陳立武

摘要：數(shù)控技術(shù)的引入為國內(nèi)機(jī)床生產(chǎn)效率的提升提供了重要幫助。自動(dòng)換刀設(shè)備屬于機(jī)床所有控制環(huán)節(jié)中最重要的執(zhí)行部件之一，對于零部件運(yùn)轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性以及可靠性都有影響，關(guān)系到機(jī)床生產(chǎn)的質(zhì)量水平以及生產(chǎn)效率。只有確保零部件運(yùn)轉(zhuǎn)的穩(wěn)定才可以有效提升機(jī)床運(yùn)轉(zhuǎn)的順暢性。以此為前提，本文的研究圍繞經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床自動(dòng)換刀原理以及維修進(jìn)行探索。

關(guān)鍵詞：數(shù)控技術(shù)機(jī)床控制換刀操作故障維修

前言

借助自動(dòng)換刀技術(shù)可以較快檢查出機(jī)床工作環(huán)節(jié)發(fā)生的故障問題，目前這一技術(shù)在機(jī)床生產(chǎn)中應(yīng)用普及度較高，可以有效確保機(jī)床的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。本文的研究對自動(dòng)換刀設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)的有關(guān)機(jī)制以及架構(gòu)進(jìn)行了全面研究，并對幾類經(jīng)常出現(xiàn)的問題以及診斷方法進(jìn)行具體闡釋。

1 數(shù)控加工中心自動(dòng)換刀原理

雖然數(shù)控加工中心刀的品種不一，但是換刀程序相同。一旦自動(dòng)換刀設(shè)備接收換刀命令后，主軸立即暫停運(yùn)行并精確停至換刀地點(diǎn)，執(zhí)行松刀操作;刀庫攜帶新刀運(yùn)行至換刀地點(diǎn)，執(zhí)行松刀操作;雙臂機(jī)械.手將新、叨同是抓起，具交換臺(tái)回轉(zhuǎn)到位后，分別將新、舊刀具旋轉(zhuǎn)至主軸以及刀庫中的空位;主軸重新夾緊刀具，并回到暫停前的加工地點(diǎn)，換刀操作結(jié)束。

數(shù)控加工中心換刀的過程中刀運(yùn)行包含四個(gè)方面內(nèi)容;刀具跟隨主軸暫停并運(yùn)行至換刀地點(diǎn)、刀具在刀庫內(nèi)運(yùn)行、刀具經(jīng)機(jī)械臂傳遞以及刀具隨主軸運(yùn)行至加工地點(diǎn)等，其中刀具在鏈?zhǔn)降稁熘械碾S鏈運(yùn)動(dòng)屬于轉(zhuǎn)動(dòng)副，而隨主軸運(yùn)動(dòng)屬于移動(dòng)副。換刀機(jī)械臂傳遞運(yùn)動(dòng)中包含了轉(zhuǎn)動(dòng)副以及移動(dòng)副兩種。換刀機(jī)械臂換刀環(huán)節(jié)包含下述五個(gè)步驟：抓刀步驟、拔刀步驟、換刀步驟、插刀步驟以及放刀步驟。以上動(dòng)作通過下述運(yùn)動(dòng)副實(shí)現(xiàn);兩個(gè)條分輥與缸體構(gòu)成移動(dòng)副;兩個(gè)齒條分別與兩個(gè)齒輪軸構(gòu)成齒輪副;兩個(gè)齒輪軸分別與缸體構(gòu)成轉(zhuǎn)動(dòng)副;機(jī)械臂分別與兩個(gè)齒輪軸構(gòu)成移動(dòng)副，來回運(yùn)動(dòng)從而實(shí)現(xiàn)拔刀以及插刀操作。

2 刀庫及換刀機(jī)械手的維護(hù)要點(diǎn)

1）禁止在刀庫內(nèi)安裝超長、超重的刀具，避免機(jī)械臂換刀過程中出現(xiàn)掉刀或者刀具與其他部件、夾具出現(xiàn)碰擦情況。

2）順序選刀方式要重點(diǎn)檢查刀具在刀庫中的擺放順序是否準(zhǔn)確，采用其他類型的選刀方式也需檢查所換刀具與所需刀具是否相同，避免錯(cuò)換刀具引發(fā)故障。

