数控刀架范文

数控刀架篇1

【关键词】数控车床；刀架故障；FMECA

随着我国社会经济的不断发展，装备制造业水平不断提高，数控机床得到了越来越广泛的应用。随着数控机床使用时间的增加，由于机床可靠性等方面的问题，不可避免的会产生各种故障。如何快速准确的找出故障，并进行维修是提高机床使用效率不或缺的手段。下面以某国产数控车床刀架故障实例分析，并通过故障模式、影响及危害性分析（Failure Mode and Effects Criticality Analysis，简称FMECA）分析找出对数控车床影响严重的故障，以便指导针对于该类故障的维修与维护。

表1 刀架故障分析

1 数控车床刀架故障分析

对于数控车床刀架常见故障的分析，见表1。

2 数控车床刀架故障FMEA分析

由前面对数控车床刀架故障的分析，了解了刀架的基本组成及各部分的作用及各种故障对加工的影响。下面利用故障模式与影响分析法对表1中描述的刀架故障进行定性分析。刀架的组成及各部分功能见表2。

表2 刀架的组成及各部分的功能

根据严酷度的定义对刀架部分进行严酷度定义如下：

Ⅰ类：系统失效，对人体造成危害或是对机床造成损伤；Ⅱ类：性能下降严重，导致刀架不能工作；Ⅲ类：性能有所下降，导致刀架部分刀位无法换刀，刀架不能正常工作；Ⅳ类：没影响，对数控车床或刀架运动基本没有影响，但必须进行非计划维修。刀架故障的故障模式与影响分析（Fault modes and effect analysis，简称FMEA）见表3。

表3 刀架故障模式及影响分析（FMEA）

续表3

3 故障危害性（CA）分析

参照GJB1391现将故障概率分为五个等级，产品在一个工作期间内发生某一个故障模式的发生概率用Pi表示，产品在该工作期间内总故障概率用P表示，用Pi/P的范围表示故障概率等级。

A级（经常发生） Pi/P≥20% B级（有时发生） 10%≤Pi/P

C级（偶然发生） 1%≤Pi/P

E级（极少发生） Pi/P

危害性矩阵针对分析的所有产品故障，以一种图解方式识别和比较其故障模危害度及严酷度。一般情况下，矩阵中右上角显示的项目，是应立即采取措施的项目[3]。

4 数控车床刀架故障定性CA分析

对数控车床刀架故障定性CA分析如表4所示。

数控车床刀架的危害性矩阵如图1所示。

图1 刀架故障危害性矩阵

从数控车床刀架危害性矩阵可以看出，识别号为01、02的故障危害最大，对于这类故障数控机床应尽量避免。

5 结束语

通过利用FMECA对某国产数控车床刀架故障的分析，得到了可能引发刀架故障的故障模式及影响分析FMEA列表和故障定性CA分析列表，并由此为依据获得该型数控车床刀架故障危害性分析，由此为数控车刀架维护和相关故障维修提供依据及参考。

【参考文献】

[1]GJB1391-92 故障模式、影响及危害性分析程序[S].国防工业委员会，1993.

[2]解传宁，戴怡.伺服进给系统的可靠性分析[J].设备管理与维修，2008（11）：11-13.

数控刀架篇2

关键词：数控车床；四工位回转刀架；维修

数控车床是机电一体化的高技术产品，是在机械制造业要求产品高精度、高质量、高生产率、低消耗、多品种产品生产实现自动化生产的结果。机械制造业是国民经济的支柱产业之一，在机械加工中，产品是经过一道道工序、多次换刀与一系列动作逐步累加而成型的。随着数控车床的发展，数控刀架开始向快速换刀、电液组合驱动和伺服驱动方向发展。数控刀架作为数控车床必须的功能部件，其直接影响机床的性能和可靠性。发生故障是难免的，如机械锈蚀、机械磨损，电子元器件老化、插件接触不良，软件丢失或本身有隐患、灰尘等，我们在日常生活中做好刀架的维护，可提高刀架的使用寿命。

一、四工位回转刀架的工作原理

1.四工位回转刀架的传动简图和换刀过程

本刀架采用蜗轮蜗杆转动，上下齿盘啮合螺杆锁紧，转位时采用无触点霍尔元件发信的工作原理。

换刀过程：

（1）松开 刀架电机与刀架内一蜗杆连接，刀架电机转动时与蜗杆配套的蜗轮转动，当丝杠转动时刀架会上升，丝杠上升后使位于丝杠上端的压板上升即松开刀架。

（2）换刀 刀架松开，丝杠继续转动，刀架在与丝杠一起转动即换刀。

（3）定位 在刀架的每个刀位上有一个永磁铁做的感应器，当转到系统所需要的刀位时，磁感应器就发出信号，刀架电动机开始反转。

（4）锁紧 刀架用类似与棘轮的机构装的只能沿一个方向旋转，当丝杠反转时刀架不能动作，丝杠就带着压板向下运动将刀架锁紧，换刀完成。

2.四工位刀架发信盘

发信盘上有4只霍尔元件，每只霍尔元件开关都有三个引脚，第一脚接+12V电源，第二脚接地，第三脚为输出。转位是刀架带动磁铁旋转，当磁铁对准某一个霍尔元件开关时，其第三脚输出低电平，当磁铁离开时输出高电平。4只霍尔元件开关输出的4个刀位信号T1～T4分别送到4只光耦合进行处理，经过光电隔离的信号再送给I/O接口芯片。

