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1、湖南铁路科技职业技术学院毕业论文（设计）说明书摘 要本论文论述的是数控机床自动换刀装置（刀库式）的故障诊断与维修，刀库式的自动换刀装置是由刀库和刀具交换装置（换刀机械手）组成。它是多工序数控机床上应用最广泛的换刀装置，其整过换刀过程比较复杂。首先把加工过程中需要使用的全部刀具安装在标准的刀柄上，在机床外进行尺寸预调后，按一定的方式装入刀库。换刀时，先在刀库中进行选刀，由机械手从刀库和主轴上取出刀具，然后交换位置，把新刀插入主轴，旧刀放回刀库。存放刀具的刀库具有较大的容量，其容量为六把刀具,采用盘形结构,安装在机床的左侧立柱上。刀库中，刀具按预定工序的先后顺序插入刀库的刀座中，使用时按顺序转到取
2、刀位置。用过的刀具放回原来的刀座内，也可以按加工顺序放入下一个刀座内。该法不需要刀具识别装置，驱动控制也比较简单，工作可靠。但刀库中每一把刀具在不同工序中不能重复使用，为了满足加工需要只有增加刀具的数量和刀库的容量，这就降低了刀具和刀库的利用率。此外，装刀时必须十分谨慎，如果刀具不按顺序装在刀库中，将会产生严重的后果。顺序选刀是在加工之前，将加工零件所需刀具按照工艺要求依次插入刀库的刀套中，顺序不能有差错。加工时按顺序调刀。适合加工批量较大、工件品种数量较少的中、小型自动换刀装置。所以刀具的选择方式确定为顺序选择刀具。关键词：数控 自动换刀 刀库 顺序湖南铁路科技职业技术学院毕业论文（设计）说
3、明书目 录第 1 章 数控机床的产生第 2 章 数控机床的发展2.1 数控系统的发展2.2 机床的发展趋势第 3 章 换刀装置的分类和控制3 .1 回转刀架式自动换刀装置3. 2 有刀库无机械手的自动换刀装置3. 3 有刀库有机械手的自动换刀装置第 4 章 故障维修4.1 自动换刀装置故障诊断的方法4.2 自动换刀装置常见故障诊断与分析4.3 换刀过程常见的故障4.4 常见故障现象的维修4.2.1 刀架转与不转的故障维修4.2.2、刀库位置偏移的故障维修4.2.3、刀库转动中突然停电的故障维修4.2.4、换刀过程有卡滞的故障维修4.2.5、换刀不能拔刀的故障维修4.2.6、换刀卡住的故障维修4
4、.2.7、换刀时间过长报警的故障维修结束语致谢参考文献湖南铁路科技职业技术学院毕业论文（设计）说明书第 1 章 数控机床的产生 在机械制造工业中并不是所有的产品零件都具有很大的批量，单件与小批量生产的零件（批量在 10100 件）约占机械加工总量的 80%以上。尤其是在造船、航天、航空、机床、重型机械以及国防工业更是如此。为了满足多品种，小批量的自动化生产，迫切需要一种灵活的，通用的，能够适用产品频繁变化的柔性自动化机床。数控机床就是在这样的背景下诞生与发展起来的。它为单件、小批量生产的精密复杂零件提供了自动化的加工手段。根据国家标准，对机床数字控制的定义：用数字控制的装置（简称数控装置） ，
5、在运行过程中，不断地引入数字数据，从而对某一生产过程实现自动控制，叫数字控制，简称数控。用计算机控制加工功能，称计算机数控（computerized numerical ，缩写） 。数控机床即使采用了数控技术的机床，或者说装备了数控系统的机床。从应用来说，数控机床就是将加工过程所需的各种操作（如主轴变速、松加工件、进刀与退刀、开车与停车、选择刀具、供给切削液等）和步骤，以及刀具与工件之间的相对位移量都用数字化的代码来表示，通过控制介质将数字信息送入专用的或通用的计算机，计算机对输入的信息进行处理与运算，发出各种指令来控制机床的伺服系统或其他执行元件，是机床自动加工出所需要的零件。湖南铁路科技职
6、业技术学院毕业论文（设计）说明书第 1 章 数控机床的发展2.1 数控系统的发展从年第一台数控机床问世后，数控系统已经先后经历了两个阶段和六代的发展，其六代是指电子管、晶体管、集成电路、小型计算机、微处理器和基于工控机的通用 CNC 系统。其中前三代为第一阶段，称作为硬件连接数控，简称系统；后三代为第二阶段，乘坐计算机软件数控，简称系统。2.2 机床的发展趋势数控机床总的发展趋势是工序集中、高速、高效、高精度以及方便使用、提高可靠性等。 （1）工序集中 20 世纪 50 年代末期，在一般数控机床的基础上开发了数控加工中心，即自备刀具库的自动换刀数控机床。在加工中心机床上，工件一次装夹后，机床的
7、机械手可以自动更换刀具，连续的对工件进行多种工序加工。目前，加工中心机床的刀具库容量可达到 100 多把刀具，自动换刀装置的换刀时间仅需 0.52 秒。加工中心机床使工序集中在一台机床上完成，减少了由于工序分散，工件多次安装引起的定位误差，提高了加工精度，同时也减少了机床的台数与占地面积，压缩了半成品的库存量，减少了工序间的辅助时间，有效的提高了数控机床的生产效率和数控加工的经济效益。（2）高速、高效、高精度 高速、高效、高精度是机械加工的目标，数控机床因其价格昂贵，在上述三方面的发展也就更为突出。（3）方便使用数控机床制造厂把建立友好的人机界面、提高数控机床的可靠性作为提高竞争能力的主要方面
