基于換刀流程圖的斗笠式刀庫故障維修

鄭英

(湖南交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南長沙410004)

立式加工中心通常采用斗笠式刀庫，由于其性價(jià)比較高，特別是在經(jīng)濟(jì)型立式加工中心上得到了廣泛的應(yīng)用。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，加工中心刀庫故障約占其故障總量的40% 以上［1］，其工作是否可靠與高效，直接關(guān)系到加工的生產(chǎn)效率與質(zhì)量。因此，探討加工中心用斗笠式刀庫的維修與保養(yǎng)具有現(xiàn)實(shí)意義。

1 斗笠式刀庫的一般換刀流程

各廠家生產(chǎn)的斗笠式刀庫結(jié)構(gòu)大同小異，其換刀工作流程基本上可用圖1 所示的流程圖來表示。換刀過程是從已存貯在NC 中的用戶數(shù)控程序(或MDI 方式下人工輸入的換刀指令)的換刀指令開始，共約14 步才能完成換刀的全過程。其中有判斷約8 次，報(bào)警約7 個(gè)。只有“機(jī)床在換刀點(diǎn)”判斷沒有報(bào)警，原因是該判斷與刀庫的工作關(guān)系不大，只與機(jī)床的坐標(biāo)及系統(tǒng)的參數(shù)有關(guān)。除“機(jī)床在換刀點(diǎn)”判斷外，其余7 次判斷不滿足時(shí)，均給出相應(yīng)的換刀報(bào)警號(hào)。

值得注意的是:不同廠家生產(chǎn)的機(jī)床，其機(jī)械結(jié)構(gòu)可能是不同的，但其刀庫要完成的基本動(dòng)作是相同或相似的，也就是流程圖中所描述的流程是相同或相似的，但其報(bào)警代號(hào)可能不同，通常由機(jī)床廠家根據(jù)需要確定。所以在使用此流程圖幫助維修斗笠式刀庫的故障時(shí)，應(yīng)只用文中的維修思想或方法，不一定用具體的內(nèi)容。

圖1 斗笠式刀庫一般換刀流程圖

2 故障維修實(shí)例

2.1 故障實(shí)例刀庫簡介

現(xiàn)以長征機(jī)床廠生產(chǎn)的立式加工中心(型號(hào)為KVC1200)為例，運(yùn)用前述換刀流程圖來探討其在使用過程中刀庫的常見故障及維修方法。

該機(jī)床采用的是臺(tái)灣吉輔生產(chǎn)的T 型斗笠式刀庫，庫容20 把，無換刀機(jī)械手，采用固定刀座號(hào)的編碼方式。對(duì)于此類刀庫，主軸內(nèi)刀具必須放回刀庫后才能取下一把刀。其換刀流程如圖1 所示。

該斗笠式刀庫換刀故障有兩種不同的形式:第一種故障屬于刀庫初始化故障，形式是主軸內(nèi)的刀具號(hào)與刀庫換刀位置對(duì)應(yīng)的刀座號(hào)不相對(duì)應(yīng)，換刀動(dòng)作一切正常，這種故障一般為軟故障;另一種故障形式是主軸內(nèi)的刀具號(hào)與刀庫換刀位置對(duì)應(yīng)的刀座號(hào)相對(duì)應(yīng)，但換刀動(dòng)作不能完成，即換刀過程到某一步后突然停止，不再往下執(zhí)行并報(bào)警。

2.2 典型故障案例

(1)主軸內(nèi)刀號(hào)與刀庫換刀位置刀座號(hào)不對(duì)應(yīng)(初始化故障)

由于斗笠式刀庫通常采用的是固定刀座號(hào)編碼，當(dāng)主軸內(nèi)有刀時(shí)，對(duì)應(yīng)刀具的刀座號(hào)應(yīng)正好在刀庫的換刀位置，但由于多種原因，可能使主軸內(nèi)的刀具號(hào)與換刀位置對(duì)應(yīng)的刀座號(hào)并不對(duì)應(yīng)。

分析流程圖可知:機(jī)床通常只能判斷主軸內(nèi)當(dāng)前刀號(hào)與數(shù)控程序所選刀號(hào)是否一致，如果數(shù)控程序所選刀號(hào)在主軸內(nèi)，將不會(huì)有換刀動(dòng)作，機(jī)床直接開始加工;當(dāng)數(shù)控程序所選刀號(hào)與主軸內(nèi)原有刀號(hào)不一致時(shí)，機(jī)床必先換刀。如果刀具并不取自對(duì)應(yīng)的刀座號(hào)時(shí)，機(jī)床將按流程正常工作，并不會(huì)出現(xiàn)任何報(bào)警，所有換刀動(dòng)作均能完成，這對(duì)加工來說，將根本不能完成加工任務(wù)甚至直接導(dǎo)致加工產(chǎn)品報(bào)廢。特別應(yīng)注意的是:當(dāng)數(shù)控程序所選刀號(hào)與主軸內(nèi)原有刀號(hào)不一致時(shí)機(jī)床去換刀，如果刀庫內(nèi)在換刀位置的刀座號(hào)內(nèi)又有一把刀，這一現(xiàn)象絕不允許發(fā)生，一旦發(fā)生對(duì)刀庫來說將是破壞性的損壞。

圖2 描述的是該機(jī)床經(jīng)常出現(xiàn)的故障之一，即在開機(jī)后換刀時(shí)，程序里規(guī)定的刀號(hào)并不取自于對(duì)應(yīng)的刀座號(hào)，而是與對(duì)應(yīng)的刀座號(hào)相差一個(gè)固定的差值。圖2 (a)中所示為1 號(hào)刀(方框中數(shù)字為刀具號(hào))進(jìn)入了5 號(hào)刀座(圓圈內(nèi)數(shù)字為刀座號(hào))，2 號(hào)刀進(jìn)入了6 號(hào)刀座，即順時(shí)針方向錯(cuò)開了4 個(gè)刀號(hào)。圖2(b)顯示1 號(hào)刀進(jìn)入了5 號(hào)刀座，20 號(hào)刀進(jìn)入了2號(hào)刀座，即刀庫的旋轉(zhuǎn)方向正好與要求的方向相反。