刀架上每个霍尔元件都正对一个刀位，当刀具转到工作位置时，利用磁体和霍尔元件导通，将刀架位置发送到PLC的数字输入。通过PLC的数字输出，控制直流继电器，继电器再驱动交流接触器连通三相交流电源，使刀架电动机正转或反转。

二、四工位回转刀架的故障诊断方法

我们要学习车床刀架的诊断首先要明白一个概念：故障是指系统在规定时间和规定的条件内失去规定的功能。根据四工位回转刀架的工作原理，其主要由系统控制，机械传动和电机传动来完成一系列的动作。那我们就可以根据这几个方面来诊断故障。

1.诊断内容

动作诊断：监视刀架动作部分，判定动作不良的部位；

状态诊断：当刀架运行时，观察运行状态；

操作诊断：监视操作错误和程序错误；

数控系统故障自诊断；

2.故障的总结与分析

通过对故障的诊断，结合对整个刀架的工作的组成和工作原理。分析出故障发生的原因以及大概有哪些零件不正常工作而导致故障的产生。

3.故障的排查

得出故障产生的原因，总结经验根据自己所学的知识，自己所拥有的经验排查问题；选择合适的维修方法；找到问题的所在，在一定范围内考虑经济条件，生产条件，现阶段的工作环境采取最适当的方法去解决问题。

三、数控车床回转刀架的诊断与维修案例

例1、 故障现象：刀架不能启动

故障分析：根据故障现象结合四工位回转刀架的工作原理。能引发此类故障的原因大概分三个方面：一是软件方面，由于刀架的控制是有数控机床plc与参数一同控制，plc与参数的改变都可能导致此类现象的产生。二是机械方面，刀架预紧力过大能导致刀架内部机械卡死。三是电器方面，电源不通电机不转。

故障排除：通过了对故障的分析之后我们当适当的总结，根据分析的内容总结出简单而有效的方案来排除故障，最终查出故障的来源。根据以上故障分析：应当先排查软件也就是plc与参数控制，软件的排查方便、快速、准确。我们可通过查维修手册看出参数的变化。如果参数是正确的，我就会想到是不是电器的问题，去检测熔芯是否完好、电源开关是否良好接通、开关位置是否正确。电压值是否在规定范围内，可通过更换保险、调整开关位置、使接通部位接触良好等相应措施来排除。除此以外，电源不通的原因还可考虑刀架至控制器断线、刀架内部断线、电刷式霍尔元件位置变化导致不能正常通断等情况。

手动换刀正常、不能自动换刀。此时应重点检查微机与刀架控制器引线、微机I/O接口及刀架到位回答信号。如果电器也没问题那就检测机械，当用六角扳手插入蜗杆端部旋转时不易转动， 而用力时可以转动，但下次夹紧后刀架仍不能启动。此种现象出现，可确定刀架不能启动的原因是预紧力过大，可通过调小刀架电机夹紧电流排除之。

例2、 故障现象：刀架不能正常夹紧

故障分析：出现此故障时， 首先检查夹紧开关位置是否固定不当，并调整至正常位置。其次从电路分析，用万用表检查其相应线路继电器是否能正常工作，触点接触是否可靠。若仍不能排除，我们则应从机械方面考虑刀架内部机械配合是否松动。有时会出现由于内齿盘上有碎屑造成夹紧不牢而使定位不准，此时，应调整其机械装配并清洁内齿盘。

故障排除：发信盘位置没对正：拆开刀架的顶盖，旋动并调整发信盘位置，使刀架的霍尔元件对准磁铁，使刀位停在准确位置；系统反锁时间不够长：调整系统反锁时间参数即可；机械锁紧机构故障：拆开刀架，调整机械，并检查定位销是否折断；系统的刀位信号接收电路有问题：如果该刀位霍尔元件没问题，以及该刀位信号与系统的连线也没问题的情况下更换主板。

四、数控车床四工位回转刀架的维护

维修不能单纯的理解为发生故障时，及时的排除故障，使其尽早投入使用，而且还包括正确使用和日常维护，其中包括：每次上下班清扫散落在刀架表面上的灰尘和切屑；及时清理刀架体上的异物，防止其进入刀架内部；严禁撞击、挤压和刀架的连线；保持刀架的良好；刀架的预紧力大小要调节适度；定期检查刀架内部机械以防止其不能正常夹紧或机械卡死。我们在日常的使用过程中按照以上要求去做，则可增加刀架的使用寿命。■

参考文献

[1] 《数控机床装调维修工》 化学工业出版社 主编 韩鸿鸾 出版日期2011

[2] 《数控机床调试、使用与维护 》 化学工业出版社 主编 王刚 出版日期2006

[3] 《数控机床床故障诊断与维修》 机械工业出版社 主编 王爱玲 出版日期 2006

数控刀架篇3

关键词：刀架系统 可靠性 故障树 贝叶斯网络

中图分类号： TG659 文献标识号：A 文章编号：

Fault Tree Research of NC Tool Holder Based on Bayesian Networks

ZHANG Hua1，2， FANG Yi1

（1. School of Mechatronics Engineering， Henan University of Science and Technology， Luoyang 471003， China； 2. XinXiang Vocational and Technical College， Xinxiang 453000， China）

Abstract： According to the fault features of tool holder system of numerically controlled machine， this paper proposed the method of fault diagnosis based on Bayesian network. By establishing the fault tree model and using Bayesian network， the importance of bottom incident causing the system failure can be calculated. The results show that the fault diagnosis provides a new method for NC tool holder system in the reliable design， analysis and maintenance.

