基于換刀流程圖的斗笠式刀庫(kù)故障維修

鄭英

(湖南交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南長(zhǎng)沙410004)

立式加工中心通常采用斗笠式刀庫(kù)，由于其性價(jià)比較高，特別是在經(jīng)濟(jì)型立式加工中心上得到了廣泛的應(yīng)用。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，加工中心刀庫(kù)故障約占其故障總量的40% 以上［1］，其工作是否可靠與高效，直接關(guān)系到加工的生產(chǎn)效率與質(zhì)量。因此，探討加工中心用斗笠式刀庫(kù)的維修與保養(yǎng)具有現(xiàn)實(shí)意義。

1 斗笠式刀庫(kù)的一般換刀流程

各廠家生產(chǎn)的斗笠式刀庫(kù)結(jié)構(gòu)大同小異，其換刀工作流程基本上可用圖1 所示的流程圖來(lái)表示。換刀過(guò)程是從已存貯在NC 中的用戶數(shù)控程序(或MDI 方式下人工輸入的換刀指令)的換刀指令開(kāi)始，共約14 步才能完成換刀的全過(guò)程。其中有判斷約8 次，報(bào)警約7 個(gè)。只有“機(jī)床在換刀點(diǎn)”判斷沒(méi)有報(bào)警，原因是該判斷與刀庫(kù)的工作關(guān)系不大，只與機(jī)床的坐標(biāo)及系統(tǒng)的參數(shù)有關(guān)。除“機(jī)床在換刀點(diǎn)”判斷外，其余7 次判斷不滿足時(shí)，均給出相應(yīng)的換刀報(bào)警號(hào)。

值得注意的是:不同廠家生產(chǎn)的機(jī)床，其機(jī)械結(jié)構(gòu)可能是不同的，但其刀庫(kù)要完成的基本動(dòng)作是相同或相似的，也就是流程圖中所描述的流程是相同或相似的，但其報(bào)警代號(hào)可能不同，通常由機(jī)床廠家根據(jù)需要確定。所以在使用此流程圖幫助維修斗笠式刀庫(kù)的故障時(shí)，應(yīng)只用文中的維修思想或方法，不一定用具體的內(nèi)容。

圖1 斗笠式刀庫(kù)一般換刀流程圖

2 故障維修實(shí)例

2.1 故障實(shí)例刀庫(kù)簡(jiǎn)介

現(xiàn)以長(zhǎng)征機(jī)床廠生產(chǎn)的立式加工中心(型號(hào)為KVC1200)為例，運(yùn)用前述換刀流程圖來(lái)探討其在使用過(guò)程中刀庫(kù)的常見(jiàn)故障及維修方法。

該機(jī)床采用的是臺(tái)灣吉輔生產(chǎn)的T 型斗笠式刀庫(kù)，庫(kù)容20 把，無(wú)換刀機(jī)械手，采用固定刀座號(hào)的編碼方式。對(duì)于此類刀庫(kù)，主軸內(nèi)刀具必須放回刀庫(kù)后才能取下一把刀。其換刀流程如圖1 所示。

該斗笠式刀庫(kù)換刀故障有兩種不同的形式:第一種故障屬于刀庫(kù)初始化故障，形式是主軸內(nèi)的刀具號(hào)與刀庫(kù)換刀位置對(duì)應(yīng)的刀座號(hào)不相對(duì)應(yīng)，換刀動(dòng)作一切正常，這種故障一般為軟故障;另一種故障形式是主軸內(nèi)的刀具號(hào)與刀庫(kù)換刀位置對(duì)應(yīng)的刀座號(hào)相對(duì)應(yīng)，但換刀動(dòng)作不能完成，即換刀過(guò)程到某一步后突然停止，不再往下執(zhí)行并報(bào)警。

2.2 典型故障案例

(1)主軸內(nèi)刀號(hào)與刀庫(kù)換刀位置刀座號(hào)不對(duì)應(yīng)(初始化故障)

由于斗笠式刀庫(kù)通常采用的是固定刀座號(hào)編碼，當(dāng)主軸內(nèi)有刀時(shí)，對(duì)應(yīng)刀具的刀座號(hào)應(yīng)正好在刀庫(kù)的換刀位置，但由于多種原因，可能使主軸內(nèi)的刀具號(hào)與換刀位置對(duì)應(yīng)的刀座號(hào)并不對(duì)應(yīng)。