3）手動(dòng)安裝刀庫中刀具的過程中，必須保證刀具安裝有效，確保穩(wěn)固，并查驗(yàn)刀座中鎖緊設(shè)備是否牢固。

4）定期查看刀庫回零位置有沒有出現(xiàn)誤差，檢測機(jī)床主軸回?fù)Q刀位置是否準(zhǔn)確，若出現(xiàn)此類情況應(yīng)立即調(diào)節(jié)，不然將無法實(shí)現(xiàn)換刀操作。

5）確保刀具刀柄、刀套的干凈、整潔。

6）開機(jī)過程中，先運(yùn)轉(zhuǎn)刀庫以及機(jī)械臂，檢查其狀態(tài)是否正常，尤其是行程開關(guān)以及電磁閥功能是否正常。檢測機(jī)械臂液壓系統(tǒng)中壓力是否穩(wěn)定，機(jī)械臂對刀具的鎖緊是否牢固，出現(xiàn)問題必須立即解決。

2.1 刀庫的故障

刀庫的主要問題包括：刀庫無法轉(zhuǎn)動(dòng)或者無法轉(zhuǎn)動(dòng)至準(zhǔn)確位置;刀套無法夾緊刀具;刀套上下無法到達(dá)準(zhǔn)確位置等。

（1）刀庫無法轉(zhuǎn)動(dòng)或者無法轉(zhuǎn)動(dòng)至準(zhǔn)確位置的原因包括以下幾點(diǎn)：①用來聯(lián)接電動(dòng)機(jī)軸以及蝸桿軸的聯(lián)軸裝置有沒有出現(xiàn)松脫;②變頻裝置問題，必須查驗(yàn)變頻器的輸入、輸出電壓是否發(fā)生改變;③plc沒有控制輸出，大概率是因?yàn)榻涌诎鍍?nèi)的繼電裝置不運(yùn)轉(zhuǎn);④機(jī)械連接緊密度太高;⑤電網(wǎng)中電壓不足。刀庫無法轉(zhuǎn)動(dòng)至準(zhǔn)確位置的原因包括：電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)生問題，傳動(dòng)裝置問題。

（2）刀套無法夾緊刀具的主要原因是刀套中調(diào)節(jié)螺釘發(fā)生松脫，或者彈簧的彈力不夠，導(dǎo)致無法卡緊;或者刀具超過規(guī)定重量。

（3）刀套上下無法到達(dá)準(zhǔn)確位置的原因包括設(shè)備調(diào)節(jié)不準(zhǔn)確或者加工誤差較大導(dǎo)致?lián)懿娴攸c(diǎn)不準(zhǔn)確;限位開關(guān)安裝不準(zhǔn)確或者調(diào)節(jié)位置不當(dāng)導(dǎo)致發(fā)送錯(cuò)誤反饋信號(hào)。

2.2 換刀機(jī)械手故障

（1）出現(xiàn)無法夾緊刀具掉刀問題的原因包括卡緊爪彈簧力度不足;或者固定彈簧的螺母出現(xiàn)松脫;或者刀具超過規(guī)定重量;或者機(jī)械臂卡緊鎖失效等。

（2）夾緊刀具后無法松開的原因是松鎖裝置彈簧過緊，導(dǎo)致卡爪無法縮回：必須將螺母調(diào)松，確保最大負(fù)荷不能高于額定值。

（3）刀具交換過程中出現(xiàn)掉刀情況。換刀環(huán)節(jié)主軸箱未能準(zhǔn)確轉(zhuǎn)至換刀位置或者換刀位置出現(xiàn)異動(dòng)，機(jī)械臂抓到尚未到位，就執(zhí)行拔刀操作，這些情況都會(huì)造成換刀環(huán)節(jié)出現(xiàn)掉刀問題。出現(xiàn)此類問題必須調(diào)整主軸箱的位置，準(zhǔn)確運(yùn)轉(zhuǎn)至換刀點(diǎn)，并據(jù)此重新設(shè)置換刀位置。

3 經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床自動(dòng)換刀裝置維修案例

數(shù)控車床中采用的刀架是數(shù)控機(jī)床中運(yùn)用最多的一類自動(dòng)換刀設(shè)備，本文的研究以方形刀架為對象，對其常見問題進(jìn)行探究。

問題情況一：刀架無法鎖緊。發(fā)生這類問題的原因主要包括控制電路問題或刀架內(nèi)鎖刀反靠定位銷出現(xiàn)磨損，或者機(jī)床指標(biāo)值中反鎖時(shí)間設(shè)定過短、發(fā)信盤地點(diǎn)不正確等。