Keywords： Tool holder system； Reliability； Fault tree； Bayesian network

数控机床在制造业中扮演着极其重要的角色，较普通机床，数控机床在自动化程度、加工精度、灵活性、生产效率等方面，有着很高的优势。数控产业的发展已经成为衡量一个国家工业水平的重要标志[1-2]。然而数控机床作为一种高端机电产品，其本身故障率比较高，而与发达国家相比我国数控机床的制造水平，在故障率，可靠性等方面还存在较大的差距，这些因素将直接影响到国产数控机床的质量。如果过于依赖国外的数控机床，将会严重制约我国制造行业的发展。另一方面可靠性的提高可以直接减少机床生产商后期服务成本。据统计，在数控机床故障中，刀架系统的故障率最高，占据了整个故障因素的30%以上，其故障率已经接近占故障率第二的电源与电气系统的两倍。因此提高刀架系统可靠性是提高数控机床质量的关键点。所以探索一种新的故障分析法研究刀架系统可靠性，指导生产实践，是十分必要的[3-5]。

1 基于故障树贝叶斯网络的基本原理

1.1 故障树分析法介绍

故障树分析，FTA（Fault Tree Analysis），是早期由美国贝尔电话实验室开发的，作为一种安全分析法，被应用在导弹发射的控制系统可靠性研究中，并获得了成功，后不断发展形成了一套较为完整的分析法。

故障树分析对可能导致系统故障的各种诸如硬件、软件、外部环境、人为因素等事件，采用一种自上而下的逻辑因果关系图，运用逻辑门将各种引起系统发生的事件联系在一起，形成故障树，基于布尔代数和概率论，通过简单的法则和符号，计算出系统发生故障的概率。再通过设计改进和有效的故障监测、维修等措施，设法减小它们的发生概率，达到预期值。这种分析法在系统的诊断和开发，尤其是在系统早期的设计阶段，有着显著的效果。故障树分析最主要的优点就是简明清晰地表达了各事件的逻辑因果关系，并能够给出定性，定量分析[6-7]。

事件符号和逻辑门符号及各自意义如图1和图2所示：

图1 故障树事件符号及其意义

图2 故障树逻辑门符号及其意义

1.2 贝叶斯网络的基本原理

贝叶斯网络（Bayesian Networks）又称信度网络，是一种基于贝叶斯公式，在贝叶斯统计的基础上发展起来的概率网络。通过已知变量的先验概率分布和样本信息来计算其后验概率信息，由于其具有较强的处理复杂因果关系事件的能力，被广泛应用于不确定性问题的研究。

贝叶斯网络实际上是根据各个变量（事件）的节点，以及表示各个节点之间关系的有向边构建的有向无环图（Directed A cyclic Graph， DAG），建立概率推理的数学模型，再利用贝叶斯概率方法求解该数学模型。利用贝叶斯网络，不但可以实现正向的推理，即由先验概率分布推断后验概率信息，例如在故障诊断中，由底事件的概率分布以及各个底事件之间的关系，推断系统发生故障的可能性；还可以由后验概率推断其先验概率信息，即在系统发生故障下，各个底事件发生故障的概率，由此实现双向推理。

1.3 贝叶斯网络的数学描述

贝叶斯网络的基本原理，即是利用样本信息来修正先验概率信息，其数学表达式为：

（1）

式中 为后验分布，表示在事件 发生的前提下， 的概率； 表示先验分布； 表示事件 发生的概率。

在故障诊断中，构建贝叶斯网络首先确定子节点和父节点，有箭头来源的为子节点，而箭头来源的节点为父节点，每一个子节点在父节点的状态下，都具有条件概率分布，于是将问题转化为一组 的随机变量，根据贝叶斯网络理论，对于含有多个变量的联合分布 ，有：

（2）

对于任一变量 ，若存在集合 代表 的父节点，使得 与 中的变量相互独立，则上式可转化为：

（3）

1.4 故障树下的贝叶斯网络

由于故障树是一种层次分明的逻辑因果图，在拓扑结构和故障机理方面和贝叶斯网络的节点是可以对应的，这就决定了可以在故障树基础上利用贝叶斯网络解决故障问题。在故障树分析中，定量分析需要计算出最小割集，并需要根据最小割集之间是相容还是相斥事件，进行计算。在不确定分析中，贝叶斯网络则可以很好的弥补故障树可靠性分析的不足，利用概率推理，求任意节点的概率分布，并实现双向不确定推理。

2 故障树的贝叶斯网络化刀架系统故障分析应用

刀架系统是数控车床故障最频繁的子系统，数控车床刀架系统种类有很多，文中研究的是数控四工位电动立式刀架。

2.1 刀架系统工作原理

（1） 换刀：在得到换刀命令后，刀架电机正转并带动刀架内蜗轮蜗杆转动，在蜗轮的内孔有螺纹，与一螺杆的螺纹配合，当蜗轮转动时，带动螺杆旋转移动，从而使离合销进入离合盘槽，离合盘、离合销、夹紧轮整体上移转动进入下一刀位，完成换刀。

（2） 定位：当上刀体转动到相应刀位时，刀架上的磁钢与发讯盘上的霍尔元件对应，传感器得到信号，传送给系统，实现刀盘位置定位。

（3） 锁紧：系统得到刀盘位置指令后，电机反转，再通过蜗轮蜗杆使上刀盘下移，反靠销进入反靠盘槽，实现销钉定位，同时实现刀盘的锁紧。

2.2 建立刀架系统故障树

对四工位电动刀架系统最常见的故障进行分析，建立故障树。如下图所示， 表示故障树的顶事件，也即系统最不希望发生的事件，中间事件为 ，底事件为 ，各个故障树代码对应事件如表1所示。

