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淺（qiǎn）談立式加工中心換刀（dāo）係（xì）統故障處理方法

2017-7-17 來源：內蒙（méng）古北方重型汽車股份有限公司作者：李素娟，朱海平

摘要：立式加工中心可將（jiāng）銑削、鏜孔、鑽孔、鉸孔及螺紋（wén）加工等多項（xiàng）功能集於一（yī）體，大大提高生產效率（lǜ）的同時有效保證了（le）加工（gōng）精度。換刀係統是加工中心的重要組成部分，本文重點對加（jiā）工（gōng）中心換刀係統常見故障進行分析，並對故障排除（chú）做了相關論述。

關（guān）鍵詞：加工中心；刀庫；主軸準停

加工中心是一種帶有刀庫和自動換刀裝置（zhì）的數控機床（chuáng），可使工件在裝夾後，自動連續完成銑削、鑽削、鏜削、鉸孔、攻螺（luó）紋、凹槽等多工序的加工，與其他機床相比，加工中心大大縮短了工件裝夾、測量和機床調整的時（shí）間。縮短工件的周轉、搬運（yùn）和存放時間，使機床的切削時間利用率高於普通機床的 3~4倍（bèi）；具有較好的加工一致性，並且能排除（chú）工藝（yì）過程中人為幹擾因素，從而提高了（le）加工精度和加工效率，縮短生產（chǎn）周期[1]；此（cǐ）外，加工中心有（yǒu）自動換刀裝置（zhì），因而（ér）解（jiě）決了刀具問題（tí）並具有高度自動化的多工序管理功能。立式加工中心主要由基礎部（bù）件、主軸部件、進給機構、數控（kòng）係統、自動換刀係統及輔助（zhù）裝置（zhì）幾部分組成。主軸部件又是由主軸箱、主軸電動機、主（zhǔ）軸和軸承等零（líng）件組成，主軸的（de）啟動、準停和變速等（děng）動作由（yóu）數控係統控製（zhì），並通過裝在主軸上的刀具參與切削運動。數控係統是由數控裝置、PLC、伺（sì）服驅動裝（zhuāng）置及操作麵板組成，它是完成加工過程的控製中心。自動換刀（dāo）裝置是（shì）由刀庫、機械手（shǒu）等部件組成，當需要換刀時，數控係統發（fā）出指令，由機械手或其它夾（jiá）持裝置將刀具從刀庫取（qǔ）出裝入主軸孔（kǒng）中。此（cǐ）台（tái）加工中心刀庫為鬥（dòu）笠式，裝有 12 把刀，在（zài）使用時，當輸入“M06T**”的換刀（dāo）指（zhǐ）令（lìng）時，刀庫（kù）一直在旋轉，處（chù）於選刀狀態無法停止，導致其無（wú）法換刀。因加（jiā）工中心的一個很大優勢（shì）在於它有（yǒu）自動換刀裝置（zhì），使加工變得更具有柔性化，如若加工中心的換刀過程出（chū）現故障，雖然（rán）可手（shǒu）動換刀，但也大大降低了（le）加工效率，也就（jiù）失去了加工中心的真（zhēn）正意義。要發揮數控機床的高效益（yì），就要保證（zhèng）它的開動率，這就（jiù）對（duì）機床提出了穩定性（xìng）和可靠性的要求，即當機（jī）床出現（xiàn）故（gù）障後，要盡快診斷出故障原因並提出合（hé）理的解決方案加以修複。如果用人來比喻的話（huà），就是平時要注意保（bǎo）養（yǎng），避免生（shēng）病；生病後，要及時就醫，診斷出病因，對症下藥，盡快康複[2]。現代化設備需要現代化和科學化（huà）的管（guǎn）理，數控機床（chuáng）的綜（zōng）合性和（hé）複雜性決定了數控機床的故障修複及問題的解決有自身（shēn）的（de）方（fāng）法（fǎ）和特點，掌握好這些方法，可以保證數控機床穩定可靠地運行（háng）

