一、自動換刀裝置的形式

　　自動換刀裝置是數控機床的重要執行機構，它的形式多種多樣，目前常見的有以下幾種：

　　1．回轉刀架換刀；　　2．排式刀架換刀；　　3．更換主軸頭換刀；　　4．帶刀庫的自動換刀系統

　　在這里我對數控機床常見的這幾種換刀系統逐一介紹，首先介紹一下回轉刀架換刀系統。

二、回轉刀架

　　數控機床使用的回轉刀架是比較簡單的自動換刀裝置，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。

　　回轉刀架必須具有良好的強度和剛度，以承受粗加工的切削力：同時要保證回轉刀架在每次轉位的重復定位精度。下面我們結合一臺四工位的四方刀架了解一下其換刀過程及原理。并結合換刀原理分析一下四方刀架的常見故障現象及原因。常見機床四方刀架如圖一（左）。

圖一

　　數控機床刀架或刀庫是由機床PLC來進行控制，對于普通的四工位刀架來說，控制比較簡單，一般用于普通的車床。我們分析車床刀架的控制原理其實就是指刀架的整個換刀過程，刀架的換刀過程其實是通過PLC對控制刀架的所有I/O信號進行邏輯處理及計算。實現刀架的順序控制。另外為了保證換刀能夠正確進行，系統一般還要設置一些相應的系統參數來對換刀過程進行調整。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是刀架控制的強電部分，主要是控制刀架電機的正轉和反轉，來控制刀架的正轉和反轉；圖b是刀架控制的交流控制回路，主要是控制兩個交流接觸器的導通和關閉來實現a中的強電控制；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，整個過程的控制最終是由這個模塊來完成的。

　　圖中各器件的作用如下：

　　序號 名稱 含義　　1 M2 刀架電動機　　2 QF3 刀架電動機帶過載保護的電源空開　　3 KM5、KM6 刀架電動機正、反轉控制交流接觸器　　4 KA1 由急停控制的中間繼電器　　5 KA6、KA7 刀架電動機正、反轉控制中間繼電器　　6 S1~S4 刀位檢測霍爾開關　　7 SB11 手動刀位選擇按鈕　　8 SB12 手動換刀啟動按鈕　　9 RC3 三相滅弧器　　10 RC9、RC10 單相滅弧器

　　自動刀架控制涉及到的I/O信號如下：

　　PLC輸入信號：

　　X2.7：刀架電動機過熱報警輸入；　　X3.0~X3.3：1~4號刀到位信號輸入；　　X30.6：手動刀位選擇按鈕信號輸入；　　X30.7：手動換刀啟動按鈕信號輸入；

　　PLC輸出信號：

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

　　我們現在已經清楚了刀架控制的I/O信號，下面我們結合這些信號來分析一下換刀過程，刀架換刀有兩種模式，一種是手動換刀，一種是通過T指令進行自動換刀。我們以手動狀態為例，介紹一下換刀過程及常見故障。

　　1、首先我們將機床調至手動狀態，通過刀位選擇按鍵進行目的刀位選擇，有的系統是利用波段開關的形式進行實現，有的系統是利用記數的形式來實現，比如說通過檢測刀位選擇信號（X30.6）的狀態，如果按下刀位選擇按鍵，X30.6的狀態應該會改變一次，計數器的數值會發生改變，系統選擇的目的刀具也會發生相應的改變。

　　2、選擇目的刀具完成以后，下面就是將機床刀架的當前刀位轉換到目的刀位。我們按下刀位轉換按鍵X30.7以后。這時系統PLC輸出一個刀架正轉信號Y0.6，KA6吸合；KM5吸合，這時刀架電機開始正向旋轉，刀架開始正轉。

　　3、刀架在正向旋轉的過程中不停的對刀位輸入信號進行檢測，如圖3所示，每把刀具各有一個霍爾位置檢測開關。各刀具按順序依次經過發磁體位置產生相應的刀位信號。當產生的刀位信號和目的刀位寄存器中的刀位相一致的時候，PLC認為所選刀具已經到位。

圖3

　　4、刀具到位以后，刀架仍繼續正向旋轉一段時間，然后停止正向旋轉（Y0.6停止輸出），延時一段時間以后，刀架反轉控制信號Y0.7有效，此時刀架開始反轉，反轉過程其實就是刀架鎖緊的過程，此過程延續一段時間，直到刀架鎖緊到位，但反轉時間不宜過長或過短。過長就有可能燒壞電機或造成電機過熱空開跳閘，時間過短有可能造成刀架不能夠鎖緊。刀架鎖緊以后，整個換刀過程結束。

　　安全互鎖

　　1、架電動機長時間旋轉，而檢測不到刀位信號，則認為刀架出現故障，立即停止刀架電動機，以防止將其損壞并報警提示；

　　2、刀架電動機過熱報警時，停止換刀過程，并禁止自動加工；

　　我們現在已經對此種刀架的換刀原理有所了解，那么對于此種刀架在工作過程中常見的一些故障我們應該很容易分析出他的原因。常見的故障現象如下：

　　故障現象一：選擇了目標刀位，按下刀位轉換按鈕以后，電動刀架不轉；

　　故障現象二：選擇了目標刀位，按下刀位轉換按鈕以后，電動刀架轉個不停；

　　我們現在就以這兩種比較典型的故障現象來分析一下故障原因，希望大家有所收獲，比如故障現象一；這是比較常見的一種故障現象，出現此現象后我們應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了解了換刀的整個過程， 如圖四，如果刀架不動，我們應該怎么樣去檢修呢？

　　1、首先我們可以利用現象比較明顯，比較容易觀察到的地方來進行判斷，在這里我們可以把接觸器作為一個特殊點，以接觸器為分界點，作出一個初步判斷，可以觀察一下接觸器是否動作，如果接觸器動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。那么問題應該在⑤ 或 ⑥上，具體原因如下：

　　1）電機電源缺相或電壓過低；

　　2）接觸器主觸點被燒壞或接觸不良；

　　3）刀架電機電源相序錯，造成電機旋轉方向發生改變，刀架選刀的過程變成刀架鎖緊的過程；

　　4）電機被燒壞；

　　5）刀架鎖得太緊或被機械卡死等。

　　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已經動作，那么可以測量一下KM5線圈有沒有燒壞，控制電纜有沒有斷線，KA6的觸點接觸是否良好。

　　2）如果KA6沒有動作，可以通過觀察PLC的輸入輸出寄存器的狀態來確定刀架正轉信號Y0.6是否有輸出，如果有輸出，可以檢測一下繼電器KA6線圈是否被燒壞，PLC輸出板是否有問題，系統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