图3 车床刀架系统故障树

事件代码 事件名称 事件代码 事件名称

DJ101 刀架系统故障 X1 转动电机故障

DJ201 刀架不转动 X2 严重操作失误

DJ202 刀架转不停 X3 电路部分故障

DJ203 刀架转动异响 X4 接收发信号故障

DJ204

DJ205 刀架锁不紧

刀架定位不准 X5

X6 霍尔元件故障

制造误差

DJ301 刀架锁紧机构故障 X7 固定件松动

DJ302 刀架反靠故障 X8 齿间异物

DJ303 刀架传动机构故障 X9 反锁时间设置

X10 装配误差

表1 刀架系统故障树各代码对应事件表

2.3 建立刀架系统贝叶斯网络

根据刀架系统故障树，转化贝叶斯网络模型：

图4 刀架系统贝叶斯网络模型

2.4 刀架系统重要度计算

结合刀架系统实际故障情况，假设底事件发生概率如下表所示。

底事件代码 发生故障概率 底事件代码 发生故障概率

0.001

0.006

0.002

0.001

0.002

0.002

0.003

0.005

0.001

0.003

表2 刀架系统底事件故障概率表

根据贝叶斯网络理论计算出各底事件重要度如下表所示：

底事件代码 底事件重要度 底事件代码 底事件重要度

2.13%

38.3%

4.26%

2.13%

4.26%

12.77%

6.38%

21.28%

2.13%

6.38%

表3 刀架系统底事件概率重要度

以底事件 为例，产生如此高的重要度主要原因是：一旦发生严重操作失误如撞刀，可能会造成刀架系统不转动，或者刀架反靠机构，刀架锁紧机构不正常工作，致使定位不准，或者刀架机构锁不紧。这就需要操作者按照要求操作，一旦发生操作失误，对刀架系统危害度极大。

3 结语

传统故障树在解决故障分析问题上，虽层次鲜明清晰，但随着底事件的增多，求解过程繁琐复杂。针对其局限性，提出了一种在传统故障树基础上结合贝叶斯信度网络的故障研究方法，以数控刀架系统故障研究为例，验证了此分析方法。利用故障树的贝叶斯网络化分析法，为我们在生产实践中，诊断和避免系统故障提供了有利的依据。

参考文献

[1] 申桂香，李怀洋，张英芝，等.数控车床刀架系统故障分析[J].机床与液压，2011，39（19）：143-149.

[2] 李盼，樊建春，刘书杰.基于故障树与贝叶斯网络的钻井井塌事故的定量分析[J].中国安全生产科学技术，2014，10（1）：143-149.

[3] 高素琴，盛天华.数控车床电动刀架换刀的故障树分析[J].南通纺织职业技术学院学报（综合版），2011，11（2）：8-10.

[4] 李盼，樊建春，刘书杰.基于故障树与贝叶斯网络的钻井井塌事故的定量分析[J].中国安全生产科学技术，2014，10（1）：143-149.

[5] 杨恒乐，郭建斌.基于故障树贝叶斯网络的液压启闭机故障诊断方法[J].液压与气动，2015，1（1）：44-48.

[6] 胡新，傅建中.基于贝叶斯网络的数控机床故障诊断研究[J].机床与液压，2011，39（19）：141-144.

数控刀架篇4

【关键词】数控机床 自动换到 PLC控制

1 换刀工作过程

在现有数控刀架装置中机床已经广泛使用的刀架形式主要有装有加工轴类零件时所使用的有四把刀具的四方刀架装置和加工盘类零件时所使用的装有六把刀具的六角刀架。而不论采用的是那种刀架，都要求其回转刀架能够保证良好的强度和刚度，以承受粗加工的切削力；同时也要保证回转刀架在每次转位过程中能够保证重复定位的精度。不论使用哪种回转刀架，换刀动作一般都由4个步骤完成：

1.1换刀准备

当数控指令发出换刀指令后，主轴准停并退至换刀点，实现定位功能，准备换刀。

1.2刀架转位

当刀架抬起后，PLC发信号至电机控制器，驱动电机转位，并由限位开关控制。

1.3刀架压紧

刀架转位之后，刀库停止转动，PLC发信号至机械手开始取刀并压紧。

1.4刀架复位

刀架压紧之后，定位开关发信号至PLC，表明换刀过程结束。

2 PLC自动换刀控制装置设计

对于PLC自动换刀控制装置来说，其控制的重点与难点是处理好T指令，即能够正确接受来自数控系统的换刀T指令，并将接收的指令与当前所在的刀位与T指令进行比较当此时刀具编号与指令号不一致时则开始进行换刀操作，当此时刀具编号与指令号一致时则不执行换刀操作，并直接向系统发送换刀结束信号，具体PLC控制系统的I/O地址分配及换刀流程图分别见表1和图2.

基于PLC的自动换刀装置将充分发挥现有数控设备潜力，节约人工换刀过程中所需要的工作时间，提高设备的生产效率与利用水平，同时能够实现一次装夹完成多道工序，大大缩短生产准备时间。今后结合通信技术与计算机网络技术可实现对设备的远程联网操作，实现一人多机的控制方案。

参考文献

[1]李佳.数控机床及应用[M].北京：清华大学出版社，2002.

[2]戚洪利.自动换刀装置及其控制的研究[J].兰州理工大学， 2007.裴旭明，张东初，邓红霞.基于控制的加工中心.

[3]随机换刀方式研究[J].现代制造工程，2004（8）.

[4]罗宇航.流行PLC实用程序及设计（西门子S7-200系列）.[M].西安：西安电子科技大学出版社，2006.

