數(shù)控機床自動換刀裝置故障維修

劉建國，劉 鑫

（首都航天機械有限公司，北京 100076）

0 引言

加工中心是由機械設(shè)備與數(shù)控系統(tǒng)組成，適用于加工復(fù)雜零件的高效自動化設(shè)備。其最大的特色在于換刀裝置，它是加工中心的重要組成部分，也是故障率最高的部分，約有50%的故障與換刀裝置有關(guān)。加工中心的刀庫最常見形式為斗笠式，和圓盤式。

1 斗笠式刀庫動作流程

執(zhí)行指令M06 T**，判斷主軸上是否有刀具，①主軸無刀具，Z軸移至第一參考點，刀庫旋轉(zhuǎn)到目標(biāo)刀位，刀庫向主軸平行移動，當(dāng)?shù)稁煲苿拥街鬏S正下方時，主軸刀具松開，Z軸移動至第二參考點，主軸刀具夾緊，刀庫退回原始位置，換刀完成，如圖1所示；②主軸有刀具，Z軸移動至第二參考點，刀庫旋轉(zhuǎn)到目標(biāo)刀位，刀庫向主軸平行移動，主軸刀具松開，Z軸移動至第一參考點，次步驟為還刀動作，其余動作流程同主軸無刀抓刀過程，如圖2所示。

圖1 主軸無刀抓刀

圖2 主軸有刀抓刀

2 斗笠式刀庫故障總結(jié)

2.1 執(zhí)行換刀指令后刀庫不向右移（主軸端）

原因分析。①主軸沒有定位信號；②刀庫原始位、刀庫右位（主軸端）開關(guān)沒有到位；③氣缸本身有問題；④氣源壓力不夠不能推動氣缸；⑤主軸刀具夾緊/松開開關(guān)沒有到位。

2.2 刀庫能向右移動，但主軸不能松刀

原因分析。①主軸定位信號丟失；②主軸刀具松開氣缸有問題；③刀庫右位（主軸端）開關(guān)沒有到位或丟失。

2.3 換刀過程中有異響

原因分析。①刀庫向右（主軸端）位置與Z軸第二參考點位置沒有調(diào)校好；②主軸定位位置設(shè)定不準(zhǔn)確；③主軸刀具夾緊/松開機械故障。

3 圓盤式刀庫動作流程

執(zhí)行指令M06 T**，數(shù)據(jù)檢索指令刀的位置，刀庫停止旋轉(zhuǎn)，刀套向下，刀臂扣刀，拔刀、刀具交換、插刀，刀臂回刀原始位置，刀套向上，進行數(shù)據(jù)交換（由于時隨即換刀，刀具交換后要將指令刀數(shù)據(jù)與主軸刀數(shù)據(jù)交換，主軸刀數(shù)據(jù)與當(dāng)前刀套號數(shù)據(jù)交換），換刀完成。換刀具體動作如圖3所示。

圖3 盤式換刀

4 圓盤式刀庫故障總結(jié)

4.1 刀套垂直不能到位、換刀時刀掉落、刀套被撞壞

原因分析。①氣缸行程不夠。②氣缸電磁閥故障。③氣缸內(nèi)部問題（活塞密封不嚴(yán)）。④刀套內(nèi)部夾刀力不夠，換刀時刀具掉落。⑤刀套沒有水平就旋轉(zhuǎn)刀庫造成撞擊。

4.2 刀盤電機不能正常轉(zhuǎn)動或是不停旋轉(zhuǎn)

原因分析。①電機動力線電壓不正常。②刀盤電機過載空開跳閘。③刀套感應(yīng)開關(guān)（計數(shù)信號/定位信號）故障導(dǎo)致刀盤一直旋轉(zhuǎn)。

4.3 刀臂扣刀不到位或不扣刀

原因分析。①扣刀到位開關(guān)故障。②刀套沒有在水平位置。③主軸沒有定位。

4.4 刀臂拔刀、交換刀具、插刀不正常

原因分析。①主軸刀具松開信號沒到位。②刀臂刀具交換位信號沒到位。

4.5 刀臂不能回原點

原因分析。①主軸刀具夾緊信號沒到位。②刀臂交換位信號沒到位。

4.6 刀庫數(shù)據(jù)錯亂（亂刀）

原因分析。①刀套計數(shù)信號故障。②換刀過程中緊急停止、復(fù)位或意外斷電。

4.7 換刀時有異響

原因分析。①刀庫基準(zhǔn)位置沒調(diào)整好。②Z軸換刀點位置設(shè)定有偏差。③主軸定位位置不準(zhǔn)確。④主軸刀具夾緊/松開故障。⑤機械臂本身變形。

5 維修實例

故障1。某立式加工中心VMC-750E在換刀完成后出現(xiàn)報警，加工程序中止，據(jù)操作者所述在執(zhí)行換刀指令時有時正常有時會出現(xiàn)報警。單獨執(zhí)行M06 T3，機床正常換刀無異常，執(zhí)行M06 T4，將3號刀還刀回庫，抓取4號刀，正常完成但有報警，報警復(fù)位清除后，執(zhí)行M06 T6，Z軸移動到第一參考點，刀庫向右（主軸端），主軸刀具就松開了導(dǎo)致刀具掉到工作臺上。

