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        加工中心自動換刀裝置

        2013-10-11 14:09:36神龍汽車有限公司襄陽工廠湖北430056汪雪松
        金屬加工(冷加工) 2013年4期
        關鍵詞:刀庫凸輪機械手

        神龍汽車有限公司襄陽工廠 (湖北 430056) 汪雪松

        加工中心是由機械設備與數(shù)控系統(tǒng)組成的,適用于復雜零件加工的高效自動化機床。它與一般數(shù)控機床的顯著區(qū)別是對零件進行多序加工的能力,即在一次裝夾中自動完成銑、鏜、鉆、擴、鉸、攻螺紋等加工。之所以加工中心能夠廣泛運用,是因為其能夠利用刀庫實現(xiàn)自動換刀。因此自動換刀裝置功能的好壞關系到整個加工中心的性能。

        自動換刀裝置可分為五種基本形式,即轉(zhuǎn)塔式、180°回轉(zhuǎn)式、回轉(zhuǎn)插入式、二軸轉(zhuǎn)動式和主軸直接式。按照換刀過程有無機械手參與,分成有機械手換刀和無機械手換刀兩種情況。在有機械手換刀的過程中,使用一個機械手將加工完畢的刀具從主軸中拔出,與此同時,另一機械手將在刀庫中待命的刀具從刀庫拔出,然后兩者交換位置,完成換刀過程。無機械手換刀時,刀庫中刀具存放方向與主軸平行,刀具放在主軸可到達位置換刀時,主軸移到刀庫換刀位置,利用主軸將加工用畢刀具插人刀庫中要求的空位處,然后刀庫中待換刀具轉(zhuǎn)到待命位置。主軸將待用刀具從刀庫中取出,并將刀具插人主軸。

        目前神龍公司襄陽工廠臥式加工中心換刀方法主要有兩種:①主軸直接從刀庫取刀,這種方式主要在COMAU、MAKIO等加工中心上。②通過換刀裝置機械手交換主軸和刀庫中的刀具,這種方式主要在NTC、DFMTP等加工中心上。

        本文結合襄陽工廠缸體L3線應用實例,對東風設備制造廠DM500I型臥式加工中心DM40ATC自動換刀裝置(以下簡稱ATC)的動作及控制原理、現(xiàn)場維護維修方法進行研究與探討。

        1.DM40ATC自動換刀裝置及換刀過程說明

        東風設備制造廠生產(chǎn)的DM500Ⅰ臥式加工中心主軸為電主軸,配置DM40ATC換刀裝置。換刀裝置運動采用變頻器控制三相異步電動機,通過齒輪傳動帶動凸輪旋轉(zhuǎn),利用凸輪機構控制ATC機械手的旋轉(zhuǎn)、進退和松夾刀具(見圖1)。位置控制通過傳感器檢查位置輸入信號及延時繼電器控制。

        圖1 ATC機械手動作過程

        換刀準備:刀庫待調(diào)刀具移動到換刀位置,主軸移動到換刀位置即第二原點,主軸定向。換刀條件滿足后,ATC執(zhí)行換刀動作。

        ATC動作步驟:①ATC機械手在原位。②ATC機械手順時針旋轉(zhuǎn)90°,主軸松開刀具,ATC夾緊刀具。③ATC機械手前進到位。④ATC機械手順時針旋轉(zhuǎn)180°。⑤ATC機械手后退到位,主軸夾緊刀具,ATC松開刀具。⑥ATC機械手逆時針旋轉(zhuǎn)90°返回原位。

        2.ATC機械動作原理

        (1)ATC機械手的旋轉(zhuǎn)運動 機構1:凸輪溝槽+機械手驅(qū)動軸上6個滾輪軸承。如圖2、圖3所示,凸輪旋轉(zhuǎn)時,通過外圓面上的溝槽,帶動ATC機械手驅(qū)動軸上的6個滾輪軸承旋轉(zhuǎn),從而將凸輪的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換成與之成90°的ATC機械手驅(qū)動軸的旋轉(zhuǎn)運動。

        (2)ATC機械手的前進和后退運動 機構2:凸輪溝槽+推桿上1個滾輪軸承。如圖2所示,凸輪旋轉(zhuǎn)時,凸輪端面上的溝槽,帶動推桿上的軸承在溝槽中運動,從而將凸輪的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換成推桿的來回擺動,帶動ATC機械手驅(qū)動軸的前后運動。

