加工中心斗笠式刀庫(kù)控制原理與故障診斷

仲興國(guó)

（沈陽(yáng)理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，遼寧沈陽(yáng) 110159）

0 引言

加工中心由于具有自動(dòng)換刀機(jī)構(gòu)及可以儲(chǔ)放多把刀具的刀庫(kù)，改變傳統(tǒng)以人為主的生產(chǎn)方式。由程序的控制，可以完成各種不同的加工需求，如銑削、鉆孔、搪孔、攻牙等。大幅縮短加工時(shí)程，降低生產(chǎn)成本。學(xué)校實(shí)訓(xùn)中心使用的加工中心分別配備有斗笠式、盤式和鏈?zhǔn)降稁?kù)。由于刀庫(kù)及換刀機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，且在工作中又頻繁運(yùn)動(dòng)，所以故障率較高。以斗笠式刀庫(kù)為例，從分析掌握其工作原理入手，對(duì)于使用中出現(xiàn)的一些故障，給出查找思路和解決辦法。

1 斗笠式刀庫(kù)控制

1.1 斗笠式刀庫(kù)電氣控制

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(lái)的位置，換刀結(jié)束。

PLC 在整個(gè)換刀過程中主要控制刀庫(kù)的正/反轉(zhuǎn)、刀庫(kù)的前進(jìn)/后退、松刀/緊刀閥的動(dòng)作以及換刀動(dòng)作順序。主軸的上升、下降和定位都是由NC 程序控制的，所以在整個(gè)換刀過程中PLC 與NC 程序的配合是重點(diǎn)也是難點(diǎn)。

斗笠式刀庫(kù)相關(guān)的輸入信號(hào)有手動(dòng)松刀開關(guān)、刀具夾緊檢測(cè)開關(guān)等，對(duì)應(yīng)的PMC 輸入地址分配如圖1 所示。斗笠式刀庫(kù)相關(guān)的輸出信號(hào)有主軸吹氣電磁閥、刀盤正反轉(zhuǎn)信號(hào)等，對(duì)應(yīng)的PMC 輸出地址分配如圖2 所示。

1.2 刀庫(kù)控制原理

使用宏程序完成換刀的主體動(dòng)作和時(shí)序思路，PMC 的作用主要是指令機(jī)床外圍設(shè)備，實(shí)現(xiàn)宏程序的各種輔助功能代碼動(dòng)作。

圖1 PMC 輸入地址分配

圖2 PMC 輸出地址分配

（1）若主軸刀號(hào)不為0，則主軸回參考點(diǎn)，同時(shí)刀庫(kù)旋轉(zhuǎn)信號(hào)Y3.0 或Y3.1 狀態(tài)為“1”，控制刀庫(kù)刀盤轉(zhuǎn)動(dòng)至主軸當(dāng)前刀號(hào)對(duì)應(yīng)的工位。

（2）氣動(dòng)閥Y3.6 狀態(tài)為“1”，活塞帶動(dòng)刀庫(kù)向右移動(dòng)，同時(shí)主軸向下移動(dòng)到刀具交換位置；

（3）氣動(dòng)閥Y2.3 狀態(tài)為“1”，發(fā)出主軸松刀輸出，主軸松刀到位，將當(dāng)前主軸上的刀具還回到刀庫(kù)中。

（4）系統(tǒng)發(fā)出主軸抬刀信號(hào)，回到參考點(diǎn)。（5）若T 代碼不為0，則刀庫(kù)刀盤轉(zhuǎn)動(dòng)至目標(biāo)刀號(hào)對(duì)應(yīng)的工位。（6）移動(dòng)氣缸活塞帶動(dòng)刀庫(kù)向右移動(dòng)到位，主軸向下移動(dòng)抓刀。（7）系統(tǒng)發(fā)出主軸緊刀輸出，氣動(dòng)閥Y2.3 狀態(tài)為“0”主軸緊刀到位。

（8）氣動(dòng)閥Y3.5 狀態(tài)為“1”，活塞帶動(dòng)刀庫(kù)向左移動(dòng)，刀庫(kù)換刀控制完畢。

2 斗笠式刀庫(kù)常見故障原因及案例分析

2.1 斗笠式刀庫(kù)常見故障及原因

（1）刀庫(kù)移至主軸中心位置，但不執(zhí)行后面的動(dòng)作。故障原因可能有：主軸定位沒完成；主軸沒有返回第一參考點(diǎn)；PMC 沒有收到刀庫(kù)主軸側(cè)到位行程開關(guān)發(fā)送的信號(hào)；PMC 沒有收到主軸緊刀或松刀信號(hào)。

（2）刀庫(kù)從主軸取完刀，不旋轉(zhuǎn)到目標(biāo)刀位。故障原因可能有：電機(jī)啟動(dòng)電路故障；刀庫(kù)電機(jī)故障；刀庫(kù)電機(jī)與刀庫(kù)連接脫離，電機(jī)旋轉(zhuǎn)，刀庫(kù)不旋轉(zhuǎn)。

