斗笠式刀庫動作過程分析

摘要：加工中心可將銑、鏜、鉆、鉸、攻螺紋等多項功能集于一身，大大提高了生產效率。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％的機床故障與換刀裝置有關。斗笠式刀庫是加工中心比較常見的一種換刀裝置，在本文中，我結合自己的工作經驗，對斗笠式刀庫的動作過程及換刀過程中容易出現的故障進行了簡要的分析和說明。

關鍵詞：加工中心 ATC 斗笠式刀庫 動作過程 故障分析

0 引言

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

1 斗笠式刀庫的動作過程

斗笠式刀庫在換刀時整個刀庫向主軸平行移動，首先，取下主軸上原有刀具，當主軸上的刀具進入刀庫的卡槽時，主軸向上移動脫離刀具：其次主軸安裝新刀具，這時刀庫轉動，當目標刀具對正主軸正下方時，主軸下移，使刀具進入主軸錐孔內，刀具夾緊后，刀庫退回原來的位置，換刀結束。刀庫具體動作過程如下：

1.1刀庫處于正常狀態，此時刀庫停留在遠離主軸中心的位置。此位置一般安裝有信號傳感器(為了方便理解，定義為A)，傳感器A發送信號輸送到數控機床的PLC中，對刀庫狀態進行確認。

1.2數控系統對指令的目標刀具號和當前主軸的刀具號進行分析。如果目標刀具號和當前主軸刀具號一致，直接發出換刀完成信號。如果目標刀具號和當前主軸刀具號不一致，啟動換刀程序，進入下一步。

1.3主軸沿Z方向移動到安全位置。一般安全位置定義為Z軸的第一參考點位置，同時主軸完成定位動作，并保持定位狀態；主軸定位常常通過檢測主軸所帶的位置編碼器一轉信號來完成。

1.4刀庫平行向主軸位置移動。刀庫刀具中心和主軸中心線在一條直線上時為換刀位置，位置到達通過信號傳感器(B)反饋信號到數控系統PLC進行確認。

1.5主軸向下移動到刀具交換位置。一般刀具交換位置定義為Z軸的第二參考點，在此位置將當前主軸上的刀具還回到刀庫中。

1.6刀庫抓刀確認后，主軸吹氣松刀。機床在主軸部分安裝松刀確認傳感器(C)，數控機床PLC接收到傳感器C發送的反饋信號后，確認本步動作執行完成，允許下一步動作開始。

1.7主軸抬起到Z軸第一參考點位置。此操作目的是防止刀庫轉動時，刀庫和主軸發生干涉。

1.8刀庫旋轉使能。數控系統發出刀庫電機正／反轉啟動信號，啟動刀庫電機的轉動，找到指令要求更換的目標刀具，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軸的第二參考點位置，進行抓刀動作。

1.10主軸刀具加緊。加緊傳感器(D)發出確認信號。

1.11刀庫向遠離主軸中心位置側平移，直到PLC接收到傳感器A發出的反饋確認信號。

1.12主軸定位解除，換刀操作完成。

刀庫僅有以上四個傳感器是不夠的，為了保證數控機床的安全，保證刀庫的換刀順利完成，在斗笠式刀庫中一般還安裝刀庫轉動到位確認傳感器(E)，保證刀庫轉動停止時，刀具中心線位置和主軸中心線在一條直線上。

2 斗笠式刀庫換刀過程常見故障分析

數控機床刀庫部分故障率相對較高，根據以往的工作經驗，對斗笠式刀庫在換刀過程中常見故障現象及原因總結以下幾條：

例1 故障現象：數控系統發出換刀指令，刀庫不動作。

原因分析：①檢查機床的操作模式是否正確?機床是否鎖住狀態?指令是否正確?這些原因雖然簡單，但也是初學者容易犯的錯誤：②檢查數控機床的壓縮空氣，檢查空氣的氣壓是否在要求范圍內?一般數控機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范圍，刀庫在換刀過程中由于壓力不夠，造成不動作；③檢查刀庫的初始狀態是否正常，即檢查傳感器A、E的狀態是否良好?輸送到數控系統PLC的入口信號是否正確?可以通過數控系統提供的PLC地址診斷功能幫助檢查。

例2 故障現象：刀庫移動到主軸中心位置，但不進行接下的動作。

原因分析：①檢查刀庫到主軸側的確認信號傳感器B、E是否良好?發送到數控系統PLC中的信號狀態是否正常?此故障現象多由于傳感器不良造成；②如果傳感器狀態及信號都正常，請檢查主軸刀具是否加緊?③檢查主軸定位是否完成?④確認第一參考點返回是否完成?

例3 故障現象：刀庫從主軸取完刀，不旋轉到目標刀位。

原因分析：一般刀庫的旋轉電機為三相異步電動機帶動，如果發生以上故障，要進行以下檢查：①參照機床的電氣圖紙，利用萬用表等檢測工具檢查電機的啟動電路是否正常?②檢查刀庫部分的電源是否正常?交流接觸器與開關是否正常?一般刀庫主電路部分的動力電源為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，檢查刀庫驅動電機是否正常?④如果以上故障都排除，請考慮刀庫機械部分是否有干涉的地方?刀庫旋轉驅動電機和刀庫的連接是否脫離?

例4 故障現象：主軸抓刀后，刀庫不移回初始位置。

原因分析：①檢查氣源壓力是否在要求范圍?②檢查刀庫驅動電機控制回路是否正常?刀庫控制電機正、反轉實現刀庫的左、右平移，如果反轉控制部分故障，容易出現以上故障；③檢查刀庫控制電機：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發出回饋信號到數控系統，如果數控系統接受不到傳感器D發送的加緊確認信號，刀庫不執行下面的動作；④檢查刀庫部分是否存在機械干涉現象。

加工中心采用斗笠式刀庫換刀，一般刀庫的平移過程通過汽缸動作來實現，所以在刀庫動作過程中，保證氣壓的充足與穩定非常重要，操作者開機前首先要檢查機床的壓縮空氣壓力，保證壓力穩定在要求范圍內。對于刀庫出現的其他電氣問題，維修人員參照機床的電氣圖冊，通過分析斗笠式刀庫的動作過程，一定能找出原因，解決問題，保證設備的正常運轉。