分析圖2 (a)可知:系統(tǒng)把5 號(hào)刀座當(dāng)成了1號(hào)刀座，6 號(hào)刀座當(dāng)成了2 號(hào)刀座，其余類推。很明顯，這種故障是因?yàn)榈蹲某跏蓟恢貌粚?duì)造成。解決的辦法是:將一號(hào)刀座手動(dòng)轉(zhuǎn)到換刀位置，重新將刀庫進(jìn)行初始化設(shè)置即可排除故障。

分析圖2 (b)可知:此時(shí)刀庫的旋轉(zhuǎn)方向剛好與正確的方向相反，這是由于刀庫旋轉(zhuǎn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向與要求的方向相反所致。解決的辦法是:先將刀庫旋轉(zhuǎn)電機(jī)的三相電源任意交換兩相，再將1 號(hào)刀座手動(dòng)轉(zhuǎn)到換刀位置，最后將刀庫進(jìn)行初始化設(shè)置即可排除故障。

圖2 程序刀號(hào)與刀座號(hào)不對(duì)應(yīng)故障圖

(2)主軸準(zhǔn)停后，刀庫伸出后不換刀

這是該機(jī)床經(jīng)常出現(xiàn)的故障，當(dāng)數(shù)控系統(tǒng)執(zhí)行換刀指令時(shí)，將按流程圖依次執(zhí)行各個(gè)步驟，到刀庫伸出到位檢查為止，機(jī)床不再往下動(dòng)作。

分析換刀流程圖可知，出現(xiàn)這一故障時(shí)，流程圖前面的判斷與選擇已經(jīng)完成，主軸已來到換刀點(diǎn)，并且實(shí)現(xiàn)了主軸準(zhǔn)停，也只有這些條件完成才具備刀庫動(dòng)作的條件。導(dǎo)致這一故障的直接原因可能是刀庫伸出有問題，故障原因主要包括刀庫伸出的位置是否到位、到位行程開關(guān)是否有效、到位信號(hào)是否傳回到PLC 3 種基本情況。

檢查與維修這一故障的第一件事是在機(jī)床參數(shù)中找到刀庫伸出到位信號(hào)地址，檢測(cè)地址中反饋的數(shù)據(jù)是否有效。方法是找到對(duì)應(yīng)的刀庫參數(shù)后，將刀庫人為地進(jìn)行伸出與收回操作，檢查刀庫參數(shù)是否在“0”與“1”間變動(dòng)，如果是，則說明此時(shí)刀庫伸出信號(hào)已能正確檢測(cè)，重啟系統(tǒng)應(yīng)能往下工作。如果刀庫到位參數(shù)沒能正確檢測(cè)，則應(yīng)檢查到位行程開關(guān)是否有效，如果確認(rèn)到位開關(guān)有效，但到位參數(shù)還是沒能正確檢測(cè)，則應(yīng)檢查從到位開關(guān)至PLC 信號(hào)采集模塊的連接線，一切正常后通常故障即可排除。

(3)主軸下移取刀，但當(dāng)主軸下移到下止點(diǎn)與刀庫內(nèi)刀具對(duì)準(zhǔn)后，主軸內(nèi)吹氣不停，不抓刀，主軸也不上移

對(duì)照流程圖1，到此步說明刀庫選刀已經(jīng)完成，下一步就是主軸下移準(zhǔn)備抓刀。根據(jù)故障現(xiàn)象，主軸內(nèi)錐面已經(jīng)與刀柄外錐面配合，且主軸內(nèi)吹出的壓縮空氣正把主軸內(nèi)錐孔表面與刀柄表面吹干凈，依流程圖可知，下一步應(yīng)為緊刀程序，即主軸內(nèi)的刀柄拉桿在蝶形彈簧的作用下上移，從而通過刀柄拉釘把刀具拉緊在主軸內(nèi)錐孔內(nèi)。

分析故障現(xiàn)象可知，問題出在主軸內(nèi)的刀柄拉桿沒有把刀具上的拉釘拉緊，或者沒有把拉緊信號(hào)傳給PLC，從而使主軸內(nèi)吹氣不斷。由于蝶形彈簧是在壓下氣缸的作用下把拉釘松開的，要想拉緊拉釘，必須使氣缸收回，從而使蝶形彈簧作用而拉緊拉釘，所以此時(shí)應(yīng)檢測(cè)氣缸能否正確回程。當(dāng)氣缸能正確回程后，蝶形彈簧自然就把拉釘拉緊，從而完成緊刀動(dòng)作，之后即執(zhí)行刀庫收回過程，然后繼續(xù)完成后續(xù)的換刀過程。

3 小結(jié)

從維修實(shí)例可知:依據(jù)斗笠式刀庫的工作流程圖，即可直接判斷故障可能指向的部位或過程，再結(jié)合機(jī)械與電氣原理，即可迅速完成刀庫故障的維修與保養(yǎng)。

［1］鄭英，劉讓賢，王艷．基于流程圖的加工中心模塊化數(shù)控編程［J］．組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù)，2007(1):97－99．

［2］FANUC 0i MC 維修手冊(cè)［M］．FANUC(中國)有限公司，2005．

［3］SIEMENS 802Dsl 參數(shù)說明書［M］．西門子自動(dòng)化(中國)有限公司，2007．