析：对于该故障，仍可以排除机械故障，归咎于电气故障所致。产生该故障的电气原因有以下几种： 磁性元件脱落； 六个霍尔元件同时全部损坏； 霍尔元件（见图3-3）的供电和信号线路开路导致无电压信号输出。其中以第三种原因可能性最大。因此找来电路图，利用万用表对霍尔元件的电气线路的供电线路进行检查。结果发现：刀架检测线路端子排上的24V供电电压为0V，其它线路均正常。以该线为线索沿线查找，发现从电气柜引出的24V线头脱落，接上后仍无反应。由此判断应该是该线断线造成故障。解决方法：利用同规格导线替代断线后，故障排除。图3-3 霍尔元件3.2.2案例二：一台四刀位数控车床，发生一号刀位找不到，其它刀位能正常换刀的故障现象。故障分析：由于只有一号刀找不到刀位，可以排除机械传动方面的问题，确定是电气方面的故障。可能是该刀位的霍尔元件及其周围线路出现问题，导致该刀位信号不能输送给PLC。对照电路图利用万用表检查后发现：1号刀位霍尔元件的24V供电正常，GND线路为正常，T1信号线正常。因此可以断定是霍尔元件损坏导致该刀位信号不能发出。解决方法：更换新的霍尔元件后故障排除，一号刀正常找到。3.2.3案例三：一台配有FANUC-0imate系统大连机床厂的六刀位车床，选刀正常但是当所选刀位到位之后不能正常锁紧。系统报警：换刀超时。故障分析：刀架选刀正常，正转正常，就是不能反向锁紧。说明蜗轮蜗杆传动正常，初步定为电气线路问题。在机床刀架控制电气原理图上，发现刀具反向锁紧到位信号是由一个位置开关来控制发出的，是不是该开关即周围线路存在问题呢？为了确认这个故障原因，打开刀架的顶盖和侧盖，利用万用表参照电路图检查线路，发现线路未有开路和短路，通过用手按动刀架反向锁紧位置开关未动作。于是重新换刀一次来观察一下，结果发现：果然挡块未运动到位。于是把挡块螺栓拧紧，试换刀一次正常。再换一次刀，原故障又出现了，同时发现蜗杆端的轴套打滑并且爬升现象。难道是它造成了电机反转锁紧时位置开关的挡块不到位，于是把该轴套进行了轴向定位处理，将刀架顶盖装好。结果刀架锁紧正常了。 解决办法：对轴套进行轴向定位故障解决。致谢三年的读书生活在这个季节即将划上一个句号，而于我的人生却始终只是一个逗号，我将面对又一次征程的开始。三年的求学生涯在师长和亲友的大力支持下，走的辛苦也收获满囊，在毕业论文即付梓之际，思绪万千，心情久久不能平静。伟人名人为我所崇拜，可是我更急切地要把握的敬意和赞美献给一位平凡的人，我的老师。我不是您最出色的学生，而您却是我最尊敬的师长。您以严谨的治学，深邃的思想，雄阔的视野，为我营造了一种良好的精神氛围。授人以鱼不如受人以渔，置身其间，耳濡目染，是我树立了宏伟的学术目标，领会了基本的思考方式，从论文的选定和论文的写作指导都离不开指导老师的悉心点拨。感谢我的爸妈，在我的求学路上给与的支持和鼓励，你们的健康快乐是我最大的心愿。在这次毕业论文即将完成之际，我向各位师长，同学们至以真诚的感谢！ 参考文献1陈桂芬机械制图与计算机绘图 西安电子科技大学出版年社2006;2 姚道如 数控机床故障诊断与维修 中国电力出版社 2008;3 数控刀架故障维修毕业设计例文 豆丁网 ；4 曹琰 数控机床应用与维修 北京：电子工业出版社 1994;5 孙慧平 数控机床调试安装技术 2008.86 陈子银 数控机床结构原理与应用 2007.77 杜增辉 数控机床故障维修技术与实例 2009.28 卢斌 数控机床及其维修 机械工业出版社 2010