制造系统中数控机床换刀装置故障处理与论文
数控机床机械手换刀装置故障与维修
设备管理与维修2018№8
数控机床机械手换刀装置故障与维修
潘升华
（中船广西船舶及海洋工程有限公司，广西钦州535000）
摘要：对数控机床机械手换刀装置进行阐述，给出刀库和机械手故障及维修方法，为促进数控机床的发展奠定基础。
关键词：
中图分类号：TG659文献标识码：B DOI：10.16621/ki.issn1001-0599.2018.08.29
0引言
1数控机床机械手换刀装置
[1] 1
2
3.3
14
2
5
3 4结论
参考文献
1.Z.
2016.
2.Z.
2009.
3KATC.
Z.2016.
4.Z.
2011.
〔编辑吴建卿
〕图4油液污染度检测仪
图5
液压测试仪
设备管理与维修2018№8
图1
数控机床中的机械手换刀装置
图2按照刀具划分的机械手换刀类型
2数控机床机械手换刀装置刀库故障及维修方法研究2.1[2]
①②PLC [3]③①②PLC ③2.222 2.323换刀装置机械手常见故障及维修方法研究3.13.2①②③①③③4结语
参考文献
1.J .20174126-9.
2.J .2017452343-45.
3.J .20173629198-199.
〔编辑
吴建卿〕。
数控立车换刀故障分析及处理方法研究
数控立车换刀故障分析及处理方法研究发布时间：2022-01-24T07:17:39.756Z 来源：《中国科技人才》2021年第30期作者：陈裕军[导读] 针对数控立车换刀故障，通过对ATC换刀程序以及换刀结构、原理的分析和解读，提出了一种简单易行的故障解决办法。
中车株洲电力机车有限公司湖南株洲摘要:针对数控立车换刀故障，通过对ATC换刀程序以及换刀结构、原理的分析和解读，提出了一种简单易行的故障解决办法。
关键词：数控立车；参考点丢失；ATC换刀；改进引言为进一步提高数控机床的加工效率，数控机床正向着工件在一台机床一次装夹即可完成多道工序或全部工序加工的方向发展，配备自动换刀装置的的各种类型的数控机床应运而生。
1.1刀具交换方式数控机床中,刀具交换方式通常分为两种：机械手交换刀具和无机械手交换（刀具刀库与机床主轴的相对运动实现）。
1.2刀库及其分类刀库的作用是用来存放刀具，它是自动换刀装置中最主要的部件之一，最为常见的分为盘式和链式两种。
1.3设备简介VL-160型荣田数控立车为重切削型数控立车，主要用于机车及城轨车辆车轮外侧面、内侧面、踏面的半精车、精车加工。
基本结构为横梁可移动式结构，由床身、工作台、立柱、横梁、溜板、液压系统、自动润滑系统、冷却系统、自动排屑系统、气动系统、数控系统、电控柜、刀库、自动换刀系统组成（图1）。
VL-160荣田数控立车采用无机械手交换刀具方式，刀库类型为盘式刀库，具有12刀位，通过刀库和Z轴的相对运动实现换刀，能实现自动就近找刀、换刀。
此种ATC自动换刀系统结构简单，且能避免刀库回转时振动对加工精度的影响，非常适用于事业部车轮生产加工工件为重型工件、所用刀具为重型刀具、加工精度要求高等要求。
刀库移动过程中Z轴移动路径需经过第一、二、四参考点，结合该故障现象，Z轴在还刀入库，松刀完成后，应在Z向上移到达第四参考点，实际是Z轴未能准确到达第四参考点，这是故障发生的直接原因。
数控机床自动换刀系统的设计与优化方法
数控机床自动换刀系统的设计与优化方法随着工业自动化的不断发展，数控机床自动换刀系统的设计与优化成为了现代制造业中的重要课题。