        (3) ATC夾刀和松刀 機構3:凸輪外圓面凸臺+1個軸承+連桿機構。如圖2、圖3所示,凸輪旋轉(zhuǎn)時,凸輪外圓面上的凸臺推動機械手驅(qū)動軸中心的夾刀桿動作,克服彈簧力,從而將刀具松開;當凸臺轉(zhuǎn)過軸承時,由于彈簧力,夾刀桿將往回拉,夾刀桿與卡刀舌頭的錐面配合,將刀具夾緊。

        3.電氣程序控制原理

        在自動的ATC循環(huán)過程中,電動機的啟動由PMC輸出點Y0.0(ATC FWD)控制。Y0.0主要取決于R1.4(ATC ARM FWD)信號,R1.4信號主要取決于R3.7(ATC DRIVE CYCLE1)信號。R4.1和R4.3為調(diào)整使用,正常換刀過程中不涉及,在此文中也不詳述(見圖4)。

        圖4

        R3.5(ATC CYCLE COMM)為ATC循環(huán)命令,條件滿足后接通R3.7(ATC DRIVE CYCLE),ATC電動機開始旋轉(zhuǎn)。

        其中R101.0(ATC ARM STOP TIM)取反點,換刀臂運行過程中當R101.0有信號時R3.7會斷開,ATC電動機停止,在整個的ATC循環(huán)過程中會有兩次停止。因此R101.0信號時長決定著換刀臂停止的時長。R3.2(ATC ARM CYCLE COMP)為ATC循環(huán)完成信號,即ATC循環(huán)完成后R3.7斷開。

        ATC動作步驟②ATC機械手順時針旋轉(zhuǎn)90°過程中,第一次停止啟動條件R4.5(ATC CYCLE 1)有信號后經(jīng)過T9定時器延時(默認值為24ms)后,R101.0有信號,ATC機械手停止運動,同時,R4.5接通后經(jīng)過T10主軸開始松刀,并保持松刀狀態(tài),刀具松開后,松刀信號X2.1(TOOL UNCLAMP)有信號,R101.0信號斷開,ATC機械手停止解除,ATC機械手繼續(xù)運動,直至ATC循環(huán)過程中滿足下一次停止條件(見圖5)。

        圖5

        ATC動作步驟⑤ATC機械手后退到位過程中,第二次停止條件X2.6(ATC ARM RECOVER POSITION)有信號且ATC機械手循環(huán)三完成信號R4.7有信號,經(jīng)過定時器T9延時(默認值為24ms)后R101.0有信號,ATC機械手停止運動。同時R101.1(ATC CYCLE TOOL UNCLAMP AUX)及Y4.5(TOOL UNCLAMP)信號斷開后,Y4.6(TOOL CLAMP)接通,主軸開始夾刀。當ATC機械手上有刀時,X2.0(TOOL CLAMP HAVE TOOL)有信號后R101.0斷開,ATC機械手停止解除,ATC電動機繼續(xù)旋轉(zhuǎn);當換刀臂上沒有刀時,為X1.4(TOOL CLAMP NO TOOL)有信號后R101.0斷開,ATC機械手停止解除,ATC電動機繼續(xù)旋轉(zhuǎn)。直至X2.5(ATC ARM STOP POS)接通使得整個ATC循環(huán)完成即R3.2(ATC ARM CYCLE COMPLET)有信號(見圖6)。

        由于篇幅和主題的限制,關于主軸松刀、夾刀的其他情況,在本文中不一一列舉。

        4.機械結構引起的故障解析

        (1)刀庫的位置不好 現(xiàn)象:①ATC機械手從刀庫取刀時,拔出后刀在ATC機械手上放的不正,刀具傾斜,導致插入主軸時插不進,刀具撞到主軸端面上。②換刀時不能很好地插入到刀座內(nèi),或撞到刀座端面上。

        原因:刀庫旋轉(zhuǎn)未到位即原定位置不準確。

        方案:松開刀庫與轉(zhuǎn)動軸的連接脹套,稍許調(diào)整刀庫的轉(zhuǎn)角,使刀具與ATC機械手抓刀位置重合。

        (2)凸輪松動 現(xiàn)象:換刀時ATC機械手夾刀撞到主軸端面,手搖動ATC機械手,發(fā)現(xiàn)其圓周方向晃動大。

        原因:凸輪軸的軸承壓緊端蓋螺釘松,導致ATC機械手不能很好地定位,換刀時停止的位置就忽上忽下。

        方案:將凸輪軸的軸承壓緊端蓋螺釘重新擰緊。

        (3)ATC機械手位置軸向向前偏移 現(xiàn)象:①ATC機械手將刀具裝入主軸后,ATC機械手又將刀帶出,相當于ATC機械手軸向反彈。②刀插刀主軸內(nèi)時不到位,刀具不能在主軸上正常夾緊。③ATC機械手不能正常轉(zhuǎn)動,旋轉(zhuǎn)時發(fā)澀。

