鋁合金缸蓋加工中心換刀系統(tǒng)故障分析

王 雷

（利勃海爾(中國)有限公司，上海 200131）

鋁合金缸蓋加工中心的刀庫換刀系統(tǒng)是加工中心的一個主要特點，自動換刀裝置是保證鋁合金缸蓋加工中心多工序加工的基本條件。為了滿足鋁合金加工過程的高效，高速，高穩(wěn)定性的要求，對刀庫系統(tǒng)的設(shè)計要求很高，屬于機床制造廠家的核心技術(shù)機密。

1 刀庫換刀系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

（1）換刀程序與執(zhí)行結(jié)構(gòu)。Mazak鋁合金加工中心刀庫換刀系統(tǒng)控制程序兩套：隨機還刀選刀程序和固定地址還刀選刀程序，圖1。固定地址換刀程序在任何時候，刀套號與刀具號始終保持靜態(tài)對應(yīng)關(guān)系，如5號刀套中始終是5號刀。隨機換刀程序刀具號與刀套號為動態(tài)對應(yīng),系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)表存儲、刷新與讀寫動態(tài)更新對應(yīng)關(guān)系,即刀具表中刀套號是固定的。涉及到的主要硬件有FANUC 18I-M數(shù)控系統(tǒng)、安川矢量位置控制變頻器、主軸Spindle，刀庫Magazine、滑座Shifter（又稱中間套）、ATC換刀臂以及刀庫電機。

圖1 換刀系統(tǒng)程序結(jié)構(gòu)圖

（2）鋁合金缸蓋加工程序運行機理。由于對鋁合金缸蓋的加工，隨機換刀程序刀具刀套的動態(tài)對應(yīng)關(guān)系，需要調(diào)用P147自動換刀子程序、P221檢索數(shù)據(jù)表子程序，P222讀取刀具地址子程序、P223注冊刀具號子程序，P100刀庫旋轉(zhuǎn)定位子程序、數(shù)據(jù)搜尋（DSCHB）、數(shù)據(jù)檢索與傳送（XMOVB）指令完成映射數(shù)據(jù)表的讀寫尋址、讀寫等。運行流程如圖3。

圖2 換刀系統(tǒng)執(zhí)行機構(gòu)

圖3 換刀動作順序與信號流圖

2 MAZAK刀庫換刀系統(tǒng)故障分析與維修

當我們深入了解刀庫換刀系統(tǒng)的動作順序與信號流程的關(guān)系與脈絡(luò)后，就可以有針對性地解決一些平時看起來比較復(fù)雜的疑難故障。

2.1 鋁合金缸蓋加工過程常見電氣故障診斷

（1）“AL062 CANNOT SELECT TOOL”（ 不 能 選 刀 ）報警。在對鋁合金缸蓋進行加工時，通過反查換刀選刀程序可以知道，這個報警可能由三種情況引起：第一種情況，當?shù)稁斓短酌钪噶畹臄?shù)據(jù)大于刀庫最大容量時，即CDMGPK＞MAXTNO.D2500。如果是這個原因引起報警，就應(yīng)該分別檢查CDMGPK與MAXTNO.D2500的值，當檢查CDMGPK時，首先考慮程序是運行在隨機換刀還是固定地址換刀狀態(tài)，因為這兩種情況下，CDMGPK數(shù)據(jù)的來源是不同的。如果是隨機換刀，如果是固定地址選刀狀態(tài)，數(shù)據(jù)的傳遞過程如下：T-CODE＞CDTN01＞CDTN03＞CDMGPK反查這條數(shù)據(jù)鏈可以知道數(shù)據(jù)出錯原因。