自动换刀系统的设计及其优化将直接影响到机床的生产效率、工件加工质量和操作人员的工作安全。
因此，本文将探讨数控机床自动换刀系统的设计原理以及进行系统优化的方法与技巧。
数控机床自动换刀系统一般包括刀库、刀臂、刀杆及刀具，其工作原理主要通过机械臂或伺服电机的驱动，将机床上的刀具自动更换。
而系统的设计与优化则需要考虑以下几个方面：首先，需要充分考虑机床的具体工艺需求，确定自动换刀系统的基本功能。
例如，切削加工中是否需要进行多种不同刀具的切换，是否需要对不同刀具进行刃磨和测量等。
不同工艺需求将直接影响到自动换刀系统的设计与优化。
其次，需要考虑自动换刀系统的结构设计。
合理的结构设计能够提高系统的稳定性和工作效率，并降低故障率。
一般来说，自动换刀系统的结构主要包括刀库结构、刀臂结构以及刀杆结构。
在设计过程中，需要充分考虑机床的空间限制、刀具数量以及换刀的速度等因素。
同时，需要关注自动换刀系统的动力传递和控制电路设计。
动力传递系统的设计主要包括伺服电机的选型、减速器的设计以及传动链的布置等。
而控制电路的设计则需要考虑自动控制装置和信号传输装置等，以确保系统的稳定性和可靠性。
另外，还需要考虑自动换刀系统的安全性。
刀具在运行过程中可能会产生较大的动力和惯性力，因此在设计过程中需要充分考虑刀具的固定、刀具与工件之间的安全间隙以及系统紧急停机装置的设置等，以确保操作人员的安全。
在完成基本的设计后，系统的优化工作则需从以下几个方面展开。
首先是换刀时间的优化。
通过减少换刀时间可以提高机床的利用率，并减少生产成本。
换刀时间的优化可以从刀具定位、刀具固定方式以及刀具检测等方面进行。
其次是系统的可靠性优化。
这需要考虑到刀库的结构设计、刀具的装卸方式以及系统故障的自我诊断与修复等。
同时，充分考虑刀具的损耗和磨损，合理安排刀具的使用周期，减少系统故障的发生。
经济型数控车床自动换刀装置的故障分析及排除
和过 冲 ，如图 ２所示 。
【 ４ 第３ 卷 ６】 ４ 第３ 期 ２ １—３下 ） ０２ （
１ 自动换 刀装 置与 自动刀架
经 济 型 换 刀 装 置 是 经济 型 数 控机 床 中 最 重 要
１１ 刀架 抬起 ．
在 数 控 机 床 发 出更 换 刀 具 的 指 令 之 后 ，如 图
的 部 分 之 一 ，而 自动 刀 架 则 是 自动 换 刀 装
置 的 主 要 部 件 。统 计 资 料 显 示 ， 目前使 用
中图分类号 ：Ｔ ５ Ｇ６９ 文献标识码 ：Ｂ 文章编号 ：１ ０—０ ３ （ ０ ２ ３ 下） ０ ６ — ４ ９ １ ４ ２１ ） （ － ０ ３ ０ ０
Ｄｏ ： ． ９ ９ Ｊ ｉ ｎ １ ０ －０ ． ０ ． （ ） ２ ｉ１ ３ ６ ／ ． ｓ ．０ ９ １ ４ ２１ ３ 下 ． ０ ０ ｓ ３ ２
会 出现 刀架的过 冲和 滞后现 象 。经过走 访调 查 ，并
且进 行反 复的 试验 ，结果依 旧如 此 。经 过 实践操 作 并 结合专 家意 见 ，我 们分析 得 出有 以下 四种 的机 械
１３ 刀架定 位 ． 刀架体 转动 时会连 同电刷 座一 起转 动 ，当转到 指定 的 刀号时 ，粗定位 销便 会在弹 簧力 的作用 下进 入粗 定位 盘的槽 中再次 进行粗 定位 。 同时 ，另一 电 刷会 接触 导体使 电动机 反转 。 由于粗定 位槽 的某些 限制 ，刀架体 不能够转 动 ，并 使其 在该 位置上 垂直 落下 ，此 程序 中的刀 架体和 刀架 底座上 的端面 齿啮 合 实现精 确定位 ，从而 实现 刀架的定位 工作 。
