淺談數(shù)控車四方刀架拆裝維保措施

金玉

（連云港工貿(mào)高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校，江蘇 連云港 222000）

回轉(zhuǎn)刀架在數(shù)控車床中是比較典型的換刀裝置，常用的類型有六角刀架、四方刀架，即在刀架上可以裝有四把或更多刀具?；剞D(zhuǎn)刀架根據(jù)刀架回轉(zhuǎn)軸與安裝地面的相對(duì)位置分為臥式刀架和立式刀架兩種，其中立式刀架回轉(zhuǎn)軸是垂直于機(jī)床主軸，多用在經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床中，以徑向裝刀為主；臥式刀架回轉(zhuǎn)軸是平行于數(shù)控車床主軸，可以在徑向與軸向安裝刀具。四方刀架有四個(gè)刀位可供安裝刀具，四方刀架每當(dāng)?shù)毒咿D(zhuǎn)過(guò)90 度時(shí)，刀架變換一個(gè)刀位，但四方刀架回轉(zhuǎn)及刀位定為選擇是由數(shù)控系統(tǒng)指令控制實(shí)現(xiàn)。數(shù)控車床刀架動(dòng)作順序是：刀架抬起、刀架轉(zhuǎn)位、刀架定位和夾緊。主要組成有：電動(dòng)機(jī)；渦輪軸；聯(lián)軸器；刀架底座；蝸輪絲杠；粗定位盤；球頭銷；刀架體；轉(zhuǎn)位套；發(fā)信體；檢測(cè)體座；粗定位銷；檢測(cè)體；螺母。

當(dāng)數(shù)控系統(tǒng)執(zhí)行換刀指令時(shí)，刀架電動(dòng)機(jī)通電啟動(dòng)正轉(zhuǎn)，通過(guò)平鍵套筒聯(lián)軸器驅(qū)動(dòng)蝸桿軸進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)蝸輪絲杠跟隨旋轉(zhuǎn)。與渦輪絲杠配合零件是具有內(nèi)螺紋的刀架體內(nèi)孔，與渦輪絲杠進(jìn)行螺紋旋合配合。刀架中心軸外圓與蝸輪絲杠組成滑動(dòng)配合，在刀架旋轉(zhuǎn)選刀時(shí)，中心軸固定不動(dòng)，蝸輪絲杠圍繞中心軸旋轉(zhuǎn)。當(dāng)渦輪進(jìn)行旋轉(zhuǎn)時(shí)，由于刀架體上的端面齒和刀架底座處于嚙合狀態(tài)，而且渦輪絲杠在軸向固定不動(dòng)，刀架體隨著螺旋運(yùn)動(dòng)向上抬起。當(dāng)?shù)都荏w抬至相應(yīng)距離后，端面齒相繼脫開。蝸輪絲杠與轉(zhuǎn)位套采用銷釘連接，隨蝸輪絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)端面齒完全脫開后，轉(zhuǎn)位套正好在水平面內(nèi)轉(zhuǎn)過(guò)一定角度，在彈簧彈力作用下將球頭銷推入轉(zhuǎn)位套槽中，帶動(dòng)刀架體跟隨旋轉(zhuǎn)。檢測(cè)體跟隨刀架體轉(zhuǎn)動(dòng)同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)程序指定的刀位信號(hào)轉(zhuǎn)到位時(shí)，在彈簧彈力的作用下將定位銷推入粗定位盤中進(jìn)行粗定位，同時(shí)鐵磁檢測(cè)體觸發(fā)霍爾傳感器導(dǎo)通，數(shù)控系統(tǒng)得到信號(hào)后改變電動(dòng)機(jī)通電相序反轉(zhuǎn)，由于定位銷與粗定位槽的作用，刀架體不能反向轉(zhuǎn)動(dòng)，使其在位置上螺旋落下，從而使刀架體和刀架底座上的端面齒嚙合，實(shí)現(xiàn)刀架精確定位。電動(dòng)機(jī)繼續(xù)反轉(zhuǎn)鎖緊刀具，隨著鎖緊力的增大，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩在不斷增大，達(dá)到一定值時(shí)，傳感器發(fā)出控制信號(hào)，數(shù)控系統(tǒng)接收到信號(hào)后控制電動(dòng)機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。刀架譯碼裝置由檢測(cè)體、發(fā)信盤組成，發(fā)信盤負(fù)責(zé)發(fā)處刀位信號(hào)，檢測(cè)體負(fù)責(zé)位置刀架實(shí)際轉(zhuǎn)動(dòng)判斷。

