斗笠式刀庫動作過程分析

王　玲

摘要：加工中心可將銑、鏜、鉆、鉸、攻螺紋等多項功能集于一身，大大提高了生產(chǎn)效率。換刀裝置(ATC)是加工中心的重要組成部分，也是加工中心故障率最高的部分，約有50％的機床故障與換刀裝置有關(guān)。斗笠式刀庫是加工中心比較常見的一種換刀裝置，在本文中，我結(jié)合自己的工作經(jīng)驗，對斗笠式刀庫的動作過程及換刀過程中容易出現(xiàn)的故障進行了簡要的分析和說明。

關(guān)鍵詞：加工中心ATC斗笠式刀庫動作過程故障分析

0引言

加工中心的一個很大優(yōu)勢在于它有ATC裝置，使加工變得更具有柔性化。加工中心常用的刀庫有斗笠式、凸輪式、鏈條式等，其中斗笠式刀庫由于其形狀像個大斗笠而得名，一般存儲刀具數(shù)量不能太多，10～24把刀具為宜，具有體積小、安裝方便等特點，在立式加工中心中應(yīng)用較多。

1斗笠式刀庫的動作過程

斗笠式刀庫在換刀時整個刀庫向主軸平行移動，首先，取下主軸上原有刀具，當主軸上的刀具進入刀庫的卡槽時，主軸向上移動脫離刀具：其次主軸安裝新刀具，這時刀庫轉(zhuǎn)動，當目標刀具對正主軸正下方時，主軸下移，使刀具進入主軸錐孔內(nèi)，刀具夾緊后，刀庫退回原來的位置，換刀結(jié)束。刀庫具體動作過程如下：

1.1刀庫處于正常狀態(tài)，此時刀庫停留在遠離主軸中心的位置。此位置一般安裝有信號傳感器(為了方便理解，定義為A)，傳感器A發(fā)送信號輸送到數(shù)控機床的PLC中，對刀庫狀態(tài)進行確認。

1.2數(shù)控系統(tǒng)對指令的目標刀具號和當前主軸的刀具號進行分析。如果目標刀具號和當前主軸刀具號一致，直接發(fā)出換刀完成信號。如果目標刀具號和當前主軸刀具號不一致，啟動換刀程序，進入下一步。

1.3主軸沿Z方向移動到安全位置。一般安全位置定義為Z軸的第一參考點位置，同時主軸完成定位動作，并保持定位狀態(tài)；主軸定位常常通過檢測主軸所帶的位置編碼器一轉(zhuǎn)信號來完成。

1.4刀庫平行向主軸位置移動。刀庫刀具中心和主軸中心線在一條直線上時為換刀位置，位置到達通過信號傳感器(B)反饋信號到數(shù)控系統(tǒng)PLC進行確認。

1.5主軸向下移動到刀具交換位置。一般刀具交換位置定義為Z軸的第二參考點，在此位置將當前主軸上的刀具還回到刀庫中。

1.6刀庫抓刀確認后，主軸吹氣松刀。機床在主軸部分安裝松刀確認傳感器(C)，數(shù)控機床PLC接收到傳感器C發(fā)送的反饋信號后，確認本步動作執(zhí)行完成，允許下一步動作開始。

1.7主軸抬起到Z軸第一參考點位置。此操作目的是防止刀庫轉(zhuǎn)動時，刀庫和主軸發(fā)生干涉。

1.8刀庫旋轉(zhuǎn)使能。數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出刀庫電機正／反轉(zhuǎn)啟動信號，啟動刀庫電機的轉(zhuǎn)動，找到指令要求更換的目標刀具，并使此刀具位置的中心與主軸中心在一條直線上。

1.9主軸沿下移到Z軸的第二參考點位置，進行抓刀動作。

1.10主軸刀具加緊。加緊傳感器(D)發(fā)出確認信號。

1.11刀庫向遠離主軸中心位置側(cè)平移，直到PLC接收到傳感器A發(fā)出的反饋確認信號。

1.12主軸定位解除，換刀操作完成。

刀庫僅有以上四個傳感器是不夠的，為了保證數(shù)控機床的安全，保證刀庫的換刀順利完成，在斗笠式刀庫中一般還安裝刀庫轉(zhuǎn)動到位確認傳感器(E)，保證刀庫轉(zhuǎn)動停止時，刀具中心線位置和主軸中心線在一條直線上。