1 、換刀係統故障原因分（fèn）析

本台立式加工中心的正（zhèng）常換（huàn）刀過程如下所述：在機床係統接到“M06 T**”的指令後，主軸回到換刀點的位置進行準（zhǔn）停（tíng），之後刀庫向右移動到主軸處將其上的（de）刀具取下，當主軸上麵的刀具進入刀（dāo）庫卡（kǎ）槽時，主軸向上移（yí）動脫（tuō）離刀庫，隨後（hòu）刀庫旋轉（zhuǎn）至對應刀號，將指令中所（suǒ）指（zhǐ）定的刀具對準（zhǔn）主軸正下方，主（zhǔ）軸下移，使刀（dāo）具（jù）進入主（zhǔ）軸（zhóu）錐孔內，刀具夾緊（jǐn）後，刀庫退回到原來位置，換（huàn）刀過程（chéng）結束。由上述得知（zhī），換刀的關鍵點是主（zhǔ）軸必須準停，即其一是 Z 向位置必須在換刀點位（wèi）置（zhì），一般將 Z 向零點（diǎn）設為 Z 向換刀點，如若零點位置改變，則換刀點位置改變，無法換刀（dāo）；其二（èr）是主軸端麵鍵必須與 X 向（xiàng）平行，如若（ruò）位置有偏差，也無法（fǎ）換刀。其它如（rú）刀庫能否正常旋轉選刀、氣壓是（shì）否足夠等均換刀的必備條件。所以故障的原因（yīn）應分析如下幾個方麵：

在（zài）刀庫能正常旋轉選刀、氣壓足夠的情況下（xià），應分析：

（1）手動方（fāng）式下能否換刀；

（2）刀庫是否（fǒu）可以正常移動；

（3）能否正（zhèng）常選刀；

（4）主軸準停後，Z 向的位置是否在之前設定好的換刀點的位置；

（5）係統中設置的（de）換刀點的位置是否改變；

（6）主軸準停後，端麵鍵是否與（yǔ） X 軸平行。

2、具體排（pái）查措施

（1）在“手動”方式下，按下換刀按（àn）鈕，機床能夠正常手動換刀。主軸內（nèi）部的（de）換刀缸沒有問題（tí）。

（2）按下機（jī）床右側的控（kòng）製刀庫氣壓缸的換（huàn）向閥按鈕，刀庫可（kě）以正常（cháng）地左右移動到位。說明此組係統不存在問題（tí）。

（3）在 MDI 狀態下，輸入 M06 T01，係統在接收到換刀信號後，刀庫旋轉，隻要安裝在 1 號刀位上的圓形小凸塊靠近（距離為 0.3 mm 左右）無觸點開關（guān）（接近開關），數（shù）控係統就默認（rèn）為 1 號刀，並以此為計數基準（zhǔn），“馬氏機構”轉過幾次，當（dāng）前就是幾號刀。在沒有刀具的情況下觀（guān）察整個換刀過程是否（fǒu）能（néng）完成，結果在選刀環節刀庫一直旋轉。如果記憶初始位置的（de）小凸塊（kuài）脫落或刀庫的接近開關存在問題，係統便無法判斷出指令（lìng）中的刀具（jù）號，所以出現的問題就是係（xì）統一直（zhí）處於選刀狀態。經仔細檢查，是（shì）刀庫的接近（jìn）開關脫落（如圖（tú） 1 所示）。