作者简介

张雪琴（1975-），女，新疆克拉玛依市人。 克拉玛依职业技术学院电子电气工程系，硕士，讲师，主要从事生产过程自动化、通讯方面研究。

作者单位

数控刀架篇5

关键词：数控车床；创新设计；TRIZ理论

1经济型数控车床

数控车床的结构简单，操作方便，制造成本低并且技术容易掌握，通过用微机控制的步进电动机来执行本身的进给运动，其结构是由进给传动链最短出发，让步进电动机输出端配置减速器并与进给系统的丝杠连接，来实现X、Z轴的进给运动；采用可控电动尾座来实现对零件的顶尖顶紧工作；安装自动回转刀架，通过数控系统传递信号来实现刀具的旋转与进给加工；并采用开环控制系统，加工精度由执行元件和传动机构的精度来保证，虽然这种数控车床的定位精度较低，但是该数控车床的投资少，安装调试方便，适用于精度要求不高的零件加工，也是目前机械制造业应用最普遍的一种。

2冲突分析

经济型数控车床采用的是螺旋转位刀架，根据数控机床的加工特点，我们了解到，对于内孔的加工，只能借住车床尾座通过手动操作来打中心孔和钻孔从而实现内孔的加工，还有就是这种类型的刀架只能加工出内外圆柱、圆锥、螺纹、孔等，而达不到在零件侧面进行平面、腔的加工，在这里应用TRIZ理论来进行经济型CK6140数控车床的刀架的创新。工程冲突包括技术、物理和数学这三种冲突，它的主要内容也是TRIZ研究的内容。物理冲突就是为了实现某种功能而表现出一个子系统或元件有一种特性，并且出现与此特性相反的特性。情况分析如下：当一个子系统的有用功增强时也使其系统的有害功增强；当一个子系统的有害功降低也会使其有害功降低。

3利用TRIZ理论解决冲突

应用技术冲突解决的原理又称发明原理，随着科学技术的飞速发展，TRIZ团体通过对250万专利的精心研究，总结出了39条工程参数，所有的冲突问题都可以在工程参数表中查到，同时又提出了解决技术冲突的40条发明原理。经济型CK6140数控车床刀架改造技术冲突：数控车床实现零件轴上平面、腔的加工，若采用车铣复合装置的转塔刀架和机械手，提高了加工效率，但是制造成本较高，而且结构设计比较麻烦，不易于制造和维修。从39个工程参数中选择技术冲突的一对特征参数，由此确定标准工程参数如下：1）希望改进的特征：速度、生产率；2）恶化的特征：可制造性、可维修性；3）从冲突矩阵表中可查出发明原理。

4创新设计

主要设计是在刀架上加上一个动力铣头，动力铣头的主轴轴线与数控车床中心线相垂直，动力铣头由单独的步进电动机实现。若孔或腔的加工在同一母线上，可以把主轴电机上加个刹车即可实现。其螺旋转位四工位刀架需要改，选用中拖板丝杠的行程，而所选用的动力铣头要尽量靠近中拖板的后端，使得铣头和刀架之间的距离最大化。经过创新之后经济型CK6140数控车床在进行车削的加工同时，可以通过Y向步进电动机带动动力铣头进行铣削加工，实现轴上平面和槽的加工。具体的设计是把M33(车削)和M34(铣削)指令加入到PLC控制程序中，当数控车床开机时默认为车削加工状态，数控系统对内取消对Y轴电动机的监控和铣头电动机的控制指令输出，对外输出信号切断Y轴电动机的强电，这时只有X轴、Z轴参与联动工作。当需要对零件进行铣削加工时，只需在加工程序的编程中输入M34指令，就实现了系统对内恢复对Y轴电动机的监控和铣头电动机的控制指令输出，对外输出信号接通Y轴电动机的强电，这时数控车床就可以实现铣削功能，让主轴停止转动，即工件不动，铣刀旋转进给铣削。和经济型数控车床一样，电动刀架上可以安装4把车刀，铣头主轴上可安装一把铣刀，加工时通常是先进行车削加工，此时滑板上的电动刀架靠近工件进行车削加工，车削完成后，滑板后退，车削刀架远离工件，铣削主轴靠近工件，Y轴按加工需要动作，铣头电机旋转，进行铣削加工，如需更换铣刀，要停机手动换刀再继续加工，从而完成轴的平面、槽的加工。通过对数控车床总体结构进行创新设计，本文的主要研究内容和成果为：（1）提出刀架需要改进的地方，对其不足之处进行分析确定冲突类型属于技术冲突，介绍了TRIZ理论中的39个工程参数和40条发明原理，主要运用TRIZ理论中的矛盾冲突矩阵,根据在刀架的设计中遇到的问题，然后在冲突矩阵表格中选取提供的39个工程参数中的改善条件与恶化条件的关系,来初步确定可能应用到的40条发明原理中的其中一些原理，根据原理来设计预期的符合要求的刀架结构，在刀架上加上一个动力铣头，动力铣头的主轴轴线与数控车床中心线相垂直，动力铣头由单独的步进电动机实现。（2）对设计的刀架进行试验，验证它的工作原理，实现了在经济型数控车床上进行轴上平面和槽的加工，一般操作过程是先进行车削，此时切断Y轴电动机和动力铣头电动机，当进行铣削时，在程序中输入M34，恢复Y轴电动机和动力铣头电动机的工作，从而进行平面和槽的加工，工作原理是车床主轴不动即工件不动，让铣刀旋转进给进行铣削，到达加工的目的。