第二種情況，是MAXTNO D2500出現(xiàn)了問題，當PMC參數(shù)出現(xiàn)問題時會改變刀庫最大容量的設(shè)置，當這種改變使刀庫容量變小時，現(xiàn)在是16把刀容量，這時就會出現(xiàn)CDMGPK＞MAXTNO D2500，出現(xiàn)報警。第三種情況，CDMGPK=0時也出現(xiàn)報警，因為刀庫的刀套中沒有0空刀套，所以如果出現(xiàn)這種情況，應(yīng)該分別按照第一種情況的隨機、固定兩種數(shù)據(jù)傳送途徑分別分析。

（2）A24.0“刀具搜索失敗”。在執(zhí)行鋁合金缸蓋加工時，在對選刀過程要具有隨機性，曾經(jīng)出現(xiàn)過“A24.0”即“刀具搜索失敗”，通過對隨機選刀換刀程序的分析，發(fā)現(xiàn)A24.0報警與R219.6“NO DATA”中間繼電器有關(guān)，當它變?yōu)?時，在其他輔助條件下（刀庫搜索新刀具命令），使A24.0變?yōu)?引發(fā)報警。R219.6是在執(zhí)行“DSCHB”即數(shù)據(jù)表搜索指令時產(chǎn)生的，進一步的分析可以知道，當?shù)稁爝x刀時會用到這個指令，在數(shù)據(jù)表中搜索目標刀具，如果發(fā)現(xiàn)目標刀具，就把它在數(shù)據(jù)表中地址傳給D2508，再將D2508內(nèi)容傳給刀庫刀套指令即CDMGPK，使刀庫按照此命令進行旋轉(zhuǎn)搜索目標刀具，進行選刀并定位。

（3）鋁合金缸蓋表面損傷及控制方法。鋁合金缸蓋損傷形式主要包括：缸蓋頂面損傷、缸蓋地面損傷、缸蓋前后端面損傷等等。根據(jù)鋁合金缸蓋表面損傷的形式不同，缸蓋的損傷措施分為一下幾種：①原因分析。鋁合金缸蓋頂面在加工中心精心加工之后，頂面的粗糙度要求要小于Ra1.6，如果表面存在輕微碰撞，將影響零件的表面粗糙度，嚴重的情況下竟會造成缸蓋頂面與缸蓋罩密封不嚴導(dǎo)致缸蓋泄露現(xiàn)象的發(fā)生。②控制方法。要每個月對鋁合金缸蓋清洗機滾到進行檢查并調(diào)整，在輸送桿上包裹著塑料，防止輸送桿壓傷零件。

2.2 常見機械故障診斷

（1）第二參考點位置偏移引起的換刀故障。當主軸與滑座交換刀具時，必須回到第二參考點的位置，第二參考點就是主軸的換刀點，但如果由于某種原因使第二參考點發(fā)生位置偏移時，就會使主軸還刀給ATC換刀臂時發(fā)生位置誤差，不能準確的交接，刀具與ATC機械手抓刀部位不能準確的吻合，發(fā)出大的聲響，嚴重的情況下，會發(fā)生掉刀的事故，這時就應(yīng)該重新調(diào)整換刀點。

（2）滑座與ATC換刀臂的位置偏差引起的換刀故障。使ATC換刀臂處于等待位置，手動使滑座下降到位，此時處于交接刀的位置，用特制心軸測試滑座刀套的中心孔與ATC換刀臂中心孔是否重合，如果不重合，可以根據(jù)上下左右的偏差調(diào)整滑座的位置知道重合為止。調(diào)整完后還可以用抓取刀套柄來驗證。

（3）刀庫刀套與滑座刀套在換刀位置處的位置偏差。首先在滑座刀套上安裝特制的刀柄，上升至刀庫側(cè)觀察與刀庫刀套的配合是否順暢，如果有較大且不正常的響聲，說明二者的相對位置有偏差，這時可以進行刀庫的零點補償，方法是根據(jù)偏差的角度進行相應(yīng)的補償，補償后用心軸檢查是否同心，再用特制刀柄進行實驗，如果已經(jīng)達到了補償?shù)臉O限還不能調(diào)整好時，可以調(diào)整刀庫零點減速接近開關(guān)，直到調(diào)整完成。