圖1 脫落的接近開（kāi）關

（4）將控製麵板上的（de）“主軸定向”鍵（jiàn）按下，發現主軸的兩個凸出鍵並（bìng）沒有與（yǔ） X 軸方向平行，也就是主軸（zhóu）在定向後沒有（yǒu）轉到位。主軸準停的原理（lǐ）是本機床采用霍爾元件（jiàn）檢測定向，引起主（zhǔ）軸準停位置不準的原因可能是主軸準停裝置（zhì）電氣係統參（cān）數變化、定位不牢靠或主軸徑向跳動超差。首先檢查（chá）外部（bù）硬件，並沒有發現固定（dìng）螺釘鬆動或定位鍵被（bèi）損壞，即引（yǐn）起主軸準（zhǔn）停錯誤的原因極有可能是電氣係統參數發生了變化。通過查閱此台機床（chuáng）參數設置說明書可知製機床主軸定位的參數為主軸伺服（fú）驅動器的（de） PA-39 號參數，參數（shù）的值（zhí）上升越多主軸向反方向偏（piān）轉（zhuǎn）的角度越大[3]。

（5）將（jiāng）銑刀柄裝入主軸錐孔，Z 軸移動至（zhì）換（huàn）到平麵，機械坐標顯示值（zhí）為 Z-104.6，手動（dòng）將刀庫（kù）緩（huǎn）慢靠（kào）近主軸（zhóu），發現換刀點偏高（如圖 2 所示），即換刀點（diǎn）位置發生了變化。換刀點位置與機床零點有關，此值在參數中設置，一經設置，在不重新設置的情況下便不會再改變。由於機床每次開機需進行回零的（de）操作，當機（jī）床零點位置由於種種原因發生改變時，當前（qián）的換（huàn）刀點便會和原（yuán）設（shè）好的換刀點有誤（wù）差。對於不（bú）需回零的（de）機床刀庫而言，即使機床的（de）零點（diǎn）位置發生改變，也不會影響換刀點的位置，隻是（shì）當機床的 MOS 電池不起作用、數據丟失的情況下才需要調整零點的位置，進（jìn）而重新調整換刀點的位置。這台機床每（měi）次開機後需進行回零操作，所以問題顯然是機床零點位（wèi）置（zhì）的變化導致換刀點位置發（fā）生了改變。

圖2 換刀（dāo）點位置偏高

根據以上排查結果及故障原因，製定（dìng）出如下解決方案：

首先調（diào）節主軸定向，將主（zhǔ）軸伺服（fú）驅動器 PA-39參數改為 1 800 後，主軸定向到位；其次（cì）在手動方式下，將刀庫移動至接近換刀位置，觀察主軸位置（zhì）在哪

個點可正常換刀，經過測試換刀點在（zài） Z-120.6 時合適，將機床的零點限位擋塊向下移（yí）動 16 mm，使主軸在 Z-104.6 mm 時可以到達換刀位置，經過調試主軸可（kě）以到達（dá）換到位置；最後（hòu）將脫落的接近開關安裝好（如圖 3 所示）。

圖 3 修複（fù）後的接近開關

維修結（jié）果：換刀過程可順利完成（如圖 4 所示）。

圖（tú）4 修複後可正常換刀

3 、結束語（yǔ）

數控加工中心的換（huàn）刀係統是（shì）一個典型的機（jī）、電、液、氣一體化控製係統，隻有對（duì）該係統動（dòng）作（zuò）過程（chéng）和控製原理進行深（shēn）入分析（xī），才能保證加工中心的正常（cháng）使用和維護。在遇到故障時，首先應仔細觀察故障現象，通過現象分析（xī）原理並歸納（nà）其本質原因及特殊情況（kuàng），最終提出合理的解決方（fāng）案。經（jīng）過上（shàng）述對換刀係統無法正常換刀的（de）一（yī）般原因分析及針對具體故障如刀庫一直處（chù）於選（xuǎn）刀狀態和主軸（zhóu）不在換刀點等進行的特殊診（zhěn）斷及（jí）維修處理，最（zuì）終使刀庫可以（yǐ）正常使用，也為相關機床維修維護（hù）人員提（tí）供了更多（duō）解（jiě）決加工中心刀（dāo）庫故障的思路與方法。

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