8、。1）加工编程方便 手工编程和自动编程已经使用了几十年，有了长足的发展，在手工编程方湖南铁路科技职业技术学院毕业论文（设计）说明书面，开发了多种加工循环、参数编程和除直线、圆弧以外的各种插补功能，CAD/CAM 的研究发展，从技术上来讲可以替代手工编程。但是一套适用的CAD/CAM 软件加上计算机硬件，投资较大，学习、掌握时间较长，对大多数的简单工件很不经济。近年来，发展起来的图形交互式编程系统（WOP，又称面向车间编程） ，很受用户欢迎。这种编程方式不使用 G、M 代码，而是借助图形菜单，输入整个图形块以及相应参数作为加工指令，形成加工程序，与传统加工时的思维方式类似。图形交互编程方法在制定
9、标准后，有可能成为各种型号的数控机床统一的编程方法。2）使用方法数控机床普遍采用彩色 CRT 进行人机对话、图形显示和图形模拟的。有的数控机床将采用说明书、编程指南、润滑指南等存入系统共使用者调阅。湖南铁路科技职业技术学院毕业论文（设计）说明书第 3 章 换刀装置的分类和控制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。3.1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。3.2
10、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
11、拔出。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。图2(f)表示主轴箱下降到工作位置,开始进行下一步工作。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。3.3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湖南铁
12、路科技职业技术学院毕业论文（设计）说明书械手, 可以采用单臂、双臂机械手,或采用配置主机械手和辅助机械手的形式。它能够配备多至数百把刀具的刀库,换刀时间可以缩短到几秒甚至零点几秒。因此目前大多数加工中心都配有带机械手的换刀装置。由于刀库位置和机械手换刀动作的不同,所以自动换刀装置的结构形式也多种多样。(1)BT50-24TOOL圆盘式刀库结构简图如图3所示。自动刀具交换动作步骤如下:(1)程序执行到选刀指令T码时,系统通过方向判别后,控制刀库电动机1 正转或反转,刀库中刀位计数开关2开始计数(计算出到达换刀点的步数),当刀库上所选的刀具转到换刀位置后,旋转刀库电动机立即停转, 完成选刀定位控制
13、。(2)当T码执行后,倒刀电磁阀线圈获电,气缸推动选刀的刀杯向下翻转90(倒下).倒刀到位检测信号开关8(磁环开关)发出信号,完成倒刀控制,同时这个信号还是交换刀具的开始信号。(3)执行到交换刀具指令,交换刀具指令一般为M06(实际是调换刀宏程序或换刀子程序),首先主轴自动返回换刀点(一般是机床的第二参考点),且实现主轴准停, 然后换刀电动机10起动运行,通过锥齿轮14、凸轮滚子15、十字轴17带动机械手从原位逆时针旋转60,进行机械手抓刀控制,当机械手扣刀定位开关6发出到位信号后,换刀电动机10立即停止,主轴刀具夹紧装置自动松开。(4)主轴刀具松开后,换刀电动机10起动运行,通过圆柱凸轮12
14、、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。湖南铁路科技职业技术学院毕业论文（设计）说明书1-刀库旋转电动机 2-刀岸刀位计数开关(接近开关) 3-刀库刀位复位开关(接近开关) 4-刀库的刀座 5-机械手换刀电动机停止开关 6-机械手加扣刀定位开关 7-机械手原点确认开关 8-倒刀气缸缩回定位开关 9-回刀气缸伸出定位开关 10-机械手换刀电动机 11-机械手 12-圆柱凸轮 13-杠杆 14-锥齿轮 15-凸轮滚子 16-主轴箱 17-十字轴 18-刀套(5)当机械手完成拔刀控制后,通过锥齿轮14、凸轮滚子15、十字轴17 带动机械
15、手逆时针旋转180,使主轴刀具与刀库刀具交换位置。然后通过圆柱凸轮12、杠杆13 使机械手上升,把交换后的刀具插入主轴锥孔和刀库的刀套中。机械手完湖南铁路科技职业技术学院毕业论文（设计）说明书成插刀后,换刀电动机停止开关5(接近开关)发出信号使电动机立即停止。刀具插入主轴锥孔后,刀具的自动夹紧机构夹紧刀具。(6)当机械手扣刀到位检测信号开关6(接近开关)再次接通后,换刀电动机10起动运行,通过锥齿轮14、凸轮滚子15、十字轴17 带动机械手顺时针转动60,回到机械手的原点位置。机械手原位到位开关7 接通后,换刀电动机10 立即停止。(7)当机械手回到原位后,机械手原位到位开关7(接近开关)接通
16、,回刀电磁阀线圈获电,气缸推动刀杯向上翻转90,为下一次选刀做准备。回刀气缸伸出定位开关9(磁环开关)接通,完成整个换刀控制。3.4自动换刀装置故障诊断的方法自动换刀装置换刀装置的工作基本上都是顺序工作,所以只要熟悉换刀动作的过程和掌握PMC的控制对维修是很重要的。FANUC 0i系统的PMC诊断方法:(1)利用梯形图在线进行诊断按系统功能键SYSTEM,再按系统操作软件PMC就会显示PMC功能画面,按软件PMCLAD,梯形图就会出现在显示器上,如果显示器为单色显示器CRT,梯形图显示画面中,信号接通为亮线显示,信号断开为暗线显示,彩色显示器LCD的接通和断开也可由用户设定不同的颜色对比来确定。在梯形图的下面对应有如下软键功能如下:TOP返回梯形图开始位置。BOT TOM返回梯形图结束位置SRCH搜索梯形图中信号触点的操作软键。W- SRCH搜索梯形图中信
