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。四方刀架有四個刀位可供安裝刀具，四方刀架每當(dāng)?shù)毒咿D(zhuǎn)過90 度時，刀架變換一個刀位，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；檢測體座；粗定位銷；檢測體；螺母。

當(dāng)數(shù)控系統(tǒng)執(zhí)行換刀指令時，刀架電動機(jī)通電啟動正轉(zhuǎn)，通過平鍵套筒聯(lián)軸器驅(qū)動蝸桿軸進(jìn)行轉(zhuǎn)動，帶動蝸輪絲杠跟隨旋轉(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配合，在刀架旋轉(zhuǎn)選刀時，中心軸固定不動，蝸輪絲杠圍繞中心軸旋轉(zhuǎn)。當(dāng)渦輪進(jìn)行旋轉(zhuǎn)時，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，刀架體隨著螺旋運(yùn)動向上抬起。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，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，帶動刀架體跟隨旋轉(zhuǎn)。檢測體跟隨刀架體轉(zhuǎn)動同時轉(zhuǎn)動，當(dāng)程序指定的刀位信號轉(zhuǎn)到位時，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，同時鐵磁檢測體觸發(fā)霍爾傳感器導(dǎo)通，數(shù)控系統(tǒng)得到信號后改變電動機(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，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。電動機(jī)繼續(xù)反轉(zhuǎn)鎖緊刀具，隨著鎖緊力的增大，電動機(jī)轉(zhuǎn)矩在不斷增大，達(dá)到一定值時，傳感器發(fā)出控制信號，數(shù)控系統(tǒng)接收到信號后控制電動機(jī)停止轉(zhuǎn)動。刀架譯碼裝置由檢測體、發(fā)信盤組成，發(fā)信盤負(fù)責(zé)發(fā)處刀位信號，檢測體負(fù)責(zé)位置刀架實(shí)際轉(zhuǎn)動判斷。

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)相對面的悶頭螺母，并將內(nèi)六角扳手通過悶頭孔插入絲杠端部內(nèi)六角槽內(nèi)，將扳手順時針轉(zhuǎn)動，使得蝸桿進(jìn)行順時針轉(zhuǎn)動，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。首先用對應(yīng)型號的十字螺絲刀松開發(fā)信盤上緊固信號線的螺釘，取下信號線。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，要對稱著敲擊，將大螺母敲擊松動，然后把螺母旋下來，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，通過手動操作盤動上刀體進(jìn)行逆時針轉(zhuǎn)動，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。擦洗操作方便簡單且設(shè)備要求低，但是清洗效率低，只對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?，會對人體健康造成損害且汽油易燃易爆，易發(fā)生火災(zāi)危險。

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。

振動清洗：將要清洗的零件放在振動清洗機(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)生的模擬人工振動來漂涮，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。

由于單個四方刀架拆卸下來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)選刀過程即刀架抬起、刀架轉(zhuǎn)位、刀架定位、刀架鎖緊。若無法正常實(shí)現(xiàn)該功能，則說明在裝配過程中存在問題，必須從新拆卸一邊在從新裝配，直至問題解決。

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程中通過縫隙進(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大的切削參數(shù)，導(dǎo)致刀架受到過大的進(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，在選用加工刀具時要選擇合適的刀具，不能選擇過重過大過長的刀具，避免刀具在旋轉(zhuǎn)選刀時發(fā)生一系列事故，如刀具過長在換到過程中發(fā)生碰撞，刀具過大過重導(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：信號線和動力線。信號線為刀架24V 刀位信號相關(guān)線路，一但被擠壓撞擊破壞則會導(dǎo)致刀位信號不正常，使得刀架不能正常工作，甚至發(fā)生短路。動力線為刀架電動機(jī)的380V 三相交流電,若被破壞則會導(dǎo)致刀架電機(jī)發(fā)生缺相，甚至完全無法通電，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。在加工過程中斷續(xù)強(qiáng)力切削會使在切削過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)械部件良好的潤滑。刀架內(nèi)部的潤滑是采用潤滑脂，通過潤滑減少刀架內(nèi)部的摩擦阻力減輕磨損，使得刀架在工作過程中機(jī)械部件保持良好的狀態(tài)，延長刀架的使用壽命，以及保持良好的精度。

（7）在數(shù)控加工過程中，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)行及時清理，下班之前應(yīng)及時擦拭涂油，以防止其緩慢滲透進(jìn)入刀架內(nèi)部，對刀架內(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)緊力過大導(dǎo)致刀架無法轉(zhuǎn)動或者運(yùn)裝阻力過大，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。通過檢查防止連接線破損，影響信號穩(wěn)定；防止發(fā)信盤螺母聯(lián)接松動，從而引起刀架的越位過沖或轉(zhuǎn)不到位；防止磁鐵去磁，不能夠提供足夠的磁場去觸發(fā)發(fā)信盤中的傳感器元件發(fā)出相應(yīng)的控制信號。

（10）對于經(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，有無松動現(xiàn)象，若是有松動跡象則要及時進(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，檢查這些零件潤滑及磨損情況，是否潤滑良好，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

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

刀架內(nèi)部機(jī)械零件某種原因卡死。當(dāng)用內(nèi)六角扳手通過悶頭孔插入蝸桿端部轉(zhuǎn)動蝸桿時，使勁也轉(zhuǎn)不動，可判斷為某個機(jī)械零件在某個位置卡死。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轉(zhuǎn)過一定角度再打孔連接；第二，檢查中軸螺母是否鎖緊力過大，如若螺母鎖緊力過大，應(yīng)對器重新調(diào)整；第三，檢查是否由潤滑效果不良造成轉(zhuǎn)動時零件研死，則應(yīng)將刀架拆開對相關(guān)零件進(jìn)行潤滑處理。電氣方面：電動機(jī)供電相關(guān)回路不通斷路，刀架電機(jī)無法得電轉(zhuǎn)動。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。借助萬用表檢測電容電壓是否在正常范圍內(nèi)。可以通過更換保險，調(diào)整開關(guān)閉合位置，更換開關(guān)等相應(yīng)措施來一一排除。另外，電源不通還要考慮刀架電動機(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)由震動聲但刀架不轉(zhuǎn)，可判斷為電機(jī)通電相序錯誤，通過變換相序排除。手動方式換刀正常，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，通過一一排除解決問題。

4.2 刀架連續(xù)旋轉(zhuǎn)不停，提示選刀失敗

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

4.3 刀架過沖或不到位

刀架發(fā)生過沖一般由機(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，潤滑是否正常。應(yīng)通過改善潤滑等措施修復(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)過沖現(xiàn)象，則可能是刀具過重，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頭位置錯位。應(yīng)調(diào)整發(fā)信盤中霍爾元件與鐵磁檢測頭相對位置并牢靠固定。

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。用萬用表檢查其對應(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

四方刀架作為經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車常見的自動換刀裝置，在各企業(yè)中應(yīng)用最為廣泛，對于四方刀架的維護(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程中避免對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)過程中同樣要注意避免二次損壞，要小心對待每個零件，潤滑油要選擇合適的產(chǎn)品才能達(dá)到潤滑效果。在維修過程中要根據(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)拆裝時要按工藝要求做，才可以既高效又正確無誤的完成。