自动换刀装置的结构原理与常见故障

一、自动换刀装置的形式

　　自动换刀装置是数控机床的重要执行机构，它的形式多种多样，目前常见的有以下几种：

　　1．回转刀架换刀；
　　2．排式刀架换刀；
　　3．更换主轴头换刀；
　　4．带刀库的自动换刀系统

　　在这里我对数控机床常见的这几种换刀系统逐一介绍，首先介绍一下回转刀架换刀系统。

二、回转刀架

　　数控机床使用的回转刀架是比较简单的自动换刀装置，常用的类型有四方刀架、六角刀架，即在其上装有四把、六把或更多的刀具。

　　回转刀架必须具有良好的强度和刚度，以承受粗加工的切削力：同时要保证回转刀架在每次转位的重复定位精度。下面我们结合一台四工位的四方刀架了解一下其换刀过程及原理。并结合换刀原理分析一下四方刀架的常见故障现象及原因。常见机床四方刀架如图一（左）。

图一

　　数控机床刀架或刀库是由机床PLC来进行控制，对于普通的四工位刀架来说，控制比较简单，一般用于普通的车床。我们分析车床刀架的控制原理其实就是指刀架的整个换刀过程，刀架的换刀过程其实是通过PLC对控制刀架的所有I/O信号进行逻辑处理及计算。实现刀架的顺序控制。另外为了保证换刀能够正确进行，系统一般还要设置一些相应的系统参数来对换刀过程进行调整。下面我们分析PLC控制下的换刀过程。在分析之前，我们首先了解刀架控制的电气部分。刀架电气控制部分如图二所示。图二中的a是刀架控制的强电部分，主要是控制刀架电机的正转和反转，来控制刀架的正转和反转；图b是刀架控制的交流控制回路，主要是控制两个交流接触器的导通和关闭来实现a中的强电控制；图c部分是刀架控制的继电器控制回路及PLC的输入及输出回路，整个过程的控制最终是由这个模块来完成的。

　　图中各器件的作用如下：

　　序号 名称 含义
　　1 M2 刀架电动机
　　2 QF3 刀架电动机带过载保护的电源空开
　　3 KM5、KM6 刀架电动机正、反转控制交流接触器
　　4 KA1 由急停控制的中间继电器
　　5 KA6、KA7 刀架电动机正、反转控制中间继电器
　　6 S1~S4 刀位检测霍尔开关
　　7 SB11 手动刀位选择按钮
　　8 SB12 手动换刀启动按钮
　　9 RC3 三相灭弧器
　　10 RC9、RC10 单相灭弧器

　　自动刀架控制涉及到的I/O信号如下：

　　PLC输入信号：

　　X2.7：刀架电动机过热报警输入；
　　X3.0~X3.3：1~4号刀到位信号输入；
　　X30.6：手动刀位选择按钮信号输入；
　　X30.7：手动换刀启动按钮信号输入；

　　PLC输出信号：

　　Y0.6：刀架正转继电器控制输出；
　　Y0.7：刀架反转继电器控制输出。

　　我们现在已经清楚了刀架控制的I/O信号，下面我们结合这些信号来分析一下换刀过程，刀架换刀有两种模式，一种是手动换刀，一种是通过T指令进行自动换刀。我们以手动状态为例，介绍一下换刀过程及常见故障。