數(shù)控加工中心換刀系統(tǒng)故障排除分析

武超超

（吉利動力總成有限公司，浙江 義烏 322003）

在機械制造業(yè)的迅速發(fā)展下，數(shù)控加工中心通過刀具交換的形式實現(xiàn)了高效化的加工生產(chǎn)，但也由此給換刀系統(tǒng)提出了一定要求。由于加工中心加工零件工序繁多，要保證工件加工的可靠性，則需依照各工序提出的具體要求實現(xiàn)刀具順利交換，所以該系統(tǒng)對于加工中心具有極大的促進作用。當下這一系統(tǒng)雖然取得了良好的應用成就，但依然存在一些問題，系統(tǒng)故障率較高。因此，重點對其進行全面探究，分析相關故障的排除措施具有極大現(xiàn)實意義。

1 換刀系統(tǒng)概述

該系統(tǒng)的主要功能就是進行刀具交換和存儲，其中交換功能的實現(xiàn)主要依賴專門的換刀機構，具體流程為：數(shù)控系統(tǒng)先發(fā)出換刀指令，該機構直接抓回主軸中的已用刀具，并將其放回刀庫，這時該機構再從刀庫中抓出目標刀具，再裝夾在主軸上。整個過程中，刀庫刀具和主軸之間的相對位置要完全符合設計標準，在此影響下，自動換刀裝置的故障排除就成了整個加工中心換刀系統(tǒng)運行過程中亟需解決的關鍵問題。

當前應用最多的換刀方式就是機械換刀，即應用機械手對人換刀的具體動作進行模擬，整體較為靈活，可操作性也更強。但受到刀庫和主軸距離的影響，如果只使用該模式，則難以保證基本的換刀效率，對此則需通過PLC程序指令對刀庫動作進行控制，從而實現(xiàn)自動化交換。

2 故障排除措施

與其他設備相比較，該系統(tǒng)故障的出現(xiàn)和設備應用時間存在很大關系，主要包含早期故障、損耗故障和偶發(fā)性故障。其中早期故障是指系統(tǒng)在剛投入使用后發(fā)生的，最開始發(fā)生頻率較高，但后續(xù)會在使用時間的逐漸增加下慢慢下降。偶發(fā)性故障則是系統(tǒng)通過初期使用后，其元件通過老化、調(diào)整和磨合進入穩(wěn)定應用狀態(tài)，偶爾會產(chǎn)生一些故障，基本上是由外界因素引起的。損耗故障則是在長期應用下，未進行有效保養(yǎng)和維護而產(chǎn)生的老化故障，會在時間增加下不斷提升。

2.1 卡刀故障排除的基本思路

該系統(tǒng)中的主要部分為刀庫，在工件加工過程中，刀具不同其位置往往會受功能和容量的影響，導致刀庫呈現(xiàn)出鼓式和盤式兩種基本形式。加工工件時，如果要交換刀具，加工中心則直接根據(jù)系統(tǒng)參數(shù)將其準備到機械手位置以便隨時進行更換。其中最常見的故障就是卡刀，一旦發(fā)生就會引起機床報警，但如果沒有報警且也不移動，排除故障時則應從這幾方面著手：在油壓作用下使機械手處在松開狀態(tài)，確保換刀裝置能自由移動，如果該裝置無法移動，則需先檢查其液壓回路。在手動輸入程序控制模式下輸入換刀指令使其執(zhí)行具體的換刀動作，如果換刀裝置依然卡滯，則需檢查電機具體情況，如果裝置難以達到既定的動作要求則表示電機出現(xiàn)故障。這時可以通過手動的形式撥轉(zhuǎn)電機軸，查看相關部件是否流暢。一般情況下，該類部件都存在較為明顯的齒輪減速狀況，只要其發(fā)生故障，則可以直接看到故障點。如果有伺服故障同時換刀裝置也不移動，這時候必須以伺服單元LED的指示狀況對故障情況進行判斷，如果LED燈點亮，則需檢查保險絲等，如果沒有點亮，則需對電機伺服驅(qū)動模塊等進行檢查，然后再對電器元件進行判斷，查看是否存在故障。

2.2 報警超時故障排除思路

該系統(tǒng)中的常見故障主要包含超時報警。對于超時報警，如果其呈現(xiàn)出的信息是動作未在規(guī)定時間完成，則需要及時檢查信號開關，如果并無異常，則需繼續(xù)檢查機械手；通過手動操作后如果發(fā)現(xiàn)機械手可以正常給出反應，則表示其轉(zhuǎn)動機構正常，這時還需對其實施進一步排查；如檢查刀套，這是因為要使機械手能實現(xiàn)基本的抓刀動作，必須確保刀套位置的準確性，所以維護時必須認真檢查刀套的具體動作，一旦發(fā)現(xiàn)異常則需及時處理。如果刀套也無異常，則需將重點放在液壓油缸上，這是由于它是直接控制刀庫移動的重要機構，實際排除時對其進行分解，如果發(fā)現(xiàn)活塞桿難以達到既定速度，整個換刀過程速度緩慢，則可能是由于缸壁和活塞之間配合間隙較大，引起漏油，從而引發(fā)報警超時。解除故障時，則直接更換整套部件。

