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淺談數控車四方刀架拆裝維（wéi）保措（cuò）施

2020-12-1 來源：連雲港工貿高等職業技術學校作者：金玉

摘要：四方刀架在數控車床（chuáng）中是最常用（yòng）的換刀裝置，各種不同用途的刀具均可（kě）安裝在刀架上通過刀架旋轉、定位和分度，在經濟型數控車床上實現精（jīng）確換刀。由於該種刀架在企業（yè）中應用廣泛（fàn），刀架的拆裝維保很重要（yào）。本文針對數控車四方刀架（jià）拆裝維保中遇到的部分問題進行了分析整理（lǐ）。

關鍵詞：自動換刀裝置；霍爾（ěr）元件；裝配

回轉刀架在數控車床中是比較典型的換刀裝置，常用的類（lèi）型有六角刀架、四（sì）方刀架，即在刀架上（shàng）可以裝有（yǒu）四把（bǎ）或（huò）更多刀（dāo）具。回轉刀架根據刀架回轉軸與安裝（zhuāng）地麵的相對位置分（fèn）為臥式刀架和立式刀（dāo）架兩種，其中（zhōng）立式刀架回轉軸是垂直於機床（chuáng）主軸，多用在經濟型（xíng）數控車床中，以徑（jìng）向裝刀為主；臥式刀架回轉軸是平行於數（shù）控車床主軸，可以在徑向與軸向安（ān）裝刀具。四方刀架有四個刀位可供安裝刀具，四方刀架每當刀具轉過 90 度時，刀架變換一個刀（dāo）位，但四方刀架回轉及刀位定為選擇是由（yóu）數控係統（tǒng）指令（lìng）控（kòng）製實現。數控車床刀架（jià）動作順序是：刀架抬（tái）起、刀架轉位、刀架定位和夾緊。主要組成有：電動（dòng）機；渦輪軸；聯軸器；刀架底座；蝸輪絲杠；粗定位盤；球頭銷；刀架體；轉位套；發（fā）信體（tǐ）；檢測體座；粗定位銷；檢測體；螺母。

當（dāng）數（shù）控係統執行換刀指令時，刀架電動機通電啟動正轉，通過平鍵套筒聯軸器（qì）驅動蝸杆軸（zhóu）進行轉動，帶動蝸輪絲杠跟隨旋轉。與渦輪絲（sī）杠配合零件是具有內螺紋的刀架體內孔，與渦輪絲杠進行螺紋旋合配合。刀架中心軸外圓與蝸輪絲杠組成（chéng）滑動配合，在刀（dāo）架旋轉選刀時，中心軸固定不動，蝸（wō）輪絲杠（gàng）圍繞中心軸旋轉。當渦輪進行旋轉時，由（yóu）於刀架體上（shàng）的端（duān）麵齒和刀架底座（zuò）處於齧合（hé）狀態，而且渦輪絲杠在軸向固定不動（dòng），刀架體隨著螺旋（xuán）運（yùn）動向上抬起（qǐ）。當刀架體抬至相（xiàng）應距離後，端麵（miàn）齒相繼脫開。蝸輪絲杠（gàng）與轉位（wèi）套采用銷釘連接（jiē），隨蝸輪絲杠轉動，當端麵（miàn）齒完全脫開後，轉位套正好在水平麵內轉過一定角度，在彈簧彈力作用（yòng）下（xià）將（jiāng）球（qiú）頭銷推入轉位套槽中，帶動刀架體跟隨旋（xuán）轉。檢測體跟隨刀架體轉動同時轉動，當程序指定的刀位信號（hào）轉到位時，在彈簧彈力的（de）作用下將定位銷推入粗定位盤中進行（háng）粗定位，同時鐵磁檢測（cè）體觸發霍爾傳感器導通，數控係統得到信號後改變電動（dòng）機（jī）通電相序（xù）反轉，由於定位銷與粗定位槽的作用，刀架（jià）體不能反向轉動，使其（qí）在位置上螺旋落（luò）下，從而使刀架體和刀架底座上的端麵（miàn）齒齧合，實現（xiàn）刀架（jià）精確定位。電動機繼續反轉鎖（suǒ）緊刀具，隨著鎖緊力的增大，電動機轉矩在不斷增大，達到一定值時，傳（chuán）感器（qì）發出控製信號，數控係統接收到信（xìn）號後控製電動（dòng）機停（tíng）止轉動。刀（dāo）架（jià）譯碼裝置由檢（jiǎn）測體、發信盤組（zǔ）成，發信盤負責發處刀位信號，檢（jiǎn）測體負（fù）責位置刀架實際轉動判斷。