浅谈数控机床的故障分析及清除措施 毕业论文
浅谈数控机床的故障分析及清除措施目录摘要正文一、数控机床简介………………………………………………二、数控机床的维护……………………………………………三、数控机床故障诊断及处理的基本原则……………………四、一般故障的分析方法………………………………………五、主要机械部件故障诊断……………………………………六、液压传动系统故障诊断……………………………………七、数控系统故障诊断…………………………………………八、数控机床机械结构故障分析与清除措施…………………九、数控机床电气系统故障与分析……………………………十、直流伺服系统的故障诊断(分析)与清除措施……………十一、可编程控制器模块的故障诊断与清除措施……………十二、故障分析图与清除措施…………………………………十三、HN-100T数控车床系统参考图……………………………致谢………………………………………………数机床典型故障分析与清除措施摘要数控机床是一种技术含量很高的自动化机床，它集机、电、仪于一体，综合的了计算机技术、自动化技术、伺服驱动、精密测量和精密机械等各个领域的新技术成果。
随着数控车床、数控机床、加工中心等数控加工产品用量的剧增，培养一大批能够熟练掌握现代数控机床编程、操作和维修的应用型人才的日益迫切。
不同的数控机床其数控系统虽然在结构和性能上有所区别，但在故障诊断分析上却有一定的共性，正是在此基础上对数控机床典型故障进行维修。
本设计共计五部分内容，包括数控机床简单介绍，数控机床出现机械结构故障、电气系统故障、伺服系统故障、可编程控制器模块故障时的现象描述，故障可能产生原因的理论分析。
故障诊断与维修是本设计的重点。
故障分析故障清除本设计是为了能够让维修人员更加快速准确的查出机械故障原因并排除机械故障而进行论文写作的。
当前,高度发达的制造业和先进的制造技术已经成为衡量一个国家综合经济实力和技术水平的重要标志之一,成为一个国家在激烈的国际市场上获胜的关键因素.如今,中国已成为制造业大国,但还不是制造业强国我们要从制造业大国走向制造业强国,必须大力发展以数控技术为主的先进制造技术,提高计算机辅助设计与制造(CAD/CAM)的技术水一、数控机床简介数控机床是一种典型的机电一体化产品，能实现机械加工的高速度，高精度和高自动化，代表了机床的发展方向。
数控机床自动换刀装置的故障分析与排除
故障现象 ： 某型号数控机床在 自动换 刀过程 中 ， 经常 出现
主轴定位不准确现象 ， 导致 自动换刀无法正常进行 。
例， 其气压太高或太低 以及换刀气阀节流开 口太大或太小 。
诊断分析及处理过程 ： 机床刚启动工作 时 ， 出现上述现象 的次数很少 ，通过重新开机启动后一般都 能正常工作 一段时 间。但工作一段时问后 ， 主轴定位不准确 的现象就表现得越 来 越严重 ， 障频率也越来越 高， 故 严重影 响了机床的正常使用 。
定 换 刀动 作 。
床 中可靠性最为薄弱的环节 ， 故障率较 高。 刀机械手为例， 以换
它 的主要故障通常表现为 ： 掉刀、 卡刀 、 机械手动作不到位或根
本无动作 、 机械手换 刀速 度过快或过慢 、 机械手夹 持刀柄不稳
５ 要 制订具体 的保养措施 ，保持刀具 、刀柄和刀套 的清 ）
