电动刀架常见故障分析

不锁紧

数控车床电动刀架

主要内容：1）前言

2）结构和工作原理

3）常见故障分析

一、前言

电动刀架是数控车床进行自动换刀的实现机构，实现刀架上刀盘的转动和刀盘的开定位、定位与夹紧的运动，以实现刀具的自动转换，具有传动机械结构、电气正反转控制、PLC 编程控制等数控机床的核心内容，是每一个学习数控机床结构的学生必须掌握的，具有机械、电气的综合特点，同时电动刀架在数控加工过程中容易出现故障，因而对于该刀架的结构和故障的分析，在教学过程中显得尤为重要。而常见的电动刀架中具有典型的结构有TND360 刀架和LDB4 刀架，这两种刀架采用了不同的传动升降结构、不同定位控制。都实现了刀盘的正向换刀和反向锁紧，刀盘的圆周定位功能。

二、结构和工作原理

1）TND360 刀架的结构与工作原理

它属于转塔刀架，是由换刀机构和刀盘组成，刀盘用于刀具的安装。刀盘的背面装有端面齿盘，用于刀盘的定位。转塔刀架的换刀机构是实现刀盘的开定位、转动换刀位、定位和夹紧的传动机构。要实现刀盘的转动换刀，就要使得刀盘的定位机构脱开后，才能行转动，当转动到位后，刀盘要定位并夹紧，才能进行加工。

转塔刀架的换刀传动是由刀架电动机提供动力，刀盘的抬起是用凸轮机构来实现的，而刀盘在圆周方向上的分度是用槽轮机构来实现的，分度完成后的回复也是在碟形弹簧的作用下进行工作的。刀盘在转动过程中，经1：1 的齿轮副将运动传递给圆光栅，由圆光栅将转位信号送可编程控制器进行刀位计数。在加工的过程中，当端面齿盘上的定位销拔出后，切削力过大或撞刀时，刀盘会产生微量转动，这时圆光栅的转动信号就成为刀架过载报警信号，机床就会迅速停机。圆光栅将传动转换成脉冲信号送给数控系统，正常时用于刀盘上刀具刀位的计数；撞刀时用于产生刀架报警信号。刀盘的转动可根据最近找刀原则实现正反向转动，以达到快速找刀的目的。

2）LDB4 电动刀架的结构与工作原理

不锁紧

它属于四工位刀架，由电动机、蜗轮和蜗杆结构、丝杠和螺母结构、霍尔元件定位系统等组成，正转时，电动机通过涡轮和蜗杆结构将驱动传给丝杠，螺母和转动的刀架是键槽联结，即螺母和转动的刀架只能做相对上下滑动，而不能相对转动，而螺母与电机底座是通过齿面啮合形成定位机构，在这对啮合齿脱开之前，螺母是不能转动的，也就是转动的刀架也是不能转动，刚刚开始，由于丝杠的顺时针旋转，螺母相对于转动的刀架向上移动，当啮合齿脱开后，通过销钉和止推槽的作用，使得丝杠转动→螺母转动→刀架转动→进行换刀，到指定的工位时，通过霍尔元件定位系统将到位信号传递给数控装置系统，从而停止转动，通过霍尔元件定位系统和辅助定位销钉进行位置的定位；数控装置控制刀架换刀电动机进行一定延时的反转信号，因为止推销钉的作用，螺母系统和刀架系统不能反转，因而螺母系统顺着丝杠向下移动，直到两对啮合齿重新啮合为止，这样完成了整个换刀的过程。

3）两种结构的比较

两种结构的共同点：都实现了刀盘的抬起与锁紧动作，刀盘的圆周定位，实现了同样的功能。两种结构只是机械结构的不同，而在电动机的正转和反转的电气控制上却是完全相同的。

两者的区别：TND360 的刀盘的抬起与锁紧 是由凸轮机构和碟形弹簧实现的，刀盘的圆周分度是由槽轮机构实现的，槽轮实现的是8 工位的刀盘分度；LDB4 电动刀架的抬起与锁紧是由丝杠螺母的系统实现的，而刀架的圆周分度是由霍尔元件定位系统实现的，其实现的是4 工位的刀盘分度；结构上是LDB4 比较简单、实用。在分度精度上TND360定位精度比较高，同时比较可靠。

而且TND360 存在一定的报警功能，当切削 力过大或撞刀时，刀盘产生不是常规的微量转动，这个时候圆光栅就传递出对应的传感器信号，而这个信号就成为刀架的过载报警信号，这样数控系统就会停机，而这个功能LDB4 是没有的。

三、常见的故障分析与诊断

1）LDB4刀架在换刀过程中找不到想要的刀位

LDB4 刀架的换刀的过程是数控系统控制电动刀架的正转，在正转的过程中，一个小磁块固定不动，4 个工位的霍尔元件跟随刀架旋转，当其中一个霍尔元件接近小磁块后，发出对应的高电平或低电平信号，

不锁紧

当所需要工位的霍尔元件接近小磁块时，该信号传递回数控系统，这时数控系统停止正转控制，发出延时的反转信号，控制刀架缩紧。当对应的霍尔元件出现故障或信号回传通道出现故障的时候，对应的刀位信号无法反馈回数控系统，就出现了刀位故障。

排除方法：检查霍尔元件是否出现故障、检查信号通道是否畅通。

2）LDB4 定位精度出现误差

LDB4 的定位分为两个层次：定位霍尔元件进行电动机定位，定位卡销与刀座上的卡槽进行精确定位。如果出现定位精度出现误差，主要是定位霍尔元件是否出现移位或位置出现误差，或者弹簧定位卡销出现故障。

排除方法：检查定位霍尔元件的位置、检查弹簧定位卡销系统。

3、LDB4 刀位无法锁紧

LDB4 刀架的锁紧是依靠螺母在丝杠上的下降来实现的，而该下降的运动是由电动机的反转来实现的，如果无法锁紧，就是螺母没有对于丝杠做相对运动，首先是数控系统有无反转信号传到24V 继电器、24V继电器是否工作、220V 反转控制交流接触器是否工作、刀架正反转控制电动机是否损坏、丝杠螺母机械结构是否卡死。

排除方法：24V 继电器检查、220V 交流接触器检查、电动机检查、丝杠螺母机械结构检查。

3）LDB4 刀位无法锁紧

LDB4 刀架的锁紧是依靠螺母在丝杠上的下降来实现的，而该下降的运动是由电动机的反转来实现的，如果无法锁紧，就是螺母没有对于丝杠做相对运动，首先是数控系统有无反转信号传到24V 继电器、24V继电器是否工作、220V 反转控制交流接触器是否工作、刀架正反转控制电动机是否损坏、丝杠螺母机械结构是否卡死。

排除方法：24V 继电器检查、220V 交流接触器检查、电动机检查、丝杠螺母机械结构检查。

不锁紧

常见故障分析及排除方法

霍尔元件应比磁钢向前大约磁钢宽度的三分之一。

结束语

电动刀架是数控车床实现自动换刀的机构，通过对两种典型的电动刀架的结构进行分析与比较，阐述了刀架的传动升降、刀盘的定位原理，TND360 的刀盘的抬起与锁紧是由凸轮机构和碟形弹簧实现的，刀盘的圆周分度是由槽轮机构实现的，LDB4 电动刀架的抬起与锁紧是由丝杠螺母的系统实现的，而刀架的圆周分度是由霍尔元件定位系统实现的。了解结构与原理的基础上，对LDB4 电动刀架的常见的故障进行了分析，对故障如何来进行排除。

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/usi1.html