1 、刀架拆卸

（1）在刀架正常情況下刀架（jià）是鎖緊狀態，因此要先鬆開（kāi）刀架。用一字螺絲刀拆開與電機相對麵的悶頭螺母，並將內六角扳手通過悶頭孔（kǒng）插入（rù）絲杠端部內六角槽內，將扳手順時針轉（zhuǎn）動，使得蝸杆進行順時針轉動，從而（ér）鬆開離（lí）合盤，其外形結（jié）構如圖 1 所示。

圖 1 刀架外形

（2）拆卸刀架（jià）鋁蓋。利用內六角扳手先（xiān）對稱依次鬆開緊固鋁蓋的螺絲，然後在（zài）徹底拆卸掉螺絲。在取下鋁蓋之前，要先（xiān）把鋁蓋周邊的雜（zá）物和切削（xuē）液等清理幹淨（jìng），以防不甚落入刀（dāo）架體內部。接著取下鋁蓋，注意保護好鋁（lǚ）蓋下端的防水密封墊圈。

（3）拆卸發信盤。首先用對應型號（hào）的（de）十字螺絲刀鬆開發（fā）信盤上緊固信號線的螺釘，取下信（xìn）號線。接著用（yòng）扳手鬆開中心（xīn）軸頂端緊固螺母，取下發信盤即可。如圖 2 所示。

圖 2 發（fā）信體

（4）利用十字（zì）螺絲刀斜（xié）對著大螺母上凹（āo）圓巢，用橡膠錘適當擊打十字螺絲刀尾部，要對稱著敲擊，將大螺母（mǔ）敲擊鬆動，然後把（bǎ）螺母旋下來，接著（zhe）輕（qīng）輕（qīng）取下止退圈，再把中心軸上鍵（jiàn）從鍵槽上取下（xià），接著取出軸承。要求按順序擺（bǎi）好，不得隨意擺放。

（5）利（lì）用工（gōng）具對稱鉗住離合盤邊緣，提升離合盤並取出，然後將離合銷即球頭銷（xiāo）和彈簧取出，並依次擺好。不得出現圖 3 所示（shì）情況（kuàng）。

圖 3 不規則（zé）擺放

（6）用工具夾持反靠銷，通過手動操作盤動上刀體進行逆時針轉動，一直旋（xuán）轉至（zhì）上刀體從螺杆分離為止，接著取（qǔ）下上刀體。如圖 4 所示。

圖（tú） 4 上刀體

2、清洗零件與（yǔ）裝配

附著在機械零件上的油汙主（zhǔ）要由灰塵雜質與油等混合物形成。該油的特點是不（bú）易溶於水（shuǐ），如各種礦物油、潤滑油等，但是易溶於一些有機溶劑。因此，在（zài）去（qù）除此類油汙時通常采用電（diàn）化學清洗法。常（cháng）見的清洗液為以下兩種：溶（róng）劑（jì）型清洗劑和水基型清洗劑。清洗方（fāng）式常見（jiàn）有兩種：人工清洗和機械清洗。常用清洗方法有：擦洗（xǐ）、加熱清洗、噴洗、超聲清洗、振動清洗這五（wǔ）種方法。

擦洗：將機械（xiè）零件浸入裝（zhuāng）有適量零件清洗劑的容器中，用毛刷刷洗或棉（mián）紗擦洗（xǐ）。擦洗操作方便簡單且設備要求低，但是清洗效率低，隻對單件小（xiǎo）批小型配件清洗（xǐ）適用。注意：一般情況下不（bú）宜采用汽油作為清洗（xǐ）液，因為它有溶脂性，會（huì）對人體健康造成損害且汽油易（yì）燃易（yì）爆，易發生火災危險（xiǎn）。