分析流程圖可知:機(jī)床通常只能判斷主軸內(nèi)當(dāng)前刀號(hào)與數(shù)控程序所選刀號(hào)是否一致，如果數(shù)控程序所選刀號(hào)在主軸內(nèi)，將不會(huì)有換刀動(dòng)作，機(jī)床直接開(kāi)始加工;當(dāng)數(shù)控程序所選刀號(hào)與主軸內(nèi)原有刀號(hào)不一致時(shí)，機(jī)床必先換刀。如果刀具并不取自對(duì)應(yīng)的刀座號(hào)時(shí)，機(jī)床將按流程正常工作，并不會(huì)出現(xiàn)任何報(bào)警，所有換刀動(dòng)作均能完成，這對(duì)加工來(lái)說(shuō)，將根本不能完成加工任務(wù)甚至直接導(dǎo)致加工產(chǎn)品報(bào)廢。特別應(yīng)注意的是:當(dāng)數(shù)控程序所選刀號(hào)與主軸內(nèi)原有刀號(hào)不一致時(shí)機(jī)床去換刀，如果刀庫(kù)內(nèi)在換刀位置的刀座號(hào)內(nèi)又有一把刀，這一現(xiàn)象絕不允許發(fā)生，一旦發(fā)生對(duì)刀庫(kù)來(lái)說(shuō)將是破壞性的損壞。

圖2 描述的是該機(jī)床經(jīng)常出現(xiàn)的故障之一，即在開(kāi)機(jī)后換刀時(shí)，程序里規(guī)定的刀號(hào)并不取自于對(duì)應(yīng)的刀座號(hào)，而是與對(duì)應(yīng)的刀座號(hào)相差一個(gè)固定的差值。圖2 (a)中所示為1 號(hào)刀(方框中數(shù)字為刀具號(hào))進(jìn)入了5 號(hào)刀座(圓圈內(nèi)數(shù)字為刀座號(hào))，2 號(hào)刀進(jìn)入了6 號(hào)刀座，即順時(shí)針?lè)较蝈e(cuò)開(kāi)了4 個(gè)刀號(hào)。圖2(b)顯示1 號(hào)刀進(jìn)入了5 號(hào)刀座，20 號(hào)刀進(jìn)入了2號(hào)刀座，即刀庫(kù)的旋轉(zhuǎn)方向正好與要求的方向相反。

分析圖2 (a)可知:系統(tǒng)把5 號(hào)刀座當(dāng)成了1號(hào)刀座，6 號(hào)刀座當(dāng)成了2 號(hào)刀座，其余類推。很明顯，這種故障是因?yàn)榈蹲某跏蓟恢貌粚?duì)造成。解決的辦法是:將一號(hào)刀座手動(dòng)轉(zhuǎn)到換刀位置，重新將刀庫(kù)進(jìn)行初始化設(shè)置即可排除故障。

分析圖2 (b)可知:此時(shí)刀庫(kù)的旋轉(zhuǎn)方向剛好與正確的方向相反，這是由于刀庫(kù)旋轉(zhuǎn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向與要求的方向相反所致。解決的辦法是:先將刀庫(kù)旋轉(zhuǎn)電機(jī)的三相電源任意交換兩相，再將1 號(hào)刀座手動(dòng)轉(zhuǎn)到換刀位置，最后將刀庫(kù)進(jìn)行初始化設(shè)置即可排除故障。

圖2 程序刀號(hào)與刀座號(hào)不對(duì)應(yīng)故障圖

(2)主軸準(zhǔn)停后，刀庫(kù)伸出后不換刀

這是該機(jī)床經(jīng)常出現(xiàn)的故障，當(dāng)數(shù)控系統(tǒng)執(zhí)行換刀指令時(shí)，將按流程圖依次執(zhí)行各個(gè)步驟，到刀庫(kù)伸出到位檢查為止，機(jī)床不再往下動(dòng)作。