        原因:換刀裝置內(nèi),換刀臂進退推桿上的軸承碎,出現(xiàn)間隙或卡主。

        (1)試驗設備 手工焊接設備采用國產(chǎn)的WSM系列逆變式直流弧焊電源,采用IGBT逆變技術,具有結構緊湊、重量輕、便攜式等特點,可獲得優(yōu)異的起弧性能和穩(wěn)定的電弧,采用手弧焊接電源如圖1所示。

        方案:吊出上部電動機及電動機座,拆下推桿,更換軸承KRV30PP。

        (4)換刀臂運動過程中卡住 現(xiàn)象:ATC機械手在旋轉(zhuǎn)過程中,運動到一定的部位就卡住。

        原因:ATC機械手驅(qū)動軸改變運動方向的轉(zhuǎn)塔上的6個軸承有松動。

        方案:重新將軸承裝到位后頂緊頂絲。

        (5)換刀時兩把刀同時被摔掉 現(xiàn)象:換刀時兩把刀同時被摔掉。

        原因:①換刀臂銷子直徑尺寸過大,導致卡刀舌頭有時運動不暢。②卡刀舌頭復位彈簧力不夠。

        (6)在刀庫內(nèi)掉刀 現(xiàn)象:刀具交換結束后,換刀正常,但是刀掉在刀庫內(nèi)。

        圖6

        原因:刀座進雜質(zhì)。

        方案:將刀座拆下清潔,加潤滑油后恢復。提前預防:操作工在換刀裝刀時,注意刀具是否在刀座內(nèi)裝到位,刀具與刀座是否還有間隙或者刀很容易就被拔出。發(fā)現(xiàn)可用切削液沖洗刀座內(nèi)部,還不行就需要維修工將刀座解體修理。

        5.電氣控制引起的故障解析

        (1)凸輪轉(zhuǎn)不到位 現(xiàn)象:在主軸側抓刀時,換刀臂轉(zhuǎn)到90°時有回彈的動作,導致沒有卡緊刀,主軸松刀后刀直接掉到地上。

        原因:凸輪沒有轉(zhuǎn)到位,使得換刀臂到位后不能自鎖,從而出現(xiàn)反彈。

        方案:需要增加轉(zhuǎn)動時間,查看PMC,調(diào)整控制電動機轉(zhuǎn)到90°位置時的控制時間T9,微調(diào)逐步增加,直至抓刀平穩(wěn)。

        (2) 換刀臂換刀時同時摔掉兩把刀 現(xiàn)象:在自動換刀過程中直接摔掉兩把刀(檢查機械換刀位置,以及夾刀力,卡刀舌頭均未發(fā)現(xiàn)明顯的問題,檢查精確調(diào)整之后仍然掉刀)。

        原因:在快速換刀時,鎖刀舌頭卡刀時要縮回,還來不及彈出就被拉刀桿拉緊,被拉刀桿錐端卡住,導致鎖刀舌頭不能伸出,不能正??ňo刀具,導致抓刀后兩把刀都掉。

        方案:將變頻器控制速度降低之后逐步往上加,然后調(diào)整控制時間,使得不出現(xiàn)第一種的故障即可。

        (3)換刀臂夾刀具放不進主軸,即刀具撞主軸 現(xiàn)象:換刀臂帶著刀直接撞向主軸,不能完全插入。

        原因:主軸定向偏移。

        方案:重新標定主軸定向位置,并解決主軸定向偏移。主軸定向偏移原因及解決方案:主軸編碼器屏蔽線屏蔽功能不好,導致信號有干擾,脈沖丟失主軸定向位置偏移,需要重新將編碼器屏蔽線接地線。

        6.結語

        從前期故障處理過程來看,換刀過程控制是通過傳感器信號和延時控制,因此換刀裝置故障往往不是單一的,可能有電氣與機械故障的雜合,因此處理故障時思考問題需要綜合考慮。

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