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

噴洗：將具有一定壓力和溫度的清洗劑（jì）噴（pēn）射至（zhì）零件表麵進行清洗油汙。此（cǐ）方法效果明顯，清洗效率高，但是所需設備比較（jiào）複雜，僅對清洗形狀不太複雜的零件適合，而且零件表麵有嚴重油汙（wū）。

振動清（qīng）洗：將要清洗的零件放在振動清洗（xǐ）機的清洗架上（shàng）或清洗籃裏，接著將清洗（xǐ）架或（huò）清洗籃（lán）完全浸（jìn）沒在清洗液中，利用清洗機產（chǎn）生的模擬（nǐ）人工振動來漂涮，結合清洗液（yè）化（huà）學作用達到去除油（yóu）汙目（mù）的（de）。

超聲清洗（xǐ）：將零件放（fàng）入已配置清洗溶液的清洗槽中，利用超聲波（bō）振蕩與清洗（xǐ）液化學反應共同作用於機械零件，達到去除機械零件（jiàn）上（shàng）油汙目（mù）的。

由於單個四方刀架拆卸下來的（de）零件屬於小（xiǎo）批量（liàng）零件，因此選用煤油作為清洗液，將從刀（dāo）架上拆下的零件（jiàn）浸泡在清洗液中，用紗布進行擦洗。擦（cā）洗完之後將零件按（àn）順序擺放在幹淨的紙上，以防（fáng）止再次被汙染。在（zài）清洗完成之後進行裝配，裝配順序按（àn）拆卸反順序進行即可。裝配完成之後對刀架進行檢查。利用數控（kòng）車床進行選刀操作，查看刀架能否輕鬆實現選刀過程即刀架抬起、刀架轉位、刀架定位、刀架鎖緊。若無法正常實現（xiàn）該功能，則說明在裝配過程中存在問題，必須（xū）從新拆卸一邊在從新裝配，直至問題解決。

3 、刀架（jià）維護

（1）正常上班期間，要做到每天上下班之前清掃數控車床刀架，將散落在刀架表麵上的灰（huī）塵、切屑（xiè）和切削液進一步清洗幹淨，並將刀架上（shàng）刀（dāo）具按正確流程拆卸下來（lái）擺放到合適的位置，保持（chí）刀架的幹淨整潔，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（fáng）止其在數控車床正常換刀抬刀過程中通過縫隙進入刀架內部，在（zài）刀架（jià）內部卡住機械部件使刀架運行阻力增大，刀架運轉不暢，甚至影響刀架（jià）定位（wèi）精度，進而音響數（shù）控車床加（jiā）工精（jīng）度；或者在刀架內部增加內部機械零件之間摩擦力使得刀架內部結（jié）構發生嚴重磨損，嚴重（chóng）者縮短刀架壽命。

（3）嚴禁超負荷（hé）使用。這有兩層含義（yì）：首先，數控車床加工工件時（shí）的加工參數要選（xuǎn）用合適（shì）的（de）值，不能為了趕進度或者提高效率選用過（guò）大的（de）切削參數，導致刀架受到過大的進給力（lì），使得刀架機械零（líng）部件發生變形，甚至發生斷裂；其次，在選用加工刀具時要（yào）選擇（zé）合適的刀具，不能選擇過重過大過長的刀具，避免刀具在旋（xuán）轉選（xuǎn）刀時發生一係列事故，如刀具過長在換到過程中發生碰撞，刀具（jù）過（guò）大過重導致刀架（jià）慣性增大，不（bú）利於（yú）刀架（jià）快速啟停，容（róng）易導致刀架過衝，甚至損壞機械部件。

（4）嚴禁撞擊（jī）、擠壓通往刀架的連接導線，其（qí）中通往刀架的連接導線分成兩類：信號線和動力線。信號線為刀架24V 刀位信號相關線路，一但被擠壓撞擊（jī）破壞則會導致刀（dāo）位信（xìn）號不正常，使得刀架不能正常工作，甚（shèn）至（zhì）發生短路。動力線為刀架（jià）電動機（jī）的 380V 三相交流電（diàn） , 若（ruò）被破壞則會導致刀架電機發生缺相，甚（shèn）至完全無法通電，使得刀架電機不能正常（cháng）工（gōng）作，從而導致刀架不（bú）能正（zhèng）常（cháng）工作。

