数控机床自动换刀装置（刀库式）的故障诊断与维修
数控机床自动换刀装置（刀库式）的故障诊断与维修[20200123190143]
【摘要】
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。自动换刀装置应当满足换刀时间短、刀具存储量足够、刀具的安置空间小以及安全可靠等基本要求。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。装刀时必须十分谨慎，如果刀具不按照顺序装在刀库中，将会有严重的后果。
对于本论文主要介绍了Doosan CMV 920的自动换刀装置的故障维修。有关于三种类型的刀库介绍，以及有关刀库和换刀机械手的维护。探讨的故障有两例：机械手从主轴拔刀时，未将主轴刀具拔出。刀库机械手插拔刀时，有异常的声音产生。
*查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:】自动换刀；刀库；顺序
引言 1
一、换刀装置的分类和控制 2
（一）回转刀架式自动换刀装置 2
（二）有刀库无机械手的自动换刀装置 2
（三）有刀库有机械手的自动换刀装置 5
二、刀库及换刀机械手的维护 7
（一）刀库及换刀机械手的维护要点 7
（二）刀库的故障 7
（三）换刀机械手故障 8
三、Doosan CMV 920自动换刀装置故障维修 8
（一）CMV 920数控机床简介 8
（二）CMV 920自动换刀装置详细介绍 9
（三）CMV 920自动换刀不能拔刀的故障维修 11
（四）CMV 920自动换刀装置刀库位置或主轴偏移的故障维修 16
总结 20
参考文献 21
谢辞 22
引言
数控机床的发展与应用，大大降低了零件加工的辅助时间，极大的提高了生产率。随着数控机床的普及应用，机械加工的自动化程度大大提高，数控机床发展成了当今普遍应用的一种更新、更先进的制造设备即加工中心。数控机床带有刀库和自动换刀装置，能对工件按预定程序进行多工序加工的高度自动化的多功能的数字控制机床。各类数控机床的自动换刀装置的结构取决于机床的形式、工艺范围及其刀具的种类和数量。在自动换刀数控机床上，对自动换刀装置的基本要求是:换刀时间短，刀具重复定位精度高，有足够的刀具存储量，刀库占地而积小及安全可靠等。
由于有了刀库，机床只要一个固定主轴夹持刀具，有利于提高主轴刚度。独立的刀库，大大增加了刀具的储存数量，有利于扩大机床的功能，并能较好地隔离各种影响加工精度的干扰因素。刀库换刀，按照换刀过程有无机械手参与，分成有机械手换刀和无机械手换刀两种情况。在有机械手换刀的过程中，使用一个机械手将加工完毕的刀具从主轴中拔出，与此同时，另一机械手将在刀库中待命的刀具从刀库拔出，然后两者交换位置，完成换刀过程。有机械手的系统在刀库配置、与主轴的相对位置及刀具数量上都比较灵活。因而大大减少了装卸工件和换刀等辅助时间，消除由于多次安装造成的定位误差。
我现实习于斗山机床（烟台）有限公司，是一名TC装配员，所装配的数控机床型号是CMV 920，数控系统为Doosan-FANUC i Series。在安装过程中对自动换刀装置产生了浓厚的兴趣，所以我就本次毕业设计所做的就是关于对自动换刀装置的故障诊断与维修方面知识的详细阐述，分析自动换刀装置的控制原理及常见故障的维修方法。
一、换刀装置的分类和控制
（一）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。
（二）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1-1所示（1-2为实物图）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1-1 无机械手的加工中心换刀装置
图1-2 无机械手换刀装置实物图
图1-3到图1-8所示为如图1-1所示的卧式加工中心无机械手换刀装置的换刀过程。
如图1-3所示，上工步结束后，主轴准停定位，主轴箱上升。
图1-3 主轴箱上升
如图1-4所示，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1-4 刀具交换位置空位
如图1-5所示，刀库前移，从主轴孔中把要更换的刀具拔出。
图1-5 更换刀具
如图1-6所示，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1-6 刀库转位
如图1-7所示，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1-7 刀库后退
如图1-8所示，主轴箱下降到工作位置，开始下一步。
图1-8 主轴箱到工作位置
（三）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。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。BT40-24TOOL圆盘式刀库结构简图，如图1-9所示。实物图，如图1-10所示。
图1-9 BT40- 24 TOOL 圆盘式刀库结构简图
图1-10 BT40- 24TOOL 圆盘式刀库实物图
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。
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、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。
BT40-24 TOOL 圆盘式刀库自动换刀装置的特点：
1．刀库的旋转为电动机拖动(具有电磁制动装置)，靠电气实现刀库旋转方向（具有就近选刀功能)、换刀位置检测及定位控制，结构简单，工作可靠。
2．机械手换刀采用先进的凸轮换刀结构，实现电气和机械联合控制。
3．倒刀控制采用气动控制，通过气缸的磁环开关检测控制。
4．全机械式换刀，避免液压泄漏，降低了故障率。
5．换刀时间仅2.7秒，大大提高机床效率。
二、刀库及换刀机械手的维护
刀库及换刀机械手结构较复杂，且在工作中又频繁运动，所以故障率较高，目前有资料表明数控机床上CMV 920有50％以上的故障都与之有关。如刀库运动故障，定位误差过大，机械手夹持刀柄不稳定，机械手动作误差过大等。这些故障最后都造成换刀动作卡位，整机停止工作。因此刀库及换刀机械手的维护十分重要。