1 刀架拆卸

（1）在刀架正常情況下刀架是鎖緊狀態(tài)，因此要先松開刀架。用一字螺絲刀拆開與電機(jī)相對(duì)面的悶頭螺母，并將內(nèi)六角扳手通過(guò)悶頭孔插入絲杠端部?jī)?nèi)六角槽內(nèi)，將扳手順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，使得蝸桿進(jìn)行順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，從而松開離合盤，其外形結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 刀架外形

圖2 發(fā)信體

圖3 不規(guī)則擺放

圖4 上刀體

（2）拆卸刀架鋁蓋。利用內(nèi)六角扳手先對(duì)稱依次松開緊固鋁蓋的螺絲，然后在徹底拆卸掉螺絲。在取下鋁蓋之前，要先把鋁蓋周邊的雜物和切削液等清理干凈，以防不甚落入刀架體內(nèi)部。接著取下鋁蓋，注意保護(hù)好鋁蓋下端的防水密封墊圈。

（3）拆卸發(fā)信盤。首先用對(duì)應(yīng)型號(hào)的十字螺絲刀松開發(fā)信盤上緊固信號(hào)線的螺釘，取下信號(hào)線。接著用扳手松開中心軸頂端緊固螺母，取下發(fā)信盤即可。如圖2 所示。

（4）利用十字螺絲刀斜對(duì)著大螺母上凹圓巢，用橡膠錘適當(dāng)擊打十字螺絲刀尾部，要對(duì)稱著敲擊，將大螺母敲擊松動(dòng)，然后把螺母旋下來(lái)，接著輕輕取下止退圈，再把中心軸上鍵從鍵槽上取下，接著取出軸承。要求按順序擺好，不得隨意擺放。

（5）利用工具對(duì)稱鉗住離合盤邊緣，提升離合盤并取出，然后將離合銷即球頭銷和彈簧取出，并依次擺好。不得出現(xiàn)圖3 所示情況。

（6）用工具夾持反靠銷，通過(guò)手動(dòng)操作盤動(dòng)上刀體進(jìn)行逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，一直旋轉(zhuǎn)至上刀體從螺桿分離為止，接著取下上刀體。如圖4 所示。

2 清洗零件與裝配

附著在機(jī)械零件上的油污主要由灰塵雜質(zhì)與油等混合物形成。該油的特點(diǎn)是不易溶于水，如各種礦物油、潤(rùn)滑油等，但是易溶于一些有機(jī)溶劑。因此，在去除此類油污時(shí)通常采用電化學(xué)清洗法。常見的清洗液為以下兩種：溶劑型清洗劑和水基型清洗劑。清洗方式常見有兩種：人工清洗和機(jī)械清洗。

常用清洗方法有：擦洗、加熱清洗、噴洗、超聲清洗、振動(dòng)清洗這五種方法。

擦洗：將機(jī)械零件浸入裝有適量零件清洗劑的容器中，用毛刷刷洗或棉紗擦洗。擦洗操作方便簡(jiǎn)單且設(shè)備要求低，但是清洗效率低，只對(duì)單件小批小型配件清洗適用。

注意：一般情況下不宜采用汽油作為清洗液，因?yàn)樗腥苤?，?huì)對(duì)人體健康造成損害且汽油易燃易爆，易發(fā)生火災(zāi)危險(xiǎn)。

加熱清洗：將配置好的清洗液與零件共同放入用鋼板焊制，且具有合尺寸適的清洗池中，用配套的熱源將其加熱至80 ～90℃，浸潤(rùn)3 ～5min 即可完成清洗。

噴洗：將具有一定壓力和溫度的清洗劑噴射至零件表面進(jìn)行清洗油污。此方法效果明顯，清洗效率高，但是所需設(shè)備比較復(fù)雜，僅對(duì)清洗形狀不太復(fù)雜的零件適合，而且零件表面有嚴(yán)重油污。

振動(dòng)清洗：將要清洗的零件放在振動(dòng)清洗機(jī)的清洗架上或清洗籃里，接著將清洗架或清洗籃完全浸沒在清洗液中，利用清洗機(jī)產(chǎn)生的模擬人工振動(dòng)來(lái)漂涮，結(jié)合清洗液化學(xué)作用達(dá)到去除油污目的。

超聲清洗：將零件放入已配置清洗溶液的清洗槽中，利用超聲波振蕩與清洗液化學(xué)反應(yīng)共同作用于機(jī)械零件，達(dá)到去除機(jī)械零件上油污目的。

