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1、江苏省常熟中等专业学校 1 项目七：数控车床刀架典型故障诊断与维修项目七：数控车床刀架典型故障诊断与维修 项目导读：项目导读： 数控车床为了能在工件一次装夹中完成多个工步，缩短辅助时间，减少工件因多次安 装引起的误差，都带有刀架系统。数控车床的刀架是机床的重要组成部分，用于安装和夹持 刀具。 它的结构和性能直接影响机床的切削性能和切削效率。 电动刀架作为数控车床的重要 配置,在机床运行工作中起着至关重要的作用,一旦出现故障很可能使工件报废,甚至造成卡 盘与刀架碰撞的事故,而且刀架故障在数控车床故障中占有很大的比例，常常包括电气方面、 机械方面以及液压方面的问题。 本项目通过对数控车床刀架的结构
2、与工作原理的阐述， 并以 其在日常生产中遇到的常见故障为依据， 剖析了生产中刀架出现的故障， 并提出相应的维修 方案。 一学习任务：一学习任务： 任务一：任务一：典型刀架拆装及结构分析 任务二：任务二：刀架 PMC 画面调用及功能分析 任务三：任务三：刀架电气线路检测与工作原理分析 任务四：任务四：刀架无法运转故障诊断与维修 任务五：任务五：刀架旋转不停止故障诊断与维修 任务六：任务六：刀架无法锁紧故障诊断与维修 二项目学习目标：二项目学习目标： 知识目标知识目标 掌握数控车床典型刀架机构工作原理以及刀架 PMC 控制原理， 理解刀架电路控制过程及霍尔元件工作原理。 技能目标技能目标 能够熟练
3、进行典型刀架机构拆装，读懂刀架 PMC 程序，能够熟 练运用常用工具对霍尔元件以及刀架电路的进行检测， 会对典型刀架故障进行诊 断与排除。 教学条件教学条件 oi Mate TD 数控车床实训台， 常用机械拆装工具，万用表，讨论桌。 江苏省常熟中等专业学校 2 三案例情境：三案例情境： 一台济南第一机床厂 CK6136 数控车床，系统为 FANUC 0i Mate TD,刀架为 四工位转盘式刀架。故障现象为：运行换刀指令 T0202，刀架无换刀动作，过了 10 秒后，系统界面跳出 1004 报警“Tool change over time”。机床无法实现 换刀，直接影响后道加工，给整套产品的生
4、产进度造成了麻烦。 刀架的故障位置在哪里？怎么样才能快速排除刀架故障? 要及时快速排除数控机床的刀架故障， 维修人员首先必须熟练掌握刀架的结 构、工作原理和控制流程，针对故障现象作出准确的判断；其次要能够读懂机床 使用企业提供的资料信息，包括参数、梯形图以及电气原理图等等；同时能够利 用系统的状态显示功能监测刀架的运行状态， 掌握常用检测仪器和工具的使用方 法，结合刀架换刀机构动作状态确定故障点。 江苏省常熟中等专业学校 3 四项目训练：四项目训练： 任务一 典型刀架结构拆装及结构分析 知识链接知识链接 1.典型刀架分类 数控车床使用的是刀架是最简单的自动换刀装置，按照结构形式划分，可以 分为
5、：排刀式刀架、转盘式架、转塔式刀架等等。按照驱动形式划分，有液压驱 动和电机驱动两种。各式刀架如图7-1-1所示。 液压驱动刀架 电动刀架 排刀式刀架 图7-1-1 各式刀架 目前，国内数控车床刀架以电动为主，分为转塔式和转盘式两种。转塔式刀 架有四、 六工位两种形式， 主要用于简易数控车床； 转盘式刀架有八、 十等工位， 可正、反方向旋转，就近选刀，用于全功能数控车床。另外转盘式刀架还有液压 刀架和电机驱动刀架。电动刀架是数控车床重要的传统结构，合理地选配电动刀 架，并正确实施控制，能够有效的提高劳动生产率，缩短生产准备时间，消除人 为误差，提高加工精度与加工精度的一致性等等。 2.刀架结构
