劉建國(guó)，劉 鑫

（首都航天機(jī)械有限公司，北京 100076）

0 引言

加工中心是由機(jī)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(dòng)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(kù)最常見(jiàn)形式為斗笠式，和圓盤(pán)式。

1 斗笠式刀庫(kù)動(dòng)作流程

執(zhí)行指令M06 T**，判斷主軸上是否有刀具，①主軸無(wú)刀具，Z軸移至第一參考點(diǎn)，刀庫(kù)旋轉(zhuǎn)到目標(biāo)刀位，刀庫(kù)向主軸平行移動(dòng)，當(dāng)?shù)稁?kù)移動(dòng)到主軸正下方時(shí)，主軸刀具松開(kāi)，Z軸移動(dòng)至第二參考點(diǎn)，主軸刀具夾緊，刀庫(kù)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(dòng)至第二參考點(diǎn)，刀庫(kù)旋轉(zhuǎn)到目標(biāo)刀位，刀庫(kù)向主軸平行移動(dòng)，主軸刀具松開(kāi)，Z軸移動(dòng)至第一參考點(diǎn)，次步驟為還刀動(dòng)作，其余動(dòng)作流程同主軸無(wú)刀抓刀過(guò)程，如圖2所示。

圖1 主軸無(wú)刀抓刀

圖2 主軸有刀抓刀

2 斗笠式刀庫(kù)故障總結(jié)

2.1 執(zhí)行換刀指令后刀庫(kù)不向右移（主軸端）

原因分析。①主軸沒(méi)有定位信號(hào)；②刀庫(kù)原始位、刀庫(kù)右位（主軸端）開(kāi)關(guān)沒(méi)有到位；③氣缸本身有問(wèn)題；④氣源壓力不夠不能推動(dòng)氣缸；⑤主軸刀具夾緊/松開(kāi)開(kāi)關(guān)沒(méi)有到位。

2.2 刀庫(kù)能向右移動(dòng)，但主軸不能松刀

原因分析。①主軸定位信號(hào)丟失；②主軸刀具松開(kāi)氣缸有問(wèn)題；③刀庫(kù)右位（主軸端）開(kāi)關(guān)沒(méi)有到位或丟失。

2.3 換刀過(guò)程中有異響

原因分析。①刀庫(kù)向右（主軸端）位置與Z軸第二參考點(diǎn)位置沒(méi)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(kāi)機(jī)械故障。

3 圓盤(pán)式刀庫(kù)動(dòng)作流程

執(zhí)行指令M06 T**，數(shù)據(jù)檢索指令刀的位置，刀庫(kù)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(jìn)行數(shù)據(jù)交換（由于時(shí)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(hào)數(shù)據(jù)交換），換刀完成。換刀具體動(dòng)作如圖3所示。

圖3 盤(pán)式換刀

4 圓盤(pán)式刀庫(kù)故障總結(jié)

4.1 刀套垂直不能到位、換刀時(shí)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(wèn)題（活塞密封不嚴(yán)）。④刀套內(nèi)部夾刀力不夠，換刀時(shí)刀具掉落。⑤刀套沒(méi)有水平就旋轉(zhuǎn)刀庫(kù)造成撞擊。

4.2 刀盤(pán)電機(jī)不能正常轉(zhuǎn)動(dòng)或是不停旋轉(zhuǎn)

原因分析。①電機(jī)動(dòng)力線電壓不正常。②刀盤(pán)電機(jī)過(guò)載空開(kāi)跳閘。③刀套感應(yīng)開(kāi)關(guān)（計(jì)數(shù)信號(hào)/定位信號(hào)）故障導(dǎo)致刀盤(pán)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(kāi)關(guān)故障。②刀套沒(méi)有在水平位置。③主軸沒(méi)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(kāi)信號(hào)沒(méi)到位。②刀臂刀具交換位信號(hào)沒(méi)到位。

4.5 刀臂不能回原點(diǎn)

原因分析。①主軸刀具夾緊信號(hào)沒(méi)到位。②刀臂交換位信號(hào)沒(méi)到位。

4.6 刀庫(kù)數(shù)據(jù)錯(cuò)亂（亂刀）

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

4.7 換刀時(shí)有異響

原因分析。①刀庫(kù)基準(zhǔn)位置沒(méi)調(diào)整好。②Z軸換刀點(diǎn)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(kāi)故障。⑤機(jī)械臂本身變形。

5 維修實(shí)例

故障1。某立式加工中心VMC-750E在換刀完成后出現(xiàn)報(bào)警，加工程序中止，據(jù)操作者所述在執(zhí)行換刀指令時(shí)有時(shí)正常有時(shí)會(huì)出現(xiàn)報(bào)警。單獨(dú)執(zhí)行M06 T3，機(jī)床正常換刀無(wú)異常，執(zhí)行M06 T4，將3號(hào)刀還刀回庫(kù)，抓取4號(hào)刀，正常完成但有報(bào)警，報(bào)警復(fù)位清除后，執(zhí)行M06 T6，Z軸移動(dòng)到第一參考點(diǎn)，刀庫(kù)向右（主軸端），主軸刀具就松開(kāi)了導(dǎo)致刀具掉到工作臺(tái)上。