（5）減少刀架被間（jiān）斷撞擊即斷續強力切（qiē）削的機會。在加工過程中斷續強力切（qiē）削會使在切削過程中刀架受到不連續較大衝擊力，使得刀架機械零部件受力變形，從而影響刀架的機械精度（dù），甚至發生機械斷裂損壞刀架。

（6）保（bǎo）持（chí）刀架機械部件良好的（de）潤滑。刀架（jià）內部的潤滑是采用潤滑脂，通（tōng）過潤滑減少刀架內部的摩擦阻力減輕磨損，使得刀架在（zài）工作過程中機械（xiè）部件保持良好的狀態，延長刀架的（de）使用壽命（mìng），以及保持良好的精度。

（7）在數控加工過程中，盡可能（néng）減少使用具有腐蝕性冷（lěng）卻液，若是不可避免要使用，必須在加工完工件之後進行（háng）及時清理，下班之前應及時擦拭塗油，以防止其緩慢滲透進入刀架內部，對刀架內部機械部件產（chǎn）生腐蝕損壞機械零件。

（8）在調整刀架預緊力（lì）過程中，要將預緊力的大小調節到合適位置（zhì），防止預緊力（lì）過（guò）大導致刀架無（wú）法轉動或者運（yùn）裝阻力過大，增加刀架電機負載影響（xiǎng）電機壽命。

（9）不定（dìng）期檢查刀架相（xiàng）關連線、傳感器元件盤即發信盤、磁鐵（tiě）。通過檢查（chá）防止連接線破損，影響信號穩定；防止發信盤螺母聯接鬆動，從而引起（qǐ）刀架的越位過（guò）衝或轉不到位；防止磁鐵去磁，不能夠提供足夠的磁場去觸發發信盤（pán）中的傳感器元件發出相應的控製信號。

（10）對於經（jīng）常進行強力切削的數控車刀架，要定期檢查刀架內部機械零件的配合是否（fǒu）緊固，有無鬆動（dòng）現象，若是有鬆動跡象則要及時進（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（ér）且容易引起應力集中，導致某些零件過早損壞斷（duàn）裂。

（11）定期檢查刀架（jià）內部相關鎖緊（jǐn）機（jī）構零件（jiàn），如（rú）後靠定位銷、彈簧、後靠棘輪等，檢查這些零件潤滑及磨損情況，是否潤滑良好，磨損是否在正常範圍（wéi）內，防止由於這些原因引起鎖緊機構不起作用，甚至造成機械卡死。

4、常（cháng）見故障診斷

4.1 刀架不動

機械方麵：調整（zhěng）四方（fāng）刀架時預緊力過大。當把內六角扳手通（tōng）過悶頭孔插入蝸杆端部並且手動旋轉鬆開時比較吃力，而且調整後能完成選刀動作，但完成換刀之後刀架仍出現上述（shù）問題。通過故障現象可判斷為（wéi）刀架預緊力過大導致刀架不能轉動，可通過拆開（kāi）刀架將大（dà）螺母向上旋出一些，然後再測試直至能輕鬆完成選（xuǎn）刀動作過程。

刀架（jià）內部（bù）機械零（líng）件某種原因卡死。當用（yòng）內六角扳手通過（guò）悶頭孔插入蝸杆端部轉（zhuǎn）動蝸杆時，使勁也轉不動，可（kě）判斷為某個機械零件在某個位（wèi）置卡死。

第一，檢查鎖緊裝置中反靠定（dìng）位銷是否（fǒu）卡在反靠棘輪槽內，若卡在棘輪（lún）槽內，則需將反棘輪與螺杆連（lián）接銷孔相對轉過一定角度（dù）再打孔（kǒng）連接；

第二，檢查中軸（zhóu）螺（luó）母（mǔ）是否鎖緊力過大，如若螺母鎖緊力（lì）過大，應對器重新調整；

第三（sān），檢查是否由潤滑效果不（bú）良造成轉動時零件研死，則（zé）應（yīng）將刀架拆（chāi）開對相（xiàng）關（guān）零件進行潤滑處理。

電氣方麵：電動機供電相關回路（lù）不通斷路，刀架電機無法（fǎ）得電轉動。檢查熔斷器溶芯是否熔斷，檢查電源（yuán）開關觸點接觸是否正常，檢查開關閉合位置是否正確。借助萬用表檢測電容電壓（yā）是否