6、及各部件名称（表 7- 1- 1） 四工位转塔式电动刀架是当前主流的刀架之一， 是经济型数控车床的首选， 市场占有率 相当高。因此，本单元就以温岭三和四工位电动刀架为研究对象，介绍刀架的结构和工作原 理。 三和 LDB4 系列电动刀架（如图 7- 1- 2 所示）采用蜗杆传动，上下齿盘啮合，螺杆夹紧 的工作原理。具有转位快，定位精度高，切向扭矩大的优点。转换时采用霍尔开关发信。该 刀架包括电机、霍尔元件、蜗杆，蜗轮与丝杆套连接，丝杆套通过螺母与动齿盘联接，动齿 盘与上、下齿盘相啮合，传动盘与固定在动齿盘上的传动销外圆相接触，动齿盘通过连接盘 与四方刀台和永久磁铁相连。 江苏省常熟中等专业学校
7、4 图 7- 1- 2 LDB4 四工位电动刀架装配图 表 7- 1- 1 刀架主要部件一览表 图标 名称 实 物 1 联轴器 3 调整垫 4 轴承盖 江苏省常熟中等专业学校 5 5 闷头 6 下刀体 7 蜗轮 8 中轴 9 螺杆 江苏省常熟中等专业学校 6 10 反靠盘 11 蜗杆 12 防护圈 13 上刀体 14 离合盘 江苏省常熟中等专业学校 7 15 止退圈 17 罩座 18 铝盖 22 发信盘 江苏省常熟中等专业学校 8 24 反靠销 3.刀架换刀动作分析 数控车床刀架从 CNC 系统接收换刀指令到驱动电机动作，当换刀指令发出后，刀架 电机启动正转，通过平键套筒联轴器使蜗杆转动，从而
8、带动蜗轮转动，蜗轮带动螺杆转动。 刀架上刀体中安装有离合盘，内孔有内螺纹，与螺杆旋合。当涡轮开始旋转时，刀架下刀体 固定不动，蜗轮转动使上刀体抬起，当抬至一定距离后，上、下齿盘脱开，刀架开始转动。 当转到程序指定的刀号时，刀架电机反转，上刀体逐渐下落，反靠销在弹簧力的作用下进入 下齿盘中进行粗定位，当上、下齿盘黏合时候实现精确定位。 刀架机构的动作过程主要分为以下环节，如图 7- 1- 3 所示。 图 7- 1- 3 刀架机械结构动作流程 刀架电机带动蜗杆 11 转动 蜗杆 11 带动蜗轮 7 旋转 蜗轮通带动螺杆转动 螺杆旋转带动上齿盘上升下降 上齿盘上升到位刀架正转 刀架信号到位 上刀体停
9、止转动蜗轮反转 上刀体下降反靠销锁紧 换刀动作完成 江苏省常熟中等专业学校 9 技能训练技能训练 任务单任务单 序号 任务内容 具体要求 1 拆装四工位刀架 顺利完成刀架各零部件拆装，各 零部件外形保持良好；熟练掌握 拆装工具使用方法。 2 观察刀架机构运行过程 理解机械机构工作原理 1.操作准备: 刀架机构拆装过程中常用工具主要包括：内六角扳手、锤子、铜棒、螺丝刀等等。 如图 7- 1- 4 所示。 图 7- 1- 4 刀架拆装所需工具 2.操作步骤 刀架拆卸 (1)使用 1 字螺丝刀拆下闷头，如图 7-1-5 所示。 江苏省常熟中等专业学校 10 图 7- 1- 5 拆卸闷头 (2)使用螺
10、丝刀拆下铝盖，如图 7-1-6 所示。 图 7- 1- 6 拆卸铝盖 (3)使用螺丝刀拆下护罩垫圈，如图 7-1-7 所示。取出塑料护罩。护罩内侧槽中 带有磁钢，用于刀位信号检测，拆卸过程中注意磁钢脱落。 江苏省常熟中等专业学校 11 图 7- 1- 7 拆卸护罩垫圈 (4)拆除刀位信号线，松开发信盘螺母，使用尖嘴钳取出螺母，慢慢将发信盘从 中轴上取出，如图 7-1-8 所示。 图 7- 1- 8 取出发信盘 (5) 使用内六角扳拆卸止退圈，如图 7-1-9 所示。 图 7- 1- 9 拆卸止退圈 (6)将刀架下刀体翻转，使用十字螺丝刀拆卸中轴，待中轴取出后拆卸螺杆固定螺母，如图 7-1-10