１ 在自 ） 动换刀装置 中尽量采用可靠性 高的元件 ，比如传
感、 气动 、 液压元件的选取 。 一旦元件工作不正常就马上采取措 施 甚至更换 ， 故障排除在萌芽状 态， 而减少损失 。 将 从
收 稿 日期 ：０ ７ ０ — ６ ２ ０ — ６ １
的定位采用 编码器 ， 动作 也完全正确 ， 定位 所以发生 电气故障
刀点 或换 刀点 漂 移 ； 械 手 抓 刀 时没 有 到 位 就 开始 拔 刀 。 机
３ 自动换刀 装置 故障 诊断实例
实例一 ： 主轴定位不 准的故障。
３ ）刀具从机械手 中脱 落。主要 原因： 刀具净质量超重 ： 机 械手卡紧销损坏或弹簧未弹 出。 ４ 机械手换刀速度过快或过慢。主要原因 ： ） 以气动机械为
放置 ， 确认 程序上规定 的刀具号与所配刀具号是否 一致 ， 以免 出现错 换刀导致严重的生产事故发生。
制造系统中数控机床换刀装置故障处理与研究
４ ）经常检查刀库的 回零位置是否正确 ， 检查机床 主轴 回换 刀点位 置是否到位 ，并及 时调整，否则不能完成换刀动作 。 ５ ） 开机时 ， 应先使刀库和机械手空运行 ， 检查各部 分工作是 否正常 ，特 别是各行 程开 关和 电磁 阀能否 正常动作 。检 查机械 手液压 系统 的压 力是否 正常，刀 具在机械手 上锁紧 是否可靠，发现不正常要及时处理 。
１ 、引言
数控 机床 上的 自动换 刀装置使 工件一 次
装 夹 后 能 进 行 多 工 序 加 工 ， 从 而 避 免 多 次 定
装到位 、装 牢靠 。检查刀座 上的锁 紧是否可
靠。
故 障 处理 ：将 其按 说 明 书 重新 设 定 为 ０ １ ３ ５后 ，机械手动作恢复 正常。 ２ ）故障现 象： 某卧式加 工中心 ，在 自动换刀 时发现 刀 链运动不到位，并且在一定时间后 Ｃ ＮＣ出现 报警。维修 过程 ：根据 Ｃ ＮＣ报警显示，故 障 原因是换刀 时间超 出，检查 电气控 制系统 ， 没有发现异 常 ，电机转 动 良好 。判 定故障是 由于机械传动 方面原 因造成 的。拆 下减速器 的防护罩，卸下伺 服电机 ，拆 开减速器检查 ， 发现减速器 内的一传动 轴上的连接 键脱落 ，
由３ ５变 为 了 ２ 。 检 查 数 控 程 序 中 的 换 刀 指 令
伺 服电机 内部 ，致使绕 组产 生了短路 。检查
后 确认 电机与 减速器连 接处的密封 磨损 是致
使冷却液进入 伺服 电机 的根本原 因。经维修
处 理 后 ， 故 障排 除 。
参考 文献 ：
（ １ ） 《 数 控机 床维修 》蒋 红平主编
数控车削中心等工作时刀具不转 的机床上 。
刀库及换刀装置故障诊断与维修
确 保 装 到 位 ． 牢 靠 ． 检 查 刀 座 上 的 装 并 锁 紧装 置是 否可 靠 （ ） 常检 查 刀 库 的 回零 位 置 是 否 ４经 正确 ． 查 机床 主 轴 回换 刀 点 位置 是 否 检
到 位 ． 现 问 题 要 及 时 调 整 ． 则 不 能 发 否
卡 紧爪 弹簧压 力 过 小 ： 弹 簧后 面 的螺 或 母 松 动 ： 刀 具 超 重 ： 机 械 手 卡 紧锁 或 或
否 正 常 ：Ｌ 无 控 制 输 出 ． 可 能 是 接 口 ＰＣ
数 控 机 床 使 用 的 回转 刀 架 是 最 简 单 的 自动 换 刀 装 置 。 四方 刀 架 、 角 有 六 刀 架 ， 在 其 上 装 有 四把 、 把 或 更 多 即 六
