数控机床具有较大的现实意义

在数控机床的维修中，与换刀相关的故障极为多见。本文基于机械手换刀装置的结构与动作控制，结合维修实例，归纳常见故障现象、原因及处理措施，在数控机床的维修与改造中具有较大的现实意义，值得认真探索、交流与推广。

　　数控机床特别是数控加工中心高精度、效率高的重要原因之一在于其一次装夹、多工序自动加工，而实现这一功能的关键在于自动换刀装置。由于自动换刀装置工作频度高、控制机构复杂，包括刀库、刀具交换以及驱动等部分，因此出现故障的几率也大，在数控机床的维修中占有相当大的比例。了解其结构特点与控制机理，熟悉换刀的动作流程，总结归纳常见故障现象、原因及解决措施，借鉴相关维修实例，有助于快速、准确地诊断并排除故障，提高维修工作的质量与效率。

数控机床自动换刀功能的实现有多种方式，如多主轴换刀、双主轴换刀、转塔头式换刀、斗笠式换刀及机械手换刀等。按是否由机械手换刀可将其分为两类：无机械手换刀（如斗笠式）大多依靠主轴与刀库间的轴向相对运动实现拔刀与插刀，换刀时刀库移至换刀位置，主轴先将刀具还回刀库换刀位的空刀座上，然后刀库旋转使下一工序所需刀具进入换刀位置，主轴再从刀库取走新的刀具，还刀和取刀两个动作只能分步进行，加之主轴的轴向运动以及刀库的移动和转动，因此换刀时间长，加工效率低，刀库的容量也较小；目前数控机床更多采用的是机械手换刀，利用机械手快速、准确地对调刀库中换刀位与主轴上的刀具，还刀、取刀同时进行，换刀时间大大缩短，而且刀库容量不受换刀机构限制。 刀库按刀具的布局可分为盘式、链式和格子式三种。盘式刀库刀具呈圆周状分布，链式刀库刀具布置在链条的各个环节上，格子式刀库刀具纵横排列。盘式刀库空间利用率低、容量小，一般用于小型加工中心。链式与格子式刀库空间利用率高、容量大，用于中型与大型数控加工中心。刀库的作用不仅是存放加工过程中所需要的刀具，还负责把下一工序所要使用的刀具准确地送到换刀位置。

　刀具交换装置的驱动方式有液压、伺服和交流异步电动机驱动三种。液压驱动需要足够的液压动力，且运动的速度和准确性受油质、油压、油温及环境等因素影响，一般用于不需要频繁换刀的大中型机床。伺服电动机驱动的换刀装置换刀速度快、精度高、稳定性强，但成本较高。交流异步电动机驱动的换刀装置，借助凸轮机构，换刀速度快、定位准、稳定性高、连贯性好且成本低，广泛用于频繁换刀的中小型加工中心。