王　玲

摘要：加工中心可將銑、鏜、鉆、鉸、攻螺紋等多項(xiàng)功能集于一身，大大提高了生產(chǎn)效率。換刀裝置(ATC)是加工中心的重要組成部分，也是加工中心故障率最高的部分，約有50％的機(jī)床故障與換刀裝置有關(guān)。斗笠式刀庫(kù)是加工中心比較常見的一種換刀裝置，在本文中，我結(jié)合自己的工作經(jīng)驗(yàn)，對(duì)斗笠式刀庫(kù)的動(dòng)作過程及換刀過程中容易出現(xiàn)的故障進(jìn)行了簡(jiǎn)要的分析和說明。

關(guān)鍵詞：加工中心ATC斗笠式刀庫(kù)動(dòng)作過程故障分析

0引言

加工中心的一個(gè)很大優(yōu)勢(shì)在于它有ATC裝置，使加工變得更具有柔性化。加工中心常用的刀庫(kù)有斗笠式、凸輪式、鏈條式等，其中斗笠式刀庫(kù)由于其形狀像個(gè)大斗笠而得名，一般存儲(chǔ)刀具數(shù)量不能太多，10～24把刀具為宜，具有體積小、安裝方便等特點(diǎn)，在立式加工中心中應(yīng)用較多。

1斗笠式刀庫(kù)的動(dòng)作過程

斗笠式刀庫(kù)在換刀時(shí)整個(gè)刀庫(kù)向主軸平行移動(dòng)，首先，取下主軸上原有刀具，當(dāng)主軸上的刀具進(jìn)入刀庫(kù)的卡槽時(shí)，主軸向上移動(dòng)脫離刀具：其次主軸安裝新刀具，這時(shí)刀庫(kù)轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)目標(biāo)刀具對(duì)正主軸正下方時(shí)，主軸下移，使刀具進(jìn)入主軸錐孔內(nèi)，刀具夾緊后，刀庫(kù)退回原來的位置，換刀結(jié)束。刀庫(kù)具體動(dòng)作過程如下：

1.1刀庫(kù)處于正常狀態(tài)，此時(shí)刀庫(kù)停留在遠(yuǎn)離主軸中心的位置。此位置一般安裝有信號(hào)傳感器(為了方便理解，定義為A)，傳感器A發(fā)送信號(hào)輸送到數(shù)控機(jī)床的PLC中，對(duì)刀庫(kù)狀態(tài)進(jìn)行確認(rèn)。

1.2數(shù)控系統(tǒng)對(duì)指令的目標(biāo)刀具號(hào)和當(dāng)前主軸的刀具號(hào)進(jìn)行分析。如果目標(biāo)刀具號(hào)和當(dāng)前主軸刀具號(hào)一致，直接發(fā)出換刀完成信號(hào)。如果目標(biāo)刀具號(hào)和當(dāng)前主軸刀具號(hào)不一致，啟動(dòng)換刀程序，進(jìn)入下一步。

1.3主軸沿Z方向移動(dòng)到安全位置。一般安全位置定義為Z軸的第一參考點(diǎn)位置，同時(shí)主軸完成定位動(dòng)作，并保持定位狀態(tài)；主軸定位常常通過檢測(cè)主軸所帶的位置編碼器一轉(zhuǎn)信號(hào)來完成。

1.4刀庫(kù)平行向主軸位置移動(dòng)。刀庫(kù)刀具中心和主軸中心線在一條直線上時(shí)為換刀位置，位置到達(dá)通過信號(hào)傳感器(B)反饋信號(hào)到數(shù)控系統(tǒng)PLC進(jìn)行確認(rèn)。

1.5主軸向下移動(dòng)到刀具交換位置。一般刀具交換位置定義為Z軸的第二參考點(diǎn)，在此位置將當(dāng)前主軸上的刀具還回到刀庫(kù)中。

1.6刀庫(kù)抓刀確認(rèn)后，主軸吹氣松刀。機(jī)床在主軸部分安裝松刀確認(rèn)傳感器(C)，數(shù)控機(jī)床PLC接收到傳感器C發(fā)送的反饋信號(hào)后，確認(rèn)本步動(dòng)作執(zhí)行完成，允許下一步動(dòng)作開始。

1.7主軸抬起到Z軸第一參考點(diǎn)位置。此操作目的是防止刀庫(kù)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，刀庫(kù)和主軸發(fā)生干涉。

1.8刀庫(kù)旋轉(zhuǎn)使能。數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出刀庫(kù)電機(jī)正／反轉(zhuǎn)啟動(dòng)信號(hào)，啟動(dòng)刀庫(kù)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，找到指令要求更換的目標(biāo)刀具，并使此刀具位置的中心與主軸中心在一條直線上。

1.9主軸沿下移到Z軸的第二參考點(diǎn)位置，進(jìn)行抓刀動(dòng)作。

1.10主軸刀具加緊。加緊傳感器(D)發(fā)出確認(rèn)信號(hào)。

1.11刀庫(kù)向遠(yuǎn)離主軸中心位置側(cè)平移，直到PLC接收到傳感器A發(fā)出的反饋確認(rèn)信號(hào)。

1.12主軸定位解除，換刀操作完成。

刀庫(kù)僅有以上四個(gè)傳感器是不夠的，為了保證數(shù)控機(jī)床的安全，保證刀庫(kù)的換刀順利完成，在斗笠式刀庫(kù)中一般還安裝刀庫(kù)轉(zhuǎn)動(dòng)到位確認(rèn)傳感器(E)，保證刀庫(kù)轉(zhuǎn)動(dòng)停止時(shí)，刀具中心線位置和主軸中心線在一條直線上。

