一、自動(dòng)換刀裝置的形式

　　自動(dòng)換刀裝置是數(shù)控機(jī)床的重要執(zhí)行機(jī)構(gòu)，它的形式多種多樣，目前常見的有以下幾種：

　　1．回轉(zhuǎn)刀架換刀；　　2．排式刀架換刀；　　3．更換主軸頭換刀；　　4．帶刀庫(kù)的自動(dòng)換刀系統(tǒng)

　　在這里我對(duì)數(shù)控機(jī)床常見的這幾種換刀系統(tǒng)逐一介紹，首先介紹一下回轉(zhuǎn)刀架換刀系統(tǒng)。

二、回轉(zhuǎn)刀架

　　數(shù)控機(jī)床使用的回轉(zhuǎn)刀架是比較簡(jiǎn)單的自動(dòng)換刀裝置，常用的類型有四方刀架、六角刀架，即在其上裝有四把、六把或更多的刀具。

　　回轉(zhuǎn)刀架必須具有良好的強(qiáng)度和剛度，以承受粗加工的切削力：同時(shí)要保證回轉(zhuǎn)刀架在每次轉(zhuǎn)位的重復(fù)定位精度。下面我們結(jié)合一臺(tái)四工位的四方刀架了解一下其換刀過程及原理。并結(jié)合換刀原理分析一下四方刀架的常見故障現(xiàn)象及原因。常見機(jī)床四方刀架如圖一（左）。

圖一

　　數(shù)控機(jī)床刀架或刀庫(kù)是由機(jī)床PLC來進(jìn)行控制，對(duì)于普通的四工位刀架來說，控制比較簡(jiǎn)單，一般用于普通的車床。我們分析車床刀架的控制原理其實(shí)就是指刀架的整個(gè)換刀過程，刀架的換刀過程其實(shí)是通過PLC對(duì)控制刀架的所有I/O信號(hào)進(jìn)行邏輯處理及計(jì)算。實(shí)現(xiàn)刀架的順序控制。另外為了保證換刀能夠正確進(jìn)行，系統(tǒng)一般還要設(shè)置一些相應(yīng)的系統(tǒng)參數(shù)來對(duì)換刀過程進(jìn)行調(diào)整。下面我們分析PLC控制下的換刀過程。在分析之前，我們首先了解刀架控制的電氣部分。刀架電氣控制部分如圖二所示。圖二中的a是刀架控制的強(qiáng)電部分，主要是控制刀架電機(jī)的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，來控制刀架的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)；圖b是刀架控制的交流控制回路，主要是控制兩個(gè)交流接觸器的導(dǎo)通和關(guān)閉來實(shí)現(xiàn)a中的強(qiáng)電控制；圖c部分是刀架控制的繼電器控制回路及PLC的輸入及輸出回路，整個(gè)過程的控制最終是由這個(gè)模塊來完成的。

　　圖中各器件的作用如下：

　　序號(hào) 名稱 含義　　1 M2 刀架電動(dòng)機(jī)　　2 QF3 刀架電動(dòng)機(jī)帶過載保護(hù)的電源空開　　3 KM5、KM6 刀架電動(dòng)機(jī)正、反轉(zhuǎn)控制交流接觸器　　4 KA1 由急停控制的中間繼電器　　5 KA6、KA7 刀架電動(dòng)機(jī)正、反轉(zhuǎn)控制中間繼電器　　6 S1~S4 刀位檢測(cè)霍爾開關(guān)　　7 SB11 手動(dòng)刀位選擇按鈕　　8 SB12 手動(dòng)換刀啟動(dòng)按鈕　　9 RC3 三相滅弧器　　10 RC9、RC10 單相滅弧器

　　自動(dòng)刀架控制涉及到的I/O信號(hào)如下：

　　PLC輸入信號(hào)：

　　X2.7：刀架電動(dòng)機(jī)過熱報(bào)警輸入；　　X3.0~X3.3：1~4號(hào)刀到位信號(hào)輸入；　　X30.6：手動(dòng)刀位選擇按鈕信號(hào)輸入；　　X30.7：手動(dòng)換刀啟動(dòng)按鈕信號(hào)輸入；

　　PLC輸出信號(hào)：

　　Y0.6：刀架正轉(zhuǎn)繼電器控制輸出；　　Y0.7：刀架反轉(zhuǎn)繼電器控制輸出。

　　我們現(xiàn)在已經(jīng)清楚了刀架控制的I/O信號(hào)，下面我們結(jié)合這些信號(hào)來分析一下?lián)Q刀過程，刀架換刀有兩種模式，一種是手動(dòng)換刀，一種是通過T指令進(jìn)行自動(dòng)換刀。我們以手動(dòng)狀態(tài)為例，介紹一下?lián)Q刀過程及常見故障。

　　1、首先我們將機(jī)床調(diào)至手動(dòng)狀態(tài)，通過刀位選擇按鍵進(jìn)行目的刀位選擇，有的系統(tǒng)是利用波段開關(guān)的形式進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，有的系統(tǒng)是利用記數(shù)的形式來實(shí)現(xiàn)，比如說通過檢測(cè)刀位選擇信號(hào)（X30.6）的狀態(tài)，如果按下刀位選擇按鍵，X30.6的狀態(tài)應(yīng)該會(huì)改變一次，計(jì)數(shù)器的數(shù)值會(huì)發(fā)生改變，系統(tǒng)選擇的目的刀具也會(huì)發(fā)生相應(yīng)的改變。