在（zài）正常範圍內。可以通過更換保險，調整開關閉合位置，更換開關等（děng）相應（yīng）措施來（lái）一一排除。另（lìng）外，電源（yuán）不通還要考慮刀架電動機相關控製線路是否斷路，刀架內部線路是否斷路，霍爾元（yuán）件位置是（shì）否（fǒu）正確。電機供電正常，電機由震動聲但刀架（jià）不轉，可判斷為電機通電相序錯誤，通過變換相序排除。手動方式（shì）換刀正（zhèng）常（cháng），數控係統控製方式不換刀。這應重點檢查數控係統（tǒng）與（yǔ）刀架控製器接線（xiàn）、數（shù）控係統 I/O 接（jiē）口及刀架到位控製信號，通過（guò）一一排除解（jiě）決問題。

4.2 刀架連續旋轉不停，提示選刀失敗

刀架能轉動（dòng）說明機械方麵無故障，故（gù）障主要（yào）存在於電氣控製（zhì）方麵。檢查刀位信（xìn）號是（shì）否觸發，若刀位信號沒有觸發，則是發信盤故障。檢查鐵（tiě）磁檢測頭是否（fǒu）損（sǔn）壞，發信盤接線（xiàn）是否斷路（lù）或者（zhě）接（jiē）觸不良或（huò）漏接，針對其（qí）信號回路中的（de）繼電器、霍爾元件以及接線情況進行故障排除。若僅某號刀不能定（dìng）位，一般是該號刀位信號線斷路所至。

4.3 刀架過衝或不到位

刀架（jià）發生過衝一般由機械原因導致，主要是後靠（kào）裝置定位（wèi）不可靠。檢查後靠定位銷是否靈活，彈簧是否疲勞損壞，潤滑（huá）是否正常。應（yīng）通過改善（shàn）潤滑等措施修複定位銷靈活性或更換複位彈（dàn）簧。檢查（chá）蝸（wō）杆與後靠棘輪連（lián）接是否正常（cháng），若斷開則需更（gèng）換連接銷。若仍出現過衝現象，則可能是刀具過重，應更換定位銷（xiāo）彈簧或更換輕（qīng）刀具。刀（dāo）架旋轉不到位（wèi），甚（shèn）至中途突然停止，主要（yào）是發信盤相關霍爾元件與鐵（tiě）磁檢測頭位置（zhì）錯位。應調整發信（xìn）盤中（zhōng）霍爾元件與鐵磁檢測頭（tóu）相對位置並牢靠固定。

4.4 刀架不能鎖緊

該故障應（yīng）檢查鎖緊開關位置是否有偏差，若是該原因（yīn）則（zé）調整位置（zhì）至正常即可。用萬（wàn）用表檢查其（qí）對應回路（lù）中繼電器是否正常。若仍（réng）不能（néng）排除，則應考慮刀架內部機械零件配合是否正常。或有碎屑卡在內齒盤上造成鎖緊不牢而影（yǐng）響鎖緊（jǐn），則應調整機械並清（qīng）洗相關零件。

5、結語（yǔ）

四方刀架作為經濟型數控車常見的自動換刀裝置，在各企業（yè）中應用最（zuì）為（wéi）廣泛，對於四（sì）方刀架的維護非常有必要。在正常（cháng）運裝的情況下（xià），可（kě）以有效的改（gǎi）善數控車（chē）床精度，保證零（líng）件加工精度，提高企業生產效率，利於企業成本（běn）的控製。因此，四方刀架（jià）的（de）拆裝與維（wéi）保具有非常典型意義（yì）。四方刀架拆裝（zhuāng）隻要（yào）按照步驟進行即可，但是要注意在拆除（chú）和安裝過程中避（bì）免對（duì）零部件的損壞以及丟失，要按照一定順序（xù）進行擺放零件。

維護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品才能達到潤滑效果。在維修過程中要根據故（gù）障現象進行判（pàn）斷故障原因，不能盲目下手進行暴力拆解。因此，四方刀架在維護拆裝時要按工（gōng）藝要求做，才可以既高效又正確無誤的完成。

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