（3）主軸抓刀后，刀庫(kù)不移回初始位置。故障原因可能有：PMC 沒有收到主軸緊刀完成信號(hào)；刀庫(kù)控制電磁氣壓閥電路或本身故障。

（4）主軸掉刀或機(jī)床抓不住刀。故障原因可能有：氣泵壓力過低；主軸氣路不通暢或有漏氣現(xiàn)象；抓刀爪子不能打開或有磨損等。

此外還可能產(chǎn)生松刀故障、刀庫(kù)換刀不到位等故障。

2.2 典型故障案例分析

（1）換刀中斷故障：1 臺(tái)采用斗笠式刀庫(kù)的加工中心，在換刀過程中，刀盤右移至主軸側(cè)，主軸沒有松刀，換刀中斷。

分析與處理：主軸沒有松刀原因可能是相關(guān)條件不滿足，比如右限位行程開關(guān)沒有發(fā)出信號(hào)；松刀電磁閥沒有吸合。根據(jù)操作者描述當(dāng)時(shí)能聽到主軸松刀氣缸通氣的聲音，由此判斷故障原因是松刀開關(guān)沒有發(fā)出信號(hào)的可能性比較大，進(jìn)入PMC 診斷畫面，查看圖1 中松刀行程開關(guān)的輸入地址X0.3 的狀態(tài)為“0”，拆開防護(hù)罩，發(fā)現(xiàn)氣缸松刀時(shí)沒有壓到行程開關(guān)，重新調(diào)整行程開關(guān)位置后，故障消除。

（2）刀庫(kù)不能返回故障：1 臺(tái)采用斗笠式刀庫(kù)的加工中心，在換完刀后出現(xiàn)刀庫(kù)不能返回故障，出現(xiàn)L/R ERROR 報(bào)警。

分析與處理：該報(bào)警是刀庫(kù)左側(cè)或右側(cè)沒有到位報(bào)警，由于刀庫(kù)能夠完成換刀動(dòng)作，說(shuō)明有刀庫(kù)右側(cè)到位信號(hào)，那么該報(bào)警就是刀庫(kù)左側(cè)沒有到位報(bào)警。查看梯形圖可知，主軸緊刀完成，執(zhí)行退刀指令，退刀信號(hào)已發(fā)出，但是刀盤沒有動(dòng)作，刀盤左右移動(dòng)是由電磁換向閥控制氣缸來(lái)完成的，出現(xiàn)該故障，原因可能是外圍電路故障或電磁換向閥故障，經(jīng)檢查，發(fā)現(xiàn)電信號(hào)正常。那么故障可能是電磁換向閥故障，將電磁換向閥拆開，發(fā)現(xiàn)換向閥中的閥芯有銹跡，左右運(yùn)動(dòng)不靈活，有卡死現(xiàn)象，可能由于該斗笠式刀庫(kù)長(zhǎng)時(shí)間沒有用，氣管中的水汽導(dǎo)致閥芯生銹。經(jīng)過處理，將換向閥重新裝上，開機(jī)檢測(cè)，故障排除。

（3）拔插刀滯澀響動(dòng)故障：1 臺(tái)配套FANUC 0i MC 系統(tǒng)加工中心，斗笠式刀庫(kù)在換刀過程中，刀爪移至抓刀位置時(shí)，刀庫(kù)刀爪與主軸傳動(dòng)鍵有錯(cuò)動(dòng)，拔插刀時(shí)，有明顯聲響，似卡滯。

換刀時(shí)刀庫(kù)刀爪與主軸傳動(dòng)鍵有錯(cuò)動(dòng)，說(shuō)明刀庫(kù)零點(diǎn)可能偏移，或是由于刀庫(kù)傳動(dòng)存在間隙，或者刀庫(kù)上刀具質(zhì)量不平衡而向一邊偏斜。將刀庫(kù)刀具全部卸下，將主軸手搖至Z 軸第二參考點(diǎn)附近，用塞尺測(cè)量刀庫(kù)刀爪與主軸傳動(dòng)鍵之間的間隙，證實(shí)有偏移；用手動(dòng)推拉刀庫(kù)，也不能利用間隙使其回正；調(diào)整參數(shù)4077 直至刀庫(kù)刀爪與主軸傳動(dòng)鍵之間間隙基本相等。開機(jī)后執(zhí)行換刀正常。

3 結(jié)束語(yǔ)

從維修實(shí)例可知，依據(jù)斗笠式刀庫(kù)的工作流程圖和各輸入輸出點(diǎn)地址，可初步判斷故障可能指向的部位，然后逐一排查機(jī)械、電路、電氣元件及氣動(dòng)元件本身是否存在問題，即可迅速完成刀庫(kù)故障的維修。