的 刀 具 回 转 刀 架 必 须 具 有 良好 的 强 度
刀库及 换 刀装 置故 障诊 断与维修
周 瑜 飞
（ 南株 洲 职业技 术学 院 湖 南 株 洲 湖
摘
４ ３０ ） １ ０ ０
要 ： 明 了数 控 机床 刀库故 障诊 断的 理论 根 据 ； 出故 障诊 断与 维修 的基 本 方 法和 步骤 ； 通过 阐 指 并
精 选来 自一 线 的各类 典 型故 障 。 具体 详 细地介 绍 了故 障 的分析 与 处理过 程 。
板 中的 继 电器 失效 ：机械 连 接过 紧 ； 电
网电压 过低 刀库 转不 到位 的原 因可 能
有： 电动机 转 动故 障 ， 传动 机构 误差 。 （） ２ 刀套 不 能夹 紧刀 具 。原 因可 能 是 刀套 上 的调 整 螺钉 松 动 ．或 弹 簧 太 松 ． 成 卡紧 力不 足 ： 刀具超 重 。 造 或
关键 词 ： 库 ； 刀装 置 ； 刀机械 刀 换 换 中 图 分 类 号 ：Ｇ ５ Ｔ ６９ 文 献标 识码 ： Ａ
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制造系统中数控机床换刀装置故障处理与研究摘要：刀库运动故障、定位误差过大、机械手夹持刀柄不稳定和机械手运动误差过大等是数控机床刀库及自动换刀装置的常见
故障。
他们会造成换刀动作卡位，整机无法工作，机械维修人员对此要有足够的重视，采用一定的机床维修技术，减少此类故障的发生率。
关键词：自动换刀装置回转刀架机械手
1、引言
数控机床上的自动换刀装置使工件一次装夹后能进行多工序加工，从而避免多次定位带来的误差，减少因多次安装造成的非故障停机时间，提高了生产率和机床利用率。
自动换刀的方式大致有以下三种。
1）回转刀架换刀这种换刀方式将多把刀具安装在回转刀架上，因而回转刀架本身就是刀库。
换刀过程的主要动作是分度和转位。
其机械结构简单，只能用于数控车床、数控车削中心等工作时刀具不转的机床上。
2）多主轴回转刀架换刀这种换刀方式中回转刀架也是刀库，常用在转塔式数控镗铣床等刀具需要能旋转的工作场合中。
在换刀时，首先要使主轴与主传动系统脱开，然后刀具连同主轴一起转位，在下一工序需用的刀具到达工作位置后，刀具主轴与主传动系统接通。
这种方式结构紧凑，换刀动作简单，时间少，在加工使用刀具不多时优越性很明显，但刀具容量有限，转位时刀尖回转半径受到
机床布局的限制，主轴的刚度差，而且回转刀架连同电机、变速箱随进给系统运动，显得笨重，隔振、隔热都差，使用受到许多局限。
3）刀库换刀是目前加工中心大量使用的换刀方式，这种换刀方式的主要特征是带有独立的刀库。
由于有了刀库，机床只要一个固定主轴夹持刀具，可以使用先进的切削用量提高加工精度和生产率，有利于提高主轴刚度。
独立的刀库增加了刀具储存的数量，有利于扩大机床功能，并有利于隔离各种影响加工精度的干扰，但机械结构比较复杂。
刀库换刀按照换刀过程有无机械手参与分成有机械手和无机械手两种情况。
2、刀库与换刀机械手的维护要点
1）为了防止在机械手换刀时掉刀或刀具与工件、夹具等发生碰撞，严禁把超重、超长的刀具装入刀库。
2）为了防止换错刀具导致事故发生，顺序选刀方式必须注意刀具放置在刀库上的顺序要正确，其他选刀方式也要注意所换刀具号是否与所需刀具一致。
3）用手动方式往刀库上装刀时，要确保装到位、装牢靠。