由于單個(gè)四方刀架拆卸下來(lái)的零件屬于小批量零件，因此選用煤油作為清洗液，將從刀架上拆下的零件浸泡在清洗液中，用紗布進(jìn)行擦洗。擦洗完之后將零件按順序擺放在干凈的紙上，以防止再次被污染。

在清洗完成之后進(jìn)行裝配，裝配順序按拆卸反順序進(jìn)行即可。

裝配完成之后對(duì)刀架進(jìn)行檢查。利用數(shù)控車床進(jìn)行選刀操作，查看刀架能否輕松實(shí)現(xiàn)選刀過(guò)程即刀架抬起、刀架轉(zhuǎn)位、刀架定位、刀架鎖緊。若無(wú)法正常實(shí)現(xiàn)該功能，則說(shuō)明在裝配過(guò)程中存在問(wèn)題，必須從新拆卸一邊在從新裝配，直至問(wèn)題解決。

3 刀架維護(hù)

（1）正常上班期間，要做到每天上下班之前清掃數(shù)控車床刀架，將散落在刀架表面上的灰塵、切屑和切削液進(jìn)一步清洗干凈，并將刀架上刀具按正確流程拆卸下來(lái)擺放到合適的位置，保持刀架的干凈整潔，提高刀架的壽命。

（2）在正常加工間隙要及時(shí)清理刀架體上的異物，如切屑等，防止其在數(shù)控車床正常換刀抬刀過(guò)程中通過(guò)縫隙進(jìn)入刀架內(nèi)部，在刀架內(nèi)部卡住機(jī)械部件使刀架運(yùn)行阻力增大，刀架運(yùn)轉(zhuǎn)不暢，甚至影響刀架定位精度，進(jìn)而音響數(shù)控車床加工精度；或者在刀架內(nèi)部增加內(nèi)部機(jī)械零件之間摩擦力使得刀架內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生嚴(yán)重磨損，嚴(yán)重者縮短刀架壽命。

（3）嚴(yán)禁超負(fù)荷使用。這有兩層含義：首先，數(shù)控車床加工工件時(shí)的加工參數(shù)要選用合適的值，不能為了趕進(jìn)度或者提高效率選用過(guò)大的切削參數(shù)，導(dǎo)致刀架受到過(guò)大的進(jìn)給力，使得刀架機(jī)械零部件發(fā)生變形，甚至發(fā)生斷裂；其次，在選用加工刀具時(shí)要選擇合適的刀具，不能選擇過(guò)重過(guò)大過(guò)長(zhǎng)的刀具，避免刀具在旋轉(zhuǎn)選刀時(shí)發(fā)生一系列事故，如刀具過(guò)長(zhǎng)在換到過(guò)程中發(fā)生碰撞，刀具過(guò)大過(guò)重導(dǎo)致刀架慣性增大，不利于刀架快速啟停，容易導(dǎo)致刀架過(guò)沖，甚至損壞機(jī)械部件。

（4）嚴(yán)禁撞擊、擠壓通往刀架的連接導(dǎo)線，其中通往刀架的連接導(dǎo)線分成兩類：信號(hào)線和動(dòng)力線。信號(hào)線為刀架24V 刀位信號(hào)相關(guān)線路，一但被擠壓撞擊破壞則會(huì)導(dǎo)致刀位信號(hào)不正常，使得刀架不能正常工作，甚至發(fā)生短路。動(dòng)力線為刀架電動(dòng)機(jī)的380V 三相交流電,若被破壞則會(huì)導(dǎo)致刀架電機(jī)發(fā)生缺相，甚至完全無(wú)法通電，使得刀架電機(jī)不能正常工作，從而導(dǎo)致刀架不能正常工作。

（5）減少刀架被間斷撞擊即斷續(xù)強(qiáng)力切削的機(jī)會(huì)。在加工過(guò)程中斷續(xù)強(qiáng)力切削會(huì)使在切削過(guò)程中刀架受到不連續(xù)較大沖擊力，使得刀架機(jī)械零部件受力變形，從而影響刀架的機(jī)械精度，甚至發(fā)生機(jī)械斷裂損壞刀架。

（6）保持刀架機(jī)械部件良好的潤(rùn)滑。刀架內(nèi)部的潤(rùn)滑是采用潤(rùn)滑脂，通過(guò)潤(rùn)滑減少刀架內(nèi)部的摩擦阻力減輕磨損，使得刀架在工作過(guò)程中機(jī)械部件保持良好的狀態(tài)，延長(zhǎng)刀架的使用壽命，以及保持良好的精度。