【摘要】
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。自动换刀装置应当满足换刀时间短、刀具存储量足够、刀具的安置空间小以及安全可靠等基本要求。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。装刀时必须十分谨慎，如果刀具不按照顺序装在刀库中，将会有严重的后果。
对于本论文主要介绍了Doosan CMV 920的自动换刀装置的故障维修。有关于三种类型的刀库介绍，以及有关刀库和换刀机械手的维护。探讨的故障有两例：机械手从主轴拔刀时，未将主轴刀具拔出。刀库机械手插拔刀时，有异常的声音产生。
*查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:】自动换刀；刀库；顺序
引言 1
一、换刀装置的分类和控制 2
（一）回转刀架式自动换刀装置 2
（二）有刀库无机械手的自动换刀装置 2
（三）有刀库有机械手的自动换刀装置 5
二、刀库及换刀机械手的维护 7
（一）刀库及换刀机械手的维护要点 7
（二）刀库的故障 7
（三）换刀机械手故障 8
三、Doosan CMV 920自动换刀装置故障维修 8
（一）CMV 920数控机床简介 8
（二）CMV 920自动换刀装置详细介绍 9
（三）CMV 920自动换刀不能拔刀的故障维修 11
（四）CMV 920自动换刀装置刀库位置或主轴偏移的故障维修 16
总结 20
参考文献 21
谢辞 22
引言
数控机床的发展与应用，大大降低了零件加工的辅助时间，极大的提高了生产率。随着数控机床的普及应用，机械加工的自动化程度大大提高，数控机床发展成了当今普遍应用的一种更新、更先进的制造设备即加工中心。数控机床带有刀库和自动换刀装置，能对工件按预定程序进行多工序加工的高度自动化的多功能的数字控制机床。各类数控机床的自动换刀装置的结构取决于机床的形式、工艺范围及其刀具的种类和数量。在自动换刀数控机床上，对自动换刀装置的基本要求是:换刀时间短，刀具重复定位精度高，有足够的刀具存储量，刀库占地而积小及安全可靠等。
由于有了刀库，机床只要一个固定主轴夹持刀具，有利于提高主轴刚度。独立的刀库，大大增加了刀具的储存数量，有利于扩大机床的功能，并能较好地隔离各种影响加工精度的干扰因素。刀库换刀，按照换刀过程有无机械手参与，分成有机械手换刀和无机械手换刀两种情况。在有机械手换刀的过程中，使用一个机械手将加工完毕的刀具从主轴中拔出，与此同时，另一机械手将在刀库中待命的刀具从刀库拔出，然后两者交换位置，完成换刀过程。有机械手的系统在刀库配置、与主轴的相对位置及刀具数量上都比较灵活。因而大大减少了装卸工件和换刀等辅助时间，消除由于多次安装造成的定位误差。
我现实习于斗山机床（烟台）有限公司，是一名TC装配员，所装配的数控机床型号是CMV 920，数控系统为Doosan-FANUC i Series。在安装过程中对自动换刀装置产生了浓厚的兴趣，所以我就本次毕业设计所做的就是关于对自动换刀装置的故障诊断与维修方面知识的详细阐述，分析自动换刀装置的控制原理及常见故障的维修方法。
一、换刀装置的分类和控制
（一）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。
（二）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1-1所示（1-2为实物图）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1-1 无机械手的加工中心换刀装置
图1-2 无机械手换刀装置实物图
图1-3到图1-8所示为如图1-1所示的卧式加工中心无机械手换刀装置的换刀过程。
如图1-3所示，上工步结束后，主轴准停定位，主轴箱上升。
图1-3 主轴箱上升
如图1-4所示，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1-4 刀具交换位置空位
如图1-5所示，刀库前移，从主轴孔中把要更换的刀具拔出。
图1-5 更换刀具
如图1-6所示，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1-6 刀库转位
如图1-7所示，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1-7 刀库后退
如图1-8所示，主轴箱下降到工作位置，开始下一步。
图1-8 主轴箱到工作位置
（三）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。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。BT40-24TOOL圆盘式刀库结构简图，如图1-9所示。实物图，如图1-10所示。
图1-9 BT40- 24 TOOL 圆盘式刀库结构简图
图1-10 BT40- 24TOOL 圆盘式刀库实物图
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。
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、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。
BT40-24 TOOL 圆盘式刀库自动换刀装置的特点：
1．刀库的旋转为电动机拖动(具有电磁制动装置)，靠电气实现刀库旋转方向（具有就近选刀功能)、换刀位置检测及定位控制，结构简单，工作可靠。
2．机械手换刀采用先进的凸轮换刀结构，实现电气和机械联合控制。
3．倒刀控制采用气动控制，通过气缸的磁环开关检测控制。
4．全机械式换刀，避免液压泄漏，降低了故障率。
5．换刀时间仅2.7秒，大大提高机床效率。
二、刀库及换刀机械手的维护
刀库及换刀机械手结构较复杂，且在工作中又频繁运动，所以故障率较高，目前有资料表明数控机床上CMV 920有50％以上的故障都与之有关。如刀库运动故障，定位误差过大，机械手夹持刀柄不稳定，机械手动作误差过大等。这些故障最后都造成换刀动作卡位，整机停止工作。因此刀库及换刀机械手的维护十分重要。
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