原因分析：此刀庫(kù)換刀方式為斗笠式，在執(zhí)行T3時(shí)，主軸上有刀，先還刀回庫(kù)，在抓取目標(biāo)刀具T4，一切正常，而在更換T6刀具時(shí)，Z軸移動(dòng)到第一參考點(diǎn)，然后刀具松開(kāi)，正常動(dòng)作應(yīng)該是先將T4刀具還刀回庫(kù)，然后在進(jìn)行抓取目標(biāo)刀具T6，根據(jù)上述邏輯動(dòng)作懷疑是主軸刀具信號(hào)故障，因?yàn)橹挥性谥鬏S上無(wú)刀的情況下執(zhí)行換刀程序，Z軸才回先移動(dòng)到第一參考點(diǎn)，然后在松刀。查找PLC信號(hào)SYSTEM—PLC—PLCDGN——STATUS發(fā)現(xiàn)主軸刀具信號(hào)共有3個(gè)X1000.1刀具夾緊信號(hào)、X1000.2刀具松開(kāi)信號(hào)、X1000.7主軸上是否有刀信號(hào)。在主軸上有刀的情況下，用手轉(zhuǎn)動(dòng)主軸發(fā)現(xiàn)信號(hào)X1000.7總是0和1變化，所以造成有時(shí)換刀正常有時(shí)會(huì)出現(xiàn)故障，在通過(guò)SYSTEM—PLC—PLCLAD進(jìn)入梯形圖1進(jìn)行分析，如圖4所示。

圖4 梯形圖1

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

由梯形圖1可看到當(dāng)主軸上沒(méi)有刀具夾緊時(shí)，X1000.1與X1000.7同時(shí)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(hào)）中，數(shù)據(jù)D361中值為0，所以，當(dāng)主軸無(wú)刀夾緊的時(shí)候會(huì)將主軸刀號(hào)數(shù)據(jù)直接改寫(xiě)為0，當(dāng)執(zhí)行換刀指令進(jìn)行時(shí)回判斷主軸是否有刀，主軸無(wú)刀R501.1導(dǎo)通，所以在執(zhí)行換刀時(shí)軸Z軸移動(dòng)刀第一參考點(diǎn)然后松刀掉刀。

故障處理：將主軸刀具檢測(cè)開(kāi)關(guān)向下微調(diào)后，手動(dòng)旋轉(zhuǎn)主軸測(cè)試后，連續(xù)多次換刀無(wú)故障，機(jī)床恢復(fù)生產(chǎn)。

故障2。某龍門(mén)銑床GDM1230在換刀過(guò)程中出現(xiàn)報(bào)警：ATC COUNTER ERROR，刀套垂直，機(jī)床停止動(dòng)作。從新將刀套水平復(fù)位后，多次執(zhí)行換刀指令，有時(shí)換刀動(dòng)作正常完成，有時(shí)則會(huì)出現(xiàn)如上現(xiàn)象。

原因分析：換刀動(dòng)作中途暫停是因?yàn)橛?jì)數(shù)器計(jì)數(shù)錯(cuò)誤的報(bào)警引起的，通過(guò)查看電路圖紙發(fā)現(xiàn)該設(shè)備有計(jì)數(shù)信號(hào)X6.0和刀庫(kù)定位信號(hào)X6.1，并在盤(pán)式刀庫(kù)的內(nèi)側(cè)找到這2個(gè)感應(yīng)開(kāi)關(guān)，如圖5所示。

圖5 圓盤(pán)刀庫(kù)結(jié)構(gòu)

通過(guò)面板按鍵SYSTEM-PMC，然后軟鍵PMCPRM—COUNTER查看計(jì)數(shù)器數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，2號(hào)計(jì)數(shù)器數(shù)據(jù)為13，3號(hào)計(jì)數(shù)器數(shù)據(jù)為11，進(jìn)入梯形圖2后查找2個(gè)計(jì)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?kù)旋轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)同時(shí)觸發(fā)計(jì)數(shù)其信號(hào)和刀庫(kù)定位信號(hào)，2個(gè)信號(hào)同步（圖5），機(jī)床廠家將2個(gè)信號(hào)都進(jìn)行了計(jì)數(shù)觸發(fā)，當(dāng)2個(gè)計(jì)數(shù)器數(shù)據(jù)一樣時(shí)R431.6導(dǎo)通，從而斷開(kāi)計(jì)時(shí)器。當(dāng)2個(gè)計(jì)數(shù)如果不一樣時(shí)，R431.6常閉會(huì)觸發(fā)計(jì)時(shí)器，延時(shí)后就會(huì)導(dǎo)通A5.1產(chǎn)生報(bào)警：ATC COUNTER ERRORR。

故障處理：跟據(jù)刀盤(pán)的實(shí)際位置修改錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器3與計(jì)數(shù)器2相同值，從新復(fù)位后，經(jīng)過(guò)多次換刀動(dòng)作還會(huì)偶爾出現(xiàn)報(bào)警，查看定位信號(hào)感應(yīng)開(kāi)關(guān)，發(fā)現(xiàn)其有些松動(dòng)造成偶發(fā)性計(jì)數(shù)錯(cuò)誤，將開(kāi)關(guān)位置調(diào)整后緊固，反復(fù)驗(yàn)證換刀動(dòng)作與計(jì)數(shù)器正常，機(jī)床恢復(fù)生產(chǎn)。

6 結(jié)束語(yǔ)

自動(dòng)換刀裝置的工作過(guò)程是邏輯順序，每一動(dòng)作完成后，都需要反饋信號(hào)給系統(tǒng)確認(rèn)，得到確認(rèn)才能開(kāi)始下一個(gè)動(dòng)作。大多數(shù)情況是缺少執(zhí)行下一換刀動(dòng)作的條件，因此排除這類(lèi)故障，需要熟悉自動(dòng)換刀順序，清楚各開(kāi)關(guān)的位置，然后對(duì)照PLC梯形圖重點(diǎn)檢查相關(guān)位置檢測(cè)開(kāi)關(guān)以及控制下一動(dòng)作的電磁閥工作是否正常，從而判斷故障所在。