（7）在數(shù)控加工過(guò)程中，盡可能減少使用具有腐蝕性冷卻液，若是不可避免要使用，必須在加工完工件之后進(jìn)行及時(shí)清理，下班之前應(yīng)及時(shí)擦拭涂油，以防止其緩慢滲透進(jìn)入刀架內(nèi)部，對(duì)刀架內(nèi)部機(jī)械部件產(chǎn)生腐蝕損壞機(jī)械零件。

（8）在調(diào)整刀架預(yù)緊力過(guò)程中，要將預(yù)緊力的大小調(diào)節(jié)到合適位置，防止預(yù)緊力過(guò)大導(dǎo)致刀架無(wú)法轉(zhuǎn)動(dòng)或者運(yùn)裝阻力過(guò)大，增加刀架電機(jī)負(fù)載影響電機(jī)壽命。

（9）不定期檢查刀架相關(guān)連線、傳感器元件盤即發(fā)信盤、磁鐵。通過(guò)檢查防止連接線破損，影響信號(hào)穩(wěn)定；防止發(fā)信盤螺母聯(lián)接松動(dòng)，從而引起刀架的越位過(guò)沖或轉(zhuǎn)不到位；防止磁鐵去磁，不能夠提供足夠的磁場(chǎng)去觸發(fā)發(fā)信盤中的傳感器元件發(fā)出相應(yīng)的控制信號(hào)。

（10）對(duì)于經(jīng)常進(jìn)行強(qiáng)力切削的數(shù)控車刀架，要定期檢查刀架內(nèi)部機(jī)械零件的配合是否緊固，有無(wú)松動(dòng)現(xiàn)象，若是有松動(dòng)跡象則要及時(shí)進(jìn)行緊固，否則容易引起刀架不能正常鎖緊，定位精度不夠的故障，而且容易引起應(yīng)力集中，導(dǎo)致某些零件過(guò)早損壞斷裂。

（11）定期檢查刀架內(nèi)部相關(guān)鎖緊機(jī)構(gòu)零件，如后靠定位銷、彈簧、后靠棘輪等，檢查這些零件潤(rùn)滑及磨損情況，是否潤(rùn)滑良好，磨損是否在正常范圍內(nèi)，防止由于這些原因引起鎖緊機(jī)構(gòu)不起作用，甚至造成機(jī)械卡死。

4 常見故障診斷

4.1 刀架不動(dòng)

機(jī)械方面：調(diào)整四方刀架時(shí)預(yù)緊力過(guò)大。當(dāng)把內(nèi)六角扳手通過(guò)悶頭孔插入蝸桿端部并且手動(dòng)旋轉(zhuǎn)松開時(shí)比較吃力，而且調(diào)整后能完成選刀動(dòng)作，但完成換刀之后刀架仍出現(xiàn)上述問(wèn)題。通過(guò)故障現(xiàn)象可判斷為刀架預(yù)緊力過(guò)大導(dǎo)致刀架不能轉(zhuǎn)動(dòng)，可通過(guò)拆開刀架將大螺母向上旋出一些，然后再測(cè)試直至能輕松完成選刀動(dòng)作過(guò)程。

刀架內(nèi)部機(jī)械零件某種原因卡死。當(dāng)用內(nèi)六角扳手通過(guò)悶頭孔插入蝸桿端部轉(zhuǎn)動(dòng)蝸桿時(shí)，使勁也轉(zhuǎn)不動(dòng)，可判斷為某個(gè)機(jī)械零件在某個(gè)位置卡死。第一，檢查鎖緊裝置中反靠定位銷是否卡在反靠棘輪槽內(nèi)，若卡在棘輪槽內(nèi)，則需將反靠棘輪與螺桿連接銷孔相對(duì)轉(zhuǎn)過(guò)一定角度再打孔連接；第二，檢查中軸螺母是否鎖緊力過(guò)大，如若螺母鎖緊力過(guò)大，應(yīng)對(duì)器重新調(diào)整；第三，檢查是否由潤(rùn)滑效果不良造成轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)零件研死，則應(yīng)將刀架拆開對(duì)相關(guān)零件進(jìn)行潤(rùn)滑處理。電氣方面：電動(dòng)機(jī)供電相關(guān)回路不通斷路，刀架電機(jī)無(wú)法得電轉(zhuǎn)動(dòng)。檢查熔斷器溶芯是否熔斷，檢查電源開關(guān)觸點(diǎn)接觸是否正常，檢查開關(guān)閉合位置是否正確。借助萬(wàn)用表檢測(cè)電容電壓是否在正常范圍內(nèi)?？梢酝ㄟ^(guò)更換保險(xiǎn)，調(diào)整開關(guān)閉合位置，更換開關(guān)等相應(yīng)措施來(lái)一一排除。另外，電源不通還要考慮刀架電動(dòng)機(jī)相關(guān)控制線路是否斷路，刀架內(nèi)部線路是否斷路，霍爾元件位置是否正確。電機(jī)供電正常，電機(jī)由震動(dòng)聲但刀架不轉(zhuǎn)，可判斷為電機(jī)通電相序錯(cuò)誤，通過(guò)變換相序排除。手動(dòng)方式換刀正常，數(shù)控系統(tǒng)控制方式不換刀。這應(yīng)重點(diǎn)檢查數(shù)控系統(tǒng)與刀架控制器接線、數(shù)控系統(tǒng)I/O 接口及刀架到位控制信號(hào)，通過(guò)一一排除解決問(wèn)題。