2斗笠式刀庫(kù)換刀過程常見故障分析

數(shù)控機(jī)床刀庫(kù)部分故障率相對(duì)較高，根據(jù)以往的工作經(jīng)驗(yàn)，對(duì)斗笠式刀庫(kù)在換刀過程中常見故障現(xiàn)象及原因總結(jié)以下幾條：

例1故障現(xiàn)象：數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出換刀指令，刀庫(kù)不動(dòng)作。

原因分析：①檢查機(jī)床的操作模式是否正確?機(jī)床是否鎖住狀態(tài)?指令是否正確?這些原因雖然簡(jiǎn)單，但也是初學(xué)者容易犯的錯(cuò)誤：②檢查數(shù)控機(jī)床的壓縮空氣，檢查空氣的氣壓是否在要求范圍內(nèi)?一般數(shù)控機(jī)床常用的壓縮空氣壓力在0.5MP—0.6MP之間，如果所提供的壓縮空氣壓力低于這個(gè)范圍，刀庫(kù)在換刀過程中由于壓力不夠，造成不動(dòng)作；③檢查刀庫(kù)的初始狀態(tài)是否正常，即檢查傳感器A、E的狀態(tài)是否良好?輸送到數(shù)控系統(tǒng)PLC的入口信號(hào)是否正確?可以通過數(shù)控系統(tǒng)提供的PLC地址診斷功能幫助檢查。

例2故障現(xiàn)象：刀庫(kù)移動(dòng)到主軸中心位置，但不進(jìn)行接下的動(dòng)作。

原因分析：①檢查刀庫(kù)到主軸側(cè)的確認(rèn)信號(hào)傳感器B、E是否良好?發(fā)送到數(shù)控系統(tǒng)PLC中的信號(hào)狀態(tài)是否正常?此故障現(xiàn)象多由于傳感器不良造成；②如果傳感器狀態(tài)及信號(hào)都正常，請(qǐng)檢查主軸刀具是否加緊?③檢查主軸定位是否完成?④確認(rèn)第一參考點(diǎn)返回是否完成?

例3故障現(xiàn)象：刀庫(kù)從主軸取完刀，不旋轉(zhuǎn)到目標(biāo)刀位。

原因分析：一般刀庫(kù)的旋轉(zhuǎn)電機(jī)為三相異步電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)，如果發(fā)生以上故障，要進(jìn)行以下檢查：①參照機(jī)床的電氣圖紙，利用萬用表等檢測(cè)工具檢查電機(jī)的啟動(dòng)電路是否正常?②檢查刀庫(kù)部分的電源是否正常?交流接觸器與開關(guān)是否正常?一般刀庫(kù)主電路部分的動(dòng)力電源為3相交流380V電壓，交流接觸器線圈控制部分的電源為交流110V或直流24V，檢查此部分的電路并保證電路正常：③如果在保證以上部分都正常的情況下，檢查刀庫(kù)驅(qū)動(dòng)電機(jī)是否正常?④如果以上故障都排除，請(qǐng)考慮刀庫(kù)機(jī)械部分是否有干涉的地方?刀庫(kù)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)和刀庫(kù)的連接是否脫離?

例4故障現(xiàn)象：主軸抓刀后，刀庫(kù)不移回初始位置。

原因分析：①檢查氣源壓力是否在要求范圍?②檢查刀庫(kù)驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制回路是否正常?刀庫(kù)控制電機(jī)正、反轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)刀庫(kù)的左、右平移，如果反轉(zhuǎn)控制部分故障，容易出現(xiàn)以上故障；③檢查刀庫(kù)控制電機(jī)：⑧檢查主軸刀具抓緊情況，主軸刀具抓緊通過加緊傳感器D發(fā)出回饋信號(hào)到數(shù)控系統(tǒng)，如果數(shù)控系統(tǒng)接受不到傳感器D發(fā)送的加緊確認(rèn)信號(hào)，刀庫(kù)不執(zhí)行下面的動(dòng)作；④檢查刀庫(kù)部分是否存在機(jī)械干涉現(xiàn)象。

加工中心采用斗笠式刀庫(kù)換刀，一般刀庫(kù)的平移過程通過汽缸動(dòng)作來實(shí)現(xiàn)，所以在刀庫(kù)動(dòng)作過程中，保證氣壓的充足與穩(wěn)定非常重要，操作者開機(jī)前首先要檢查機(jī)床的壓縮空氣壓力，保證壓力穩(wěn)定在要求范圍內(nèi)。對(duì)于刀庫(kù)出現(xiàn)的其他電氣問題，維修人員參照機(jī)床的電氣圖冊(cè)，通過分析斗笠式刀庫(kù)的動(dòng)作過程，一定能找出原因，解決問題，保證設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。