原因分析：此刀庫換刀方式為斗笠式，在執(zhí)行T3時，主軸上有刀，先還刀回庫，在抓取目標(biāo)刀具T4，一切正常，而在更換T6刀具時，Z軸移動到第一參考點，然后刀具松開，正常動作應(yīng)該是先將T4刀具還刀回庫，然后在進行抓取目標(biāo)刀具T6，根據(jù)上述邏輯動作懷疑是主軸刀具信號故障，因為只有在主軸上無刀的情況下執(zhí)行換刀程序，Z軸才回先移動到第一參考點，然后在松刀。查找PLC信號SYSTEM—PLC—PLCDGN——STATUS發(fā)現(xiàn)主軸刀具信號共有3個X1000.1刀具夾緊信號、X1000.2刀具松開信號、X1000.7主軸上是否有刀信號。在主軸上有刀的情況下，用手轉(zhuǎn)動主軸發(fā)現(xiàn)信號X1000.7總是0和1變化，所以造成有時換刀正常有時會出現(xiàn)故障，在通過SYSTEM—PLC—PLCLAD進入梯形圖1進行分析，如圖4所示。

圖4 梯形圖1

當(dāng)主軸上沒有有刀夾緊時，X1000.1和X1000.7同時為1，當(dāng)主軸上有刀夾緊時，X1000.1為1，X1000.7為0。

由梯形圖1可看到當(dāng)主軸上沒有刀具夾緊時，X1000.1與X1000.7同時為1，然后導(dǎo)通R123.5，R123.5觸發(fā)傳送功能模塊將數(shù)據(jù)D361傳送到數(shù)據(jù)D420（主軸刀號）中，數(shù)據(jù)D361中值為0，所以，當(dāng)主軸無刀夾緊的時候會將主軸刀號數(shù)據(jù)直接改寫為0，當(dāng)執(zhí)行換刀指令進行時回判斷主軸是否有刀，主軸無刀R501.1導(dǎo)通，所以在執(zhí)行換刀時軸Z軸移動刀第一參考點然后松刀掉刀。

故障處理：將主軸刀具檢測開關(guān)向下微調(diào)后，手動旋轉(zhuǎn)主軸測試后，連續(xù)多次換刀無故障，機床恢復(fù)生產(chǎn)。

故障2。某龍門銑床GDM1230在換刀過程中出現(xiàn)報警：ATC COUNTER ERROR，刀套垂直，機床停止動作。從新將刀套水平復(fù)位后，多次執(zhí)行換刀指令，有時換刀動作正常完成，有時則會出現(xiàn)如上現(xiàn)象。

原因分析：換刀動作中途暫停是因為計數(shù)器計數(shù)錯誤的報警引起的，通過查看電路圖紙發(fā)現(xiàn)該設(shè)備有計數(shù)信號X6.0和刀庫定位信號X6.1，并在盤式刀庫的內(nèi)側(cè)找到這2個感應(yīng)開關(guān)，如圖5所示。

圖5 圓盤刀庫結(jié)構(gòu)

通過面板按鍵SYSTEM-PMC，然后軟鍵PMCPRM—COUNTER查看計數(shù)器數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，2號計數(shù)器數(shù)據(jù)為13，3號計數(shù)器數(shù)據(jù)為11，進入梯形圖2后查找2個計數(shù)器，如圖6所示。

圖6 梯形圖2

由圖6可以看出當(dāng)?shù)稁煨D(zhuǎn)時會同時觸發(fā)計數(shù)其信號和刀庫定位信號，2個信號同步（圖5），機床廠家將2個信號都進行了計數(shù)觸發(fā)，當(dāng)2個計數(shù)器數(shù)據(jù)一樣時R431.6導(dǎo)通，從而斷開計時器。當(dāng)2個計數(shù)如果不一樣時，R431.6常閉會觸發(fā)計時器，延時后就會導(dǎo)通A5.1產(chǎn)生報警：ATC COUNTER ERRORR。

故障處理：跟據(jù)刀盤的實際位置修改錯誤計數(shù)器3與計數(shù)器2相同值，從新復(fù)位后，經(jīng)過多次換刀動作還會偶爾出現(xiàn)報警，查看定位信號感應(yīng)開關(guān)，發(fā)現(xiàn)其有些松動造成偶發(fā)性計數(shù)錯誤，將開關(guān)位置調(diào)整后緊固，反復(fù)驗證換刀動作與計數(shù)器正常，機床恢復(fù)生產(chǎn)。

6 結(jié)束語

自動換刀裝置的工作過程是邏輯順序，每一動作完成后，都需要反饋信號給系統(tǒng)確認，得到確認才能開始下一個動作。大多數(shù)情況是缺少執(zhí)行下一換刀動作的條件，因此排除這類故障，需要熟悉自動換刀順序，清楚各開關(guān)的位置，然后對照PLC梯形圖重點檢查相關(guān)位置檢測開關(guān)以及控制下一動作的電磁閥工作是否正常，從而判斷故障所在。