　　2、選擇目的刀具完成以后，下面就是將機(jī)床刀架的當(dāng)前刀位轉(zhuǎn)換到目的刀位。我們按下刀位轉(zhuǎn)換按鍵X30.7以后。這時(shí)系統(tǒng)PLC輸出一個(gè)刀架正轉(zhuǎn)信號(hào)Y0.6，KA6吸合；KM5吸合，這時(shí)刀架電機(jī)開始正向旋轉(zhuǎn)，刀架開始正轉(zhuǎn)。

　　3、刀架在正向旋轉(zhuǎn)的過程中不停的對(duì)刀位輸入信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，如圖3所示，每把刀具各有一個(gè)霍爾位置檢測(cè)開關(guān)。各刀具按順序依次經(jīng)過發(fā)磁體位置產(chǎn)生相應(yīng)的刀位信號(hào)。當(dāng)產(chǎn)生的刀位信號(hào)和目的刀位寄存器中的刀位相一致的時(shí)候，PLC認(rèn)為所選刀具已經(jīng)到位。

圖3

　　4、刀具到位以后，刀架仍繼續(xù)正向旋轉(zhuǎn)一段時(shí)間，然后停止正向旋轉(zhuǎn)（Y0.6停止輸出），延時(shí)一段時(shí)間以后，刀架反轉(zhuǎn)控制信號(hào)Y0.7有效，此時(shí)刀架開始反轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)過程其實(shí)就是刀架鎖緊的過程，此過程延續(xù)一段時(shí)間，直到刀架鎖緊到位，但反轉(zhuǎn)時(shí)間不宜過長(zhǎng)或過短。過長(zhǎng)就有可能燒壞電機(jī)或造成電機(jī)過熱空開跳閘，時(shí)間過短有可能造成刀架不能夠鎖緊。刀架鎖緊以后，整個(gè)換刀過程結(jié)束。

　　安全互鎖

　　1、架電動(dòng)機(jī)長(zhǎng)時(shí)間旋轉(zhuǎn)，而檢測(cè)不到刀位信號(hào)，則認(rèn)為刀架出現(xiàn)故障，立即停止刀架電動(dòng)機(jī)，以防止將其損壞并報(bào)警提示；

　　2、刀架電動(dòng)機(jī)過熱報(bào)警時(shí)，停止換刀過程，并禁止自動(dòng)加工；

　　我們現(xiàn)在已經(jīng)對(duì)此種刀架的換刀原理有所了解，那么對(duì)于此種刀架在工作過程中常見的一些故障我們應(yīng)該很容易分析出他的原因。常見的故障現(xiàn)象如下：

　　故障現(xiàn)象一：選擇了目標(biāo)刀位，按下刀位轉(zhuǎn)換按鈕以后，電動(dòng)刀架不轉(zhuǎn)；

　　故障現(xiàn)象二：選擇了目標(biāo)刀位，按下刀位轉(zhuǎn)換按鈕以后，電動(dòng)刀架轉(zhuǎn)個(gè)不停；

　　我們現(xiàn)在就以這兩種比較典型的故障現(xiàn)象來分析一下故障原因，希望大家有所收獲，比如故障現(xiàn)象一；這是比較常見的一種故障現(xiàn)象，出現(xiàn)此現(xiàn)象后我們應(yīng)該利用怎樣的方法才能夠比較容易去解決。

　　從上面的敘述中我們已經(jīng)了解了換刀的整個(gè)過程， 如圖四，如果刀架不動(dòng)，我們應(yīng)該怎么樣去檢修呢？

　　1、首先我們可以利用現(xiàn)象比較明顯，比較容易觀察到的地方來進(jìn)行判斷，在這里我們可以把接觸器作為一個(gè)特殊點(diǎn)，以接觸器為分界點(diǎn)，作出一個(gè)初步判斷，可以觀察一下接觸器是否動(dòng)作，如果接觸器動(dòng)作我們可以聽到接觸器吸合的聲音，相反則聽不到。

　　2、接觸器吸合的情況下，我們可以判斷出換刀過程中的① ④沒有問題。那么問題應(yīng)該在⑤ 或 ⑥上，具體原因如下：

　　1）電機(jī)電源缺相或電壓過低；

　　2）接觸器主觸點(diǎn)被燒壞或接觸不良；

　　3）刀架電機(jī)電源相序錯(cuò)，造成電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向發(fā)生改變，刀架選刀的過程變成刀架鎖緊的過程；

　　4）電機(jī)被燒壞；

　　5）刀架鎖得太緊或被機(jī)械卡死等。

　　3、接觸器在沒有吸合的情況下，我們可以判斷出故障原因有可能出在①⑤這幾步上，具體分析過程如下：

　　1）KM5沒有吸合的情況下，觀察KA6是否吸合，如果KA6已經(jīng)動(dòng)作，那么可以測(cè)量一下KM5線圈有沒有燒壞，控制電纜有沒有斷線，KA6的觸點(diǎn)接觸是否良好。

　　2）如果KA6沒有動(dòng)作，可以通過觀察PLC的輸入輸出寄存器的狀態(tài)來確定刀架正轉(zhuǎn)信號(hào)Y0.6是否有輸出，如果有輸出，可以檢測(cè)一下繼電器KA6線圈是否被燒壞，PLC輸出板是否有問題，系統(tǒng)PLC到KA6的連線是否有問題。如果沒有輸出，則檢查一下是否PLC編寫有誤，是否有些換刀條件沒有滿足。

圖四