检查刀座上的锁紧是否可靠。
4）经常检查刀库的回零位置是否正确，检查机床主轴回换刀点位置是否到位，并及时调整，否则不能完成换刀动作。
5）开机时，应先使刀库和机械手空运行，检查各部分工作是否正常，特别是各行程开关和电磁阀能否正常动作。
检查机械手液压系统的压力是否正常，刀具在机械手上锁紧是否可靠，发现不正常
要及时处理。
3、换刀装置故障诊断实例
1）故障现象：jcs-018立式加工中心采用fanuc-besk7cm系统。
自动换刀时机械手不换刀。
故障检查与分析：
故障发生后检查机械手的情况，机械手在自动换刀时不能换刀，而在手动时又能换刀，且刀库也能转位。
同时，机床除机械手在自动换刀时不换刀这一故障外，全部动作均正常，无任何报警。
检查机床控制电路无故障；机床参数无故障；硬件上也无任何警示。
考虑到刀库电动机旋转及机械手动作均由富士变频器所控制，故将检查点放在变频器上。
观察机械手在手动时的状态，刀库旋转及换刀动作均无误，观察机械手在自动时的状态，刀库旋转时，变频器工作正常，而机械手换刀时，变频器不正常，其工作频率由35变为了2。
检查数控程序中的换刀指令信号已经发出，且变频器上的交流接触器也吸合，测量输入接线端上xl、x2的电压，在手动和自动时均相同，并且，机械手在手动时，其控制信号与变频无关：因此，考虑是变频器设定错误。
从变频器使用说明书上知：该变频器的输出频率有3种设定方式，即0l、02、03等3种。
对x1、x2输入端而言，01方式为x1on，x2off；02方式为xloff，x2on；03方式x10n，x20n。
检查0l方式下，其设定值为0102，故在机械手动作时输出频率只有2hz，液晶显示屏上也显示为02。
故障原因：操作者误将变频器设定值修改，致使输出频率太低，而不能驱动机械手工作。
故障处理：将其按说明书重新设定为0135后，机械手动作恢复正常。
2）故障现象：
某卧式加工中心，在自动换刀时发现刀链运动不到位，并且在一定时间后cnc出现报警。
维修过程：根据cnc报警显示，故障原因是换刀时间超出，检查电气控制系统，没有发现异常，电机转动良好。
判定故障是由于机械传动方面原因造成的。
拆下减速器的防护罩，卸下伺服电机，拆开减速器检查，发现减速器内的一传动轴上的连接键脱落，致使传动链中断，刀库无法进行旋转，修复减速器后故障排除。
3）故障现象：
某加工中心，在自动换刀时出现刀链运动不到位，机床出现驱动器过载报警。
维修过程：根据该机床机构，分析刀库伺服电机过载，机械传动系统方面的原因主要有刀库传动链或减速器卡死、刀具重量超过标准以及润滑不良。
经过检查，确认以上故障均不存在。
为了判断故障部位，卸下伺服电机进行单独旋转试验，最终发现有很多冷却液在伺服电机内部，致使绕组产生了短路。
检查后确认电机与减速器连接处的密封磨损是致使冷却液进入伺服电机的根本
原因。
经维修处理后，故障排除。
参考文献：
（1）《数控机床维修》蒋红平主编高等教育出版社
（2）《数控机床电气控制》陈子银主编北京理工大学出版社（3）《实用数控机床故障诊断及维修技术500例》周炳文主编中国知识出版社
（4）《刀库及换刀装置故障诊断与维修》周瑜飞《科技创业月刊》
（5）《刀库在数控立式车床上的应用》李鸣峰《科技传播》（6）《数控机床故障分析与维修实训》刘本锁冶金工业出版社
作者简介：
季晓明（1983- ），男，江苏盐城人，高校讲师，徐州机电工程高等职业学校数控中心（221011）。