11、 所示。 江苏省常熟中等专业学校 12 图 7- 1- 10 拆卸螺杆固定螺母 （7）螺杆与蜗轮通过平键连接实现传动，使用橡皮锤、铜棒敲击螺杆端面，螺杆与蜗轮相 脱离。此时刀架上刀体与下刀体实现分离，取出反靠销，如图 7-1-11 所示。 图 7- 1- 11 刀架上刀体与下刀体分离 （8）旋转螺杆，使其与上刀体分离。松开上齿盘螺钉，并使用记号笔在上齿盘 与上刀体位置分别做好对应标记，以此作为下次安装的位置，如图 7-1-12 所示。 图 7- 1- 12 拆卸旋转螺杆 （9） 使用铜棒敲击离合盘， 将上齿盘和离合盘从上刀体取出， 如图 7-1-13 所示。 江苏省常熟中等专业学校 13 图
12、7- 1- 13 拆卸上齿盘和离合盘 （10） 将下刀体翻转，取出蜗轮。 松开蜗杆轴承盖， 使用铜棒轻轻敲击蜗杆端面， 将蜗杆取出，如图 7-1-14 所示。 图 7- 1- 14 取出蜗杆 刀架装配 （1）装配时所有零件清洗干净，传动部件上润滑脂。 （2）按拆卸反顺序装配。 在刀架装配完成后，转动电动机，是否能轻松实现刀架抬起、刀架转位、刀 架定位、刀架锁紧，若无法实现则未装配好，必须拆卸蜗轮丝杆、转位套、球头 销、刀架体、定位销等重新装配。 江苏省常熟中等专业学校 14 任务二 刀架 PMC 画面调用及功能分析 知识链接知识链接 如果要快速找到数控车床刀架故障所在，必须要准备理解数控系统及
13、刀架 PMC 程序的 逻辑控制关系。本任务以 FANUC 数控系统作为研究对象，结合亚龙 YL- 558 型数控车床刀 架 PMC 程序，重点介绍刀架 PMC 的控制原理以及刀架故障诊断方法。 1.换刀过程分析 编辑界面输入换刀指令,数控系统对刀号进行编译并存入系统内部地址 F26F29 中， 如图 7- 2- 1 所示。执行换刀指令，系统指令 F7.3 触发，当条件满足，刀架正转信号 Y3.4 导通。 刀架正转过程中，刀位信号 X3.0、X3.1、X3.2、X3.3 状态随之发生变化，同时当前刀号与 指令刀号进行比较，当两者一致时刀架正转信号 Y3.4 断开，并伴随触发刀架反转信号 Y3.0
14、 导通，刀架反转。PMC 程序中设定反转时间或者刀架到位检测信号，当时间到或检测信号 接收到，刀架反转停止。换刀结束，发送换刀完成信号 G4.3.具体流程如图 7- 2- 2 所示 图 7- 2- 1 T 功能单独指令时序图 江苏省常熟中等专业学校 15 图 7- 2- 2 刀架换刀流程 2.PMC 画面的基本配置 FANUC 数控系统 PMC 画面可以分为 PMC 维修、PMC 梯形图和 PMC 配置三个菜单模 块。 每个菜单模块又分很多子菜单， 操作者需了解每个菜单功能才能快速进行系统调试与信 号查询。 PMC 维修菜单：显示 PMC 信号状态的监控、跟踪、PMC 数据显示/编辑等与 PM
15、C 的维 输入换刀指令(如 T0303) 数控系统对刀号进行编码存入 系统地址 F26F29 中 指令刀=当前刀？ 刀架正转信号 Y3.4 触发 到位信号 X3.0、X3.1、X3.2、X3.3 变化 刀架正转 指令刀=当前刀？ 否 是 否 刀架正转停止开始反转 是 反转延时到或刀架到位检测信号到 发送完成信号 G4.3，换刀结束 换刀时间预设时间？ 输出报警 是 否 江苏省常熟中等专业学校 16 护相关的画面。如图 7- 2- 3 所示。 图 7- 2- 3 PMC 维修 PMC 梯形图: 显示与梯形图的显示/编辑相关的画面。如图 7- 2- 4 所示。 图 7- 2- 4 PMC 梯形图 PMC 配置：显示构成顺序程序的梯形图以外的数据的显示/编辑、PMC 功能的设定画面。 如图 7- 2- 5 所示。 图 7- 2- 5 PMC 配置 PMCCNF 用于在线监控的参数设定画用于在线监控的参数设定画 面面 标头标头 设