5小结

运用TRIZ理论对经济型数控车床的刀架进行结构和原理上的创新设计，理论上具有很强的可行性，此次对刀架具体结构设计并没有进行详细的计算和布局，机构设计不够理想，需要进一步完善该机构，才能更好地改善经济型数控车床的性能。

作者:孙玉生 单位:佛山市顺德区胡宝星职业技术学校

参考文献：

数控刀架篇6

关键词：眼睛后模芯，数控编程，边界设定

 

一、前言

生活中，需要佩戴眼镜的人们不仅对眼镜外观有了一定程度讲究，更重要的是所佩戴眼镜感觉是否良好，这通常和眼镜架有着直接的关系。眼镜架的质量除了所用材料有关以外，跟眼镜架的模具设计与模具制造有着密切关系。论文参考，眼睛后模芯。现在的模具设计和制造都依赖着高级的CAD/CAM软件，一般程序是：工程图纸→三维造型→CAD模具设计→CAM数控编程→CNC自动加工。其中在模具设计和数控编程的两个环节尤其重要，模具设计的合理性以及数控加工时的工艺安排，直接影响到眼镜架的质量。本文就已经设计好的眼镜后模芯（如图1）在数控编程中边界的设定作一个分析。

二、数控编程时区域边界设定不合理对模具制造的影响

在模具企业制造过程中，数控编程师们往往编制好数控程序以后，就直接通过网络传输给机床操作技能人员，很少时间到制造现场去发觉编制程序对模具制造的影响，当模具配件在数控机床上加工完成以后，才发觉具有一些细小的问题时，通常都是由模具安装人员手工做一定的修补，这种现象既影响加工效率，同时也很难保证模具的质量，特别是类似眼镜架的精密产品，严重的影响到在市场上的销售。

数控加工的原理

机床上的刀具和工件间的相对运动，称为表面成形运动，简称成形运动或切削运动。数控加工是指数控机床按照数控程序所确定的轨迹（称为数控刀轨）进行表面成形运动，从而加工出产品的表面形状。论文参考，眼睛后模芯。

从切削的示意图中可以看出，数控编制程序的时候，加工范围需要一个合理的区域线，来控制刀具相对工件的切削运行。如果区域边界过大，刀具的行程越远，相反区域边界过小，不能满足加工的范围，所以在编制数控程序的时候，应该设计好合理的加工边界线来保证模具制造的质量。

眼睛架后模芯数控编程的刀具选用

刀具的选择是在数控编程的人机交互状态下进行的。应根据机床的加工能力、工件材料的性能、加工工序、切削用量以及加工范围等因素正确选用刀具。刀具选择总的原则是：安装调整方便，刚性好，耐用度和精度高。论文参考，眼睛后模芯。选取刀具时，要使刀具的尺寸与被加工工件的表面尺寸相适应。在进行自由曲面加工时而平头刀具在表面加工质量和切削效率方面都优于球头刀，因此，只要在保证不过切的前提下，曲面的粗加工应选择平头刀。论文参考，眼睛后模芯。由于球头刀具的端部切削速度为零，因此，为保证加工精度，切削行距一般取得很密，故球头常用于曲面的精加工。眼睛架后模芯的分型面是一个较为复杂的曲面，表面精加工时应该选择球头的刀具，选择较小的行距，确保表面加工质量，分别是平头刀具和球头刀具。论文参考，眼睛后模芯。

眼镜架后模芯编程时边界设定的的不合理现象

由于对眼镜架后模芯的数控加工都是采用立式三轴数控机床，所以在MastercamX4编制数控程序时，需要考虑刀具都是垂直于工作台表面加工，在软件自动计算程序的时候，是按照刀具中心在控制边界线上自动生成NC程序，如图4(a)所示；如果所加工的曲面是一个斜度较大的曲面，还是以这个曲面的边界作为加工的区域，则就造成刀具无法完全加工到所要求加工的位置。论文参考，眼睛后模芯。这样加工完成后的后模芯还需要模具安装人员做一定的修挫，加工出来的后模芯不能保证眼镜架质量。

三、眼镜架后模芯编程时边界设定的正确方法

为了使刀具能完全加工出具有一定斜度或者扭曲的凸面工件，在编制数控程序时，设定的区域边界线在曲面边界的基础上偏距刀具半径距离，使刀具另一侧完全切削到具有曲面的工件，才能彻底加工到需要加工的位置，很多数控编程师都会因为这些细小问题而忽略了模具的质量，正确的边界设定方法如图5所示。

四、结束语

人们对生活中的日用品要求越来越高，要求具有很好的视觉感以外，还要具有很好质量来保证使用的寿命。各类CAD/CAM软件为设计师和工程师们提供了很大的帮助，但毕竟软件只是一个应用工具，熟练的运用软件和掌握使用技巧，才能更好设计和制造出人们所需要的理想产品。

参考文献

[1]欧阳刚．重型机械科技《曲面加工中的模型处理》．四川：中国期刊网来源刊．2000．

[2]胥永林．商品与质量《塑料风扇叶前模芯数控加工探讨》．北京：中国期刊网来源刊．2010．

 

数控刀架篇7

[关键词]机床改造；数控化改造；改造内容；机电设计

中图分类号：TG65 文献标识码：A 文章编号：1006-0278（2014）01-173-01

一、机床数控化改造的必要性

目前，与发达国家相比，我国企业机械制造整体水平还有着不小的差距，特别是对于先进制造技术的核心技术中的数控技术来说，更是如此。我国目前大多数企业使用的窦唯传统老式机床，已经不能满足企业高技术产品的生产要求，在新形势下，传统式机床改造成数控机床已经大势所趋。