針對這種問題，處理方案包含下述幾方面：一如果問題是因?yàn)橄到y(tǒng)反鎖時(shí)間過短導(dǎo)致的，只需要重新設(shè)置系統(tǒng)反鎖時(shí)間就能解決;二如果是鎖緊裝置問題，必須拆解刀架，調(diào)節(jié)機(jī)械裝置，另外還需要檢測反靠定位銷是否發(fā)生故障;三如果是刀架強(qiáng)電控制組內(nèi)控制電機(jī)反鎖的接觸裝置發(fā)生問題，必須檢測接觸裝置的線圈以及所有觸電是否正常;四如果出現(xiàn)發(fā)訊盤位置錯(cuò)誤故障，必須拆卸刀架的頂蓋，轉(zhuǎn)動(dòng)并調(diào)節(jié)發(fā)訊盤地點(diǎn)，保證刀位停留至準(zhǔn)確地點(diǎn)。

本文的研究以安裝 FANUC 0i-TB 系統(tǒng)的數(shù)控車床為研究對象進(jìn)行闡釋。當(dāng)結(jié)束換刀命令后，這一車床盡管可以對刀架進(jìn)行正確定位，但是不能實(shí)現(xiàn)鎖緊反轉(zhuǎn)操作，并且不會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，極大限制了機(jī)床的正常工作?；诖?，首先從機(jī)械出現(xiàn)問題著手排查，針對這一現(xiàn)象，維修者拆開刀架中的主體，對反靠定位銷進(jìn)行檢測，顯示雖然定位銷出現(xiàn)一定程度的磨損，但是不會(huì)對機(jī)床正常工作產(chǎn)生影響。只靠考慮到可能是發(fā)訊盤與磁鋼對接的原因?qū)е?，拆卸刀架頂蓋，對發(fā)詢盤地點(diǎn)進(jìn)行多次調(diào)解，未有任何效果。還考慮到也許是因?yàn)橄到y(tǒng)反鎖時(shí)間設(shè)定過短所致，對反鎖時(shí)間進(jìn)行重新設(shè)定等操作，但是未能處理這一問題。最后對刀架控制電路實(shí)施檢測，維修者還繪出了機(jī)床控制電路圖，如圖 3 所示，對其中的所有元器件展開全面檢測，最后排查出是控制電機(jī)反轉(zhuǎn)的接觸器 KM6 線圈損毀，進(jìn)而導(dǎo)致刀架出現(xiàn)不能反轉(zhuǎn)鎖緊的問題。問題解決：替換毀壞的電子元器件，解決了問題，機(jī)床重新正常工作。

問題情況二：無法執(zhí)行換刀操作。如果發(fā)生這類問題，首先必須排查故障因素，推測問題發(fā)生于機(jī)械部分還是電氣部分，詳細(xì)的步驟是換刀過程中，以手接觸電機(jī)，體會(huì)其有沒有出現(xiàn)振動(dòng)，進(jìn)而判斷電機(jī)有沒有出現(xiàn)問題，如果排除了電機(jī)問題，那就是機(jī)械部分出現(xiàn)故障，一般是刀架內(nèi)機(jī)械閉死或者毀壞等故障，解決方案是替換毀壞的零部件。

下面以安裝 SAG210/2NC 系統(tǒng)的數(shù)控車床為對象進(jìn)行分析。這一車床在實(shí)施換刀操作的過程中上刀架能夠抬起但無法轉(zhuǎn)動(dòng)。與之匹配的刀架是常州制造的LD4 四工位電動(dòng)方形刀架。按照刀架有關(guān)的工作機(jī)理進(jìn)行研究，造成上刀體不能轉(zhuǎn)動(dòng)的主要原因是粗定位銷卡死或者斷裂在錐孔之中。面對這類問題，詳細(xì)的解決方案是：拆卸電動(dòng)機(jī)架，替換原有的定位銷，之后恢復(fù)刀架的正常工作，問題就能解決。

結(jié)語

經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床對于自動(dòng)換刀設(shè)備的要求不斷提升。數(shù)控機(jī)床對于刀架的要求是控制效果好、剛性高、換刀操作耗時(shí)短、定位準(zhǔn)確度高、安全性能好，并且還可以有效解決出現(xiàn)的問題。盡管我們對于換刀設(shè)備的過沖以及滯后問題有了相應(yīng)的認(rèn)識(shí)，但無法有效滿足數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)的需求，還需要展開深層次的探索，研發(fā)出準(zhǔn)確度高、故障率低的高效換刀設(shè)備。

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