2斗笠式刀庫換刀過程常見故障分析

數(shù)控機床刀庫部分故障率相對較高，根據(jù)以往的工作經(jīng)驗，對斗笠式刀庫在換刀過程中常見故障現(xiàn)象及原因總結(jié)以下幾條：

例1故障現(xiàn)象：數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出換刀指令，刀庫不動作。

原因分析：①檢查機床的操作模式是否正確?機床是否鎖住狀態(tài)?指令是否正確?這些原因雖然簡單，但也是初學(xué)者容易犯的錯誤：②檢查數(shù)控機床的壓縮空氣，檢查空氣的氣壓是否在要求范圍內(nèi)?一般數(shù)控機床常用的壓縮空氣壓力在0.5MP—0.6MP之間，如果所提供的壓縮空氣壓力低于這個范圍，刀庫在換刀過程中由于壓力不夠，造成不動作；③檢查刀庫的初始狀態(tài)是否正常，即檢查傳感器A、E的狀態(tài)是否良好?輸送到數(shù)控系統(tǒng)PLC的入口信號是否正確?可以通過數(shù)控系統(tǒng)提供的PLC地址診斷功能幫助檢查。

例2故障現(xiàn)象：刀庫移動到主軸中心位置，但不進行接下的動作。

原因分析：①檢查刀庫到主軸側(cè)的確認信號傳感器B、E是否良好?發(fā)送到數(shù)控系統(tǒng)PLC中的信號狀態(tài)是否正常?此故障現(xiàn)象多由于傳感器不良造成；②如果傳感器狀態(tài)及信號都正常，請檢查主軸刀具是否加緊?③檢查主軸定位是否完成?④確認第一參考點返回是否完成?

例3故障現(xiàn)象：刀庫從主軸取完刀，不旋轉(zhuǎn)到目標刀位。

原因分析：一般刀庫的旋轉(zhuǎn)電機為三相異步電動機帶動，如果發(fā)生以上故障，要進行以下檢查：①參照機床的電氣圖紙，利用萬用表等檢測工具檢查電機的啟動電路是否正常?②檢查刀庫部分的電源是否正常?交流接觸器與開關(guān)是否正常?一般刀庫主電路部分的動力電源為3相交流380V電壓，交流接觸器線圈控制部分的電源為交流110V或直流24V，檢查此部分的電路并保證電路正常：③如果在保證以上部分都正常的情況下，檢查刀庫驅(qū)動電機是否正常?④如果以上故障都排除，請考慮刀庫機械部分是否有干涉的地方?刀庫旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機和刀庫的連接是否脫離?

例4故障現(xiàn)象：主軸抓刀后，刀庫不移回初始位置。

原因分析：①檢查氣源壓力是否在要求范圍?②檢查刀庫驅(qū)動電機控制回路是否正常?刀庫控制電機正、反轉(zhuǎn)實現(xiàn)刀庫的左、右平移，如果反轉(zhuǎn)控制部分故障，容易出現(xiàn)以上故障；③檢查刀庫控制電機：⑧檢查主軸刀具抓緊情況，主軸刀具抓緊通過加緊傳感器D發(fā)出回饋信號到數(shù)控系統(tǒng)，如果數(shù)控系統(tǒng)接受不到傳感器D發(fā)送的加緊確認信號，刀庫不執(zhí)行下面的動作；④檢查刀庫部分是否存在機械干涉現(xiàn)象。

加工中心采用斗笠式刀庫換刀，一般刀庫的平移過程通過汽缸動作來實現(xiàn)，所以在刀庫動作過程中，保證氣壓的充足與穩(wěn)定非常重要，操作者開機前首先要檢查機床的壓縮空氣壓力，保證壓力穩(wěn)定在要求范圍內(nèi)。對于刀庫出現(xiàn)的其他電氣問題，維修人員參照機床的電氣圖冊，通過分析斗笠式刀庫的動作過程，一定能找出原因，解決問題，保證設(shè)備的正常運轉(zhuǎn)。