二、机床数控化改造的分类

下面则为机床的数控化改造的几个方面：第一，NC化功能。把数控系统和数显装置在普通机床上进行安装，从而改造为CNC机床和NC机床；第二，恢复原功能。诊断并恢复原有机床存在的故障部分；第三，翻新。翻新机床的机械及电气部分，这样能够有效提高效率、精度以及自动化程度，重新装配加工机械部分，满足原精度的恢复要求；并用最新的CNC进行不满足生产的CNC系统的更换工作。第四，技术创新工作。采用新技术与新工艺，在原有规模基础上尽量提高性能档次，通过技术创新或者技术更新方法，力争较大规模能够提高更新改造的档次和水平。

三、机床数控化改造的内容

这里以翻新技术在车床数控化改造中应用为例，结合现场实际情况，主要介绍机床数控化改造内容，以及相关的机电设计内容。

（一）进给轴的改造

其中，同一电机驱动普通车床的x轴和z轴，不同的工件螺距则是通过走刀运动获得，就是经过走刀箱传动丝杠及溜板箱完成。在经过走刀箱传动光杆及溜板箱完成的走刀运动过程中，不同的进刀量，也就是x轴运动可以获得。对于改造普通车床数控化过程中，走刀箱及溜板箱往往都除去，而是代替采用进给伺服（或步进）传动链，分析具体情况如下。

由数控指令获得不同的走刀量和螺距而确定纵向，z轴：纵向电机一减速箱（或联轴器）一纵向滚珠丝杠一大拖板；由数控指令获得不同的走刀量确定横向，x轴：横向电机一减速箱（或联轴器）一横向滚珠丝杠一横滑板。

在保证机床刚性的前提，对于改造后的保证机床刚性的前提进行分析，其影响因素包括机床导轨的精度情况、以及相应的滚珠丝杠副的选择和布置问题等等。

（二）主轴部分改造分析

车削加工中的主运动则是通过车床主轴带动工件进行不同转速旋转运动，从而使得大部分的机床动力得以消耗。相比于普通机床，数控车床的主轴箱主要有以下几个部分组成，包括电主轴或是传统机械主轴单元，加上变频电机，还有变频器所构成。数控化改造普通车床的过程中，原主轴箱在大部分情况下都是保留的，尽量稍作改动，当需要改动时，需要注意以下几点问题。

在不需要原有机械进行变速换挡处理过程时，一般在恒定速度链上固定主轴箱内齿轮组，为了避免失误出现操作事故，还应该焊死摩擦片。

对于主轴中具有的液压操作，包括主轴的正反转、变速和等功能，为了避免液压系统受到主电机正反转的影响，或者转速的变换影响而失灵，此时，需要增加单独普通电机安装，来进行相关的驱动。

主轴部分数控化改造的另一个重要部分则是让机床能够进行螺纹加工，对于传统的车床交工螺纹过程来说，操作较为麻烦，都是通过不同的挂轮组来完成不同的螺纹加工。在进行改造过程中，一般把一个光电编码器在主轴末端或者是滑轮架位置进行安装，主轴的同步性可以通过反馈给系统控制获得，要求其转速保持与主轴转速的一致性，光电码盘随着主轴转一周而旋转一周，这就能够加工出立项的螺纹。其中，绝对式光电码盘和增量式光电码盘是常见的两种光电码盘，它们的编码方式不同，国内常用的为增量式光电码盘。一般来说，常用的光电码盘上的刻线条数为1024线就能满足使用条件。

（三）刀架部分的改造

对于老式传统的车床刀架来说，大多是手动，加上液压驱动和少部分的电动，而电动刀架则是目前数控机床的刀架的基本形式，在改造过程中，可以根据实际需要情况进行更换，体现出电动刀架的迅速、定位准确等特点。

立式电动刀架和卧式转塔刀架则是常用的两种电动刀架，一般卧式类型可以安装8～12把刀，立式类型有四工位或者六工位，每种刀架可分为免抬刀刀架和抬刀刀架之分，在改造过程中，常用的则是立式的四工位的电动刀架。

（四）部分改造

对于老式传统的机床的部分分析，除了主轴箱以外，丝杠副、导轨、光杆等都需要进行定期的油脂和注油处理，这样就影响到丝杠副、导轨的精度问题，对于同等驱动下的机床运动的灵活性和稳定来说，也具有一定影响。

在进行机床改造过程中，一般都要相应的改造部分，一般分为编程自动和手控两种，往往采用定时、定量供应稀油的方式进行，根据实际情况需要，在机床丝杠副和导轨布置好以后设置。其中，油脂一般在丝杠支撑轴承中采用，在供油充分或是特殊需要情况下，可采用稀油。

（五）机床防护

对于改造机床的防护来说，一般分为办防护、局部防护和全防护三种。其中，局部防护只是针对走线、电机和丝杠副等方面采取的防护措施；在局部防护的基础上，增加相关的挡屑装置，增加切削保护，这就是半防护方式；全防护则是在半防护的基础上，封闭整个机床，此种防护需要考虑的因素最多，具有最难处理的情况，包括防水、安装位和美观因素等等，在实际操作中，前面两种最为容易实现。

四、结语

数控刀架篇8

关键词：数控车床 霍尔开关 继电器 伺服驱动 

 

一、换刀装置故障 

 

数控车换刀一般的过程是:换刀电机接到换刀信号后,通过蜗轮蜗杆减速带动刀架旋转,由霍尔元件发出刀位信号,数控系统再利用这个信号与目标值进行比较以判断刀具是否到位。刀换到位后,电机反转缩紧刀架。在我维修数控车的过程中遇到了以下几个故障现象。 