分析換刀流程圖可知，出現(xiàn)這一故障時(shí)，流程圖前面的判斷與選擇已經(jīng)完成，主軸已來(lái)到換刀點(diǎn)，并且實(shí)現(xiàn)了主軸準(zhǔn)停，也只有這些條件完成才具備刀庫(kù)動(dòng)作的條件。導(dǎo)致這一故障的直接原因可能是刀庫(kù)伸出有問(wèn)題，故障原因主要包括刀庫(kù)伸出的位置是否到位、到位行程開(kāi)關(guān)是否有效、到位信號(hào)是否傳回到PLC 3 種基本情況。

檢查與維修這一故障的第一件事是在機(jī)床參數(shù)中找到刀庫(kù)伸出到位信號(hào)地址，檢測(cè)地址中反饋的數(shù)據(jù)是否有效。方法是找到對(duì)應(yīng)的刀庫(kù)參數(shù)后，將刀庫(kù)人為地進(jìn)行伸出與收回操作，檢查刀庫(kù)參數(shù)是否在“0”與“1”間變動(dòng)，如果是，則說(shuō)明此時(shí)刀庫(kù)伸出信號(hào)已能正確檢測(cè)，重啟系統(tǒng)應(yīng)能往下工作。如果刀庫(kù)到位參數(shù)沒(méi)能正確檢測(cè)，則應(yīng)檢查到位行程開(kāi)關(guān)是否有效，如果確認(rèn)到位開(kāi)關(guān)有效，但到位參數(shù)還是沒(méi)能正確檢測(cè)，則應(yīng)檢查從到位開(kāi)關(guān)至PLC 信號(hào)采集模塊的連接線，一切正常后通常故障即可排除。

(3)主軸下移取刀，但當(dāng)主軸下移到下止點(diǎn)與刀庫(kù)內(nèi)刀具對(duì)準(zhǔn)后，主軸內(nèi)吹氣不停，不抓刀，主軸也不上移

對(duì)照流程圖1，到此步說(shuō)明刀庫(kù)選刀已經(jīng)完成，下一步就是主軸下移準(zhǔn)備抓刀。根據(jù)故障現(xiàn)象，主軸內(nèi)錐面已經(jīng)與刀柄外錐面配合，且主軸內(nèi)吹出的壓縮空氣正把主軸內(nèi)錐孔表面與刀柄表面吹干凈，依流程圖可知，下一步應(yīng)為緊刀程序，即主軸內(nèi)的刀柄拉桿在蝶形彈簧的作用下上移，從而通過(guò)刀柄拉釘把刀具拉緊在主軸內(nèi)錐孔內(nèi)。

分析故障現(xiàn)象可知，問(wèn)題出在主軸內(nèi)的刀柄拉桿沒(méi)有把刀具上的拉釘拉緊，或者沒(méi)有把拉緊信號(hào)傳給PLC，從而使主軸內(nèi)吹氣不斷。由于蝶形彈簧是在壓下氣缸的作用下把拉釘松開(kāi)的，要想拉緊拉釘，必須使氣缸收回，從而使蝶形彈簧作用而拉緊拉釘，所以此時(shí)應(yīng)檢測(cè)氣缸能否正確回程。當(dāng)氣缸能正確回程后，蝶形彈簧自然就把拉釘拉緊，從而完成緊刀動(dòng)作，之后即執(zhí)行刀庫(kù)收回過(guò)程，然后繼續(xù)完成后續(xù)的換刀過(guò)程。

3 小結(jié)

從維修實(shí)例可知:依據(jù)斗笠式刀庫(kù)的工作流程圖，即可直接判斷故障可能指向的部位或過(guò)程，再結(jié)合機(jī)械與電氣原理，即可迅速完成刀庫(kù)故障的維修與保養(yǎng)。

［1］鄭英，劉讓賢，王艷．基于流程圖的加工中心模塊化數(shù)控編程［J］．組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù)，2007(1):97－99．

［2］FANUC 0i MC 維修手冊(cè)［M］．FANUC(中國(guó))有限公司，2005．

［3］SIEMENS 802Dsl 參數(shù)說(shuō)明書(shū)［M］．西門(mén)子自動(dòng)化(中國(guó))有限公司，2007．