4.2 刀架連續(xù)旋轉(zhuǎn)不停，提示選刀失敗

刀架能轉(zhuǎn)動(dòng)說(shuō)明機(jī)械方面無(wú)故障，故障主要存在于電氣控制方面。檢查刀位信號(hào)是否觸發(fā)，若刀位信號(hào)沒有觸發(fā)，則是發(fā)信盤故障。檢查鐵磁檢測(cè)頭是否損壞，發(fā)信盤接線是否斷路或者接觸不良或漏接，針對(duì)其信號(hào)回路中的繼電器、霍爾元件以及接線情況進(jìn)行故障排除。若僅某號(hào)刀不能定位，一般是該號(hào)刀位信號(hào)線斷路所至。

4.3 刀架過(guò)沖或不到位

刀架發(fā)生過(guò)沖一般由機(jī)械原因?qū)е?，主要是后靠裝置定位不可靠。檢查后靠定位銷是否靈活，彈簧是否疲勞損壞，潤(rùn)滑是否正常。應(yīng)通過(guò)改善潤(rùn)滑等措施修復(fù)定位銷靈活性或更換復(fù)位彈簧。檢查蝸桿與后靠棘輪連接是否正常，若斷開則需更換連接銷。若仍出現(xiàn)過(guò)沖現(xiàn)象，則可能是刀具過(guò)重，應(yīng)更換定位銷彈簧或更換輕刀具。刀架旋轉(zhuǎn)不到位，甚至中途突然停止，主要是發(fā)信盤相關(guān)霍爾元件與鐵磁檢測(cè)頭位置錯(cuò)位。應(yīng)調(diào)整發(fā)信盤中霍爾元件與鐵磁檢測(cè)頭相對(duì)位置并牢靠固定。

4.4 刀架不能鎖緊

該故障應(yīng)檢查鎖緊開關(guān)位置是否有偏差，若是該原因則調(diào)整位置至正常即可。用萬(wàn)用表檢查其對(duì)應(yīng)回路中繼電器是否正常。若仍不能排除，則應(yīng)考慮刀架內(nèi)部機(jī)械零件配合是否正常?；蛴兴樾伎ㄔ趦?nèi)齒盤上造成鎖緊不牢而影響鎖緊，則應(yīng)調(diào)整機(jī)械并清洗相關(guān)零件。

5 結(jié)語(yǔ)

四方刀架作為經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車常見的自動(dòng)換刀裝置，在各企業(yè)中應(yīng)用最為廣泛，對(duì)于四方刀架的維護(hù)非常有必要。在正常運(yùn)裝的情況下，可以有效的改善數(shù)控車床精度，保證零件加工精度，提高企業(yè)生產(chǎn)效率，利于企業(yè)成本的控制。因此，四方刀架的拆裝與維保具有非常典型意義。四方刀架拆裝只要按照步驟進(jìn)行即可，但是要注意在拆除和安裝過(guò)程中避免對(duì)零部件的損壞以及丟失，要按照一定順序進(jìn)行擺放零件。維護(hù)過(guò)程中同樣要注意避免二次損壞，要小心對(duì)待每個(gè)零件，潤(rùn)滑油要選擇合適的產(chǎn)品才能達(dá)到潤(rùn)滑效果。在維修過(guò)程中要根據(jù)故障現(xiàn)象進(jìn)行判斷故障原因，不能盲目下手進(jìn)行暴力拆解。因此，四方刀架在維護(hù)拆裝時(shí)要按工藝要求做，才可以既高效又正確無(wú)誤的完成。