故障一:一台四刀位数控车床,发生一号刀位找不到,其它刀位能正常换刀的故障现象。 

故障分析:由于只有一号刀找不到刀位,可以排除机械传动方面的问题,确定就是电气方面的故障。可能是该刀位的霍尔元件及其周围线路出现问题,导致该刀位信号不能输送给PLC。对照电路图利用万用表检查后发现:1号刀位霍尔元件的24V供电正常,GND线路为正常,T1信号线正常。因此可以断定是霍尔元件损坏导致该刀位信号不能发出。 

解决办法:更换新的霍尔元件后故障排除,一号刀正常找到。 

故障二:一台六刀位数控车床,换刀时所有刀位都找不到,刀架旋转数周后停止,并且数控系统显示换刀报警:换刀超时或没有信号输入。 

故障分析查找:对于该故障,仍可以排除机械故障,归咎于电气故障所致。产生该故障的电气原因有以下几种:1.磁性元件脱落;2.六个霍尔元件同时全部损坏;3.霍尔元件的供电和信号线路开路导致无电压信号输出。其中以第三种原因可能性最大。因此找来电路图,利用万用表对霍尔元件的电气线路的供电线路进行检查。结果发现:刀架检测线路端子排上的24V供电电压为0V,其它线路均正常。以该线为线索沿线查找,发现从电气柜引出的24V线头脱落,接上后仍无反应。由此判断应该是该线断线造成故障。 

解决办法:利用同规格导线替代断线后,故障排除。 

故障三:一台配有FANUC-0imate系统大连机床厂的六刀位车床,选刀正常但是当所选刀位到位之后不能正常锁紧。系统报警:换刀超时。 

故障分析查找:刀架选刀正常,正转正常,就是不能反向锁紧。说明蜗轮蜗杆传动正常,初步定为电气线路问题。在机床刀架控制电气原理图上,发现刀具反向锁紧到位信号是由一个位置开关来控制发出的,是不是该开关即周围线路存在问题呢?为了确认这个故障原因,打开刀架的顶盖和侧盖,利用万用表参照电路图检查线路,发现线路未有开路和短路,通过用手按动刀架反向锁紧位置开关,观察梯形图显示有信号输入,至此排除电气线路问题。推断可能是挡块运动不到位,位置微动开关未动作。于是重新换刀一次来观察一下,结果发现:果然挡块未运动到位。于是把挡块螺栓拧紧,试换刀一次正常。再换一次刀,原故障又出现了,同时发现蜗杆端的轴套打滑并且爬升现象。难道是它造成了电机反转锁紧时位置开关的挡块不能到位?于是把该轴套进行了轴向定位处理,将刀架顶盖装好。结果刀架锁紧正常了。 

解决办法:对轴套进行轴向定位故障解决。 

 

二、稳压电源故障 

 

机床在运行时机床照明灯突然不亮,机床操作面板灯也不亮,系统电源正常,同时系统急停报警,和主轴无信号警。关机后重新上电故障依旧。 

故障分析检查:经询问当时操作人员,没有违规操作,排除人为原因,也可以排除机械原因,应该是电气故障引起。该机床的电器原理图显示,这些失电区域都和24V有关,并且该机床拥有两个稳压电源,一个是I/O接口电源,另一个为系统电源。失电区域都与I/O接口有关,于是打开电气柜观察发现I/O接口稳压电源指示灯未能点亮,说明该电源未能正常工作或损坏。由稳压电源的工作原理知道,稳压电源有电流短路和过载保护的功能,当电源短路或过载时自动关断电源输出,以保护电源电路不被损坏。于是试着把电源的输出负载线路拆下来,结果发现重新上电后电源指示灯亮了。这说明电源本身没有损坏。通过分析得知该电源为I/O接口电源,负载不大,也不会出现过载现象,应该是输出回路中有短路故障。沿着输出线号进行检查发现有一根24V+输出线接头从绝缘胶布中露出并接触到机床床体。原因很明显:由于该线与机床发生对地短路,造成该稳压电源处于自我保护状态,使得操作面板和一些I/O接口继电器供电停止,导致发生以上故障。至于变频器报警可能24V信号不能到位发出报警。 

解决办法:用绝缘胶布把接头处重新包好,重新上电开机所有故障解决,报警解除照明灯也亮了。

三、系统程序锁故障 

 

一台数控车,配有FANUC-0i-mate系统,无法输入对刀值等参数,不能编辑程序,并伴有报警。 

故障分析检查:对此现象首先想到了程序保护开关,通过对比正常的系统发现:与系统锁住时现象一样。所以怀疑系统锁开关坏了,但经过短接,仍不能解决问题。通过观察故障系统的梯形图发现X56输入点无信号输入,说明这条输入线路断路。沿着这条线号利用万用表检查,发现在操作面板后面选轴开关接头处线头脱落,导致线路无法输入信号,使PLC逻辑关系不正确,才出现以上故障。 

解决办法:用烙铁焊锡把脱落的线头重新焊接好,报警解除,参数输入正常,故障消失。 

 

四、结束语 

 

以上维修案例,可作为类似故障的排除参考。一般地,对于任何故障,首先是根据现象,根据原理来判断故障点,分析每一个可能性,如一个开关,一个线接头,一个螺钉都会是都会是故障原因,参照之前的操作、维修历史进行分析,能有利于缩小查找范围,有利于提高维修的效率。 

 

参考文献: 

[1]FANUC-0i-mate使用说明书. 

[2]大连机床集团数控车床电器说明书. 

[3]广州数控GSK980T使用说明书. 

[4]沈阳机床集团数控车床电器说明书.