2.3 機械手傳動機構故障排除

該系統(tǒng)中的常見故障還有機械手傳動問題，即在執(zhí)行自動換刀指令時，不能及時做出反應，致使換刀操作被終止，報警信息呈現(xiàn)出機械手未回零點。針對該問題，一般采取手動復位即可解決，但如果換刀警報信息又呈現(xiàn)出循環(huán)超時，則其原因還可能在于機械手沒有回零點。而引起該現(xiàn)象的主要原因則在于刀庫機械傳動部位發(fā)生問題，針對這一問題，則需明確機械手的基本工作原理，即由電機驅(qū)動，中間機構主要是皮帶或多級齒輪傳動，系統(tǒng)在接到換刀指令后，其裝置電機再給機械手提供動力，最后實現(xiàn)換刀。在排除故障時，先將刀庫門打開，把防護蓋板拆卸下來，再對其傳動機構進行排查。如果是其中存在的問題，一方面，可能是因為小齒輪脫落；另一方面，可能是電機軸斷裂，導致動力傳遞受阻，從而發(fā)出警報，對此可以重點進行電機更換，完成后一旦其齒輪嚙合存在不順暢問題，則可能會導致電機阻力增加，并且會在換刀頻次逐漸增加下導致機軸斷裂，所以還需及時對齒輪間隙進行調(diào)整，從而徹底解決傳動機構故障。

2.4 故障分析的基本流程

一是先將故障恢復按鍵按下，如果報警未解決，則需按下復位鍵，使警報消除。二是對主軸、刀套等進行分析，查看是否存在刀具，如果存在則需判斷刀臂給刀具帶來的阻礙，如果存在則表示卡刀時間是處在交換中，這時只需要移除刀具即可；如果刀具不存在，只要把機械手手動返回到換刀等待位上，或者通過指令使其自動返回等待位。三是在手動輸入程序控制模式下實現(xiàn)自動換刀操作，使其回等待位，并把刀具重新送回刀庫?；蛘哌€可以將松刀按鈕按下，移除刀具，再以手動形式進行位置恢復。

3 優(yōu)化措施

加工中心主要包含數(shù)控系統(tǒng)、換刀裝置和機械設施，能實現(xiàn)對工件的高效化加工。一般機床類型和參數(shù)不同，對應的加工中心也不同，設計者則需要以用戶提出的需求對機床部件和功能進行調(diào)整，即便是類別相同，也可能存在一些細微差別。比如，可以把展現(xiàn)出的形態(tài)作為基本依據(jù)，使加工中心被分為個多類型，如立式和臥式。加工中心的所有元素中，除了換刀系統(tǒng)，還有專門的基礎部件、主軸系統(tǒng)、數(shù)控系統(tǒng)等。其中主軸系統(tǒng)包含電機與傳動機構，重點決定零件質(zhì)量與加工效率；基礎部件包含床身和立柱，主要承載工作負荷，對剛度具有一定要求。數(shù)控系統(tǒng)包含PLC、伺服系統(tǒng)、電機等，這是整個機床的控制中心，實現(xiàn)對軸位精度和零件加工軌跡的有效控制。此外，其他的一些輔助性系統(tǒng)則主要是進行冷卻、潤滑等，主要是保障加工質(zhì)量，使整個加工中心始終處在穩(wěn)定的運行狀態(tài)中。但如果中心運行時間過長，則會在一定程度上加劇各部件的磨損程度，繼而導致精度降低，使得刀具裝卸位置產(chǎn)生偏差，從而引起一些問題。如刀具會在使用時間增加下產(chǎn)生較大磨損，導致加工精度受到影響，因此必須定期對其進行更換；主軸錐孔出現(xiàn)磨損也會導致加工精度下降，但因為其主軸精度修復難度較高，對于維修技能的要求也比較高，所以基本上都采取定期更換的方式；刀具類型、數(shù)量和其傳送效果之間是正相關，一旦類型或數(shù)量產(chǎn)生偏差就可能回到導致傳送位置產(chǎn)生偏差，所以必須加大對這一方面的重視度，及時檢查其數(shù)量和類型，使其能滿足設計規(guī)范和使用要求。

4 結(jié)語

數(shù)控加工中心一旦出現(xiàn)換刀系統(tǒng)故障，則可能是由機械、液壓、電氣等方面引起的自動換刀裝置故障。對此，維修人員還必須全方位熟悉和掌握整個換刀系統(tǒng)的實際運行過程以及整體控制原理，確保在故障出現(xiàn)后能夠及時調(diào)動專業(yè)思維依照警報內(nèi)容分析故障現(xiàn)象，通過基本的排除思路確定出故障點，最大程度上保證該系統(tǒng)的正常操作。