自動換刀系統(tǒng)可靠性分析與維修

石林

摘要： 自動換刀系統(tǒng)作為數(shù)控加工中心的重要部件，在極大提高加工效率的同時，也對其自身可靠性提出更高的要求，文章主要根據(jù)自身維修經(jīng)驗與大量的維修記錄，對自動換刀系統(tǒng)相關(guān)故障進(jìn)行分析總結(jié)，為今后相關(guān)故障維修提供借鑒與參考。

Abstract： The automatic tool changer as an important part of CNC machining centers， greatly improving the processing efficiency， but also demanding higher for its own reliability. Based on experience and a lot of maintenance records， this paper analyzes and summarizes the related failures of automatic tool changer， and provides reference for future maintenance.

關(guān)鍵詞： 自動換刀系統(tǒng)；數(shù)控機(jī)床；維修

Key words： automatic tool changer；CNC machine tools；maintenance

中圖分類號：TG659 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2014）11-0032-02

1 自動換刀系統(tǒng)結(jié)構(gòu)優(yōu)缺點分析

自動換刀系統(tǒng)主要由刀庫、機(jī)械手和驅(qū)動裝置組成，按照機(jī)床刀庫的結(jié)構(gòu)形式主要分為轉(zhuǎn)塔式、圓盤式、鏈?zhǔn)降稁斓刃问健?/p>

①轉(zhuǎn)塔式刀庫，刀具固定在同一轉(zhuǎn)塔上，無換刀臂，儲刀數(shù)量少，常用車削中心，該形式的自動換刀系統(tǒng)，因其機(jī)械結(jié)構(gòu)和控制方式簡單，所以故障率較低。

②圓盤式刀庫，刀庫呈盤狀，刀具沿盤面垂直排列、徑向排列或成銳角排列，此類刀庫結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，但是由于儲刀容量受刀盤大小的限制（刀盤太大，刀庫的轉(zhuǎn)動慣量大，換刀時間也相對較長），所以該形式的換刀系統(tǒng)多用于中小型加工中心。圓盤式刀庫由于機(jī)械結(jié)構(gòu)簡單，換刀動作少，所以系統(tǒng)整體可靠性較高，機(jī)械故障較少，電氣故障較多，主要集中在一些檢測與控制元器件上。

③鏈?zhǔn)降稁欤壳白顬閺V泛采用的一種自動換刀裝置，該換刀系統(tǒng)的優(yōu)點是刀盤容量大，占用空間小，換刀速度快，平穩(wěn)性好，但鏈?zhǔn)降稁毂仨毑捎脵C(jī)械臂配合完成換刀，因此該形式的自動換刀系統(tǒng)自動化程度高，機(jī)構(gòu)運轉(zhuǎn)復(fù)雜，換刀動作多、速度快、距離短，對各動作的位置精度要求高，再加上電路和機(jī)械方面保護(hù)功能，使得該系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)和電氣控制變的十分復(fù)雜，所以該系統(tǒng)整體可靠性差，故障率較高。

2 自動換刀系統(tǒng)可靠性分析

根據(jù)近些年大量的數(shù)控維修統(tǒng)計，其中2200余例維修中與自動換刀系統(tǒng)相關(guān)故障416起，占整個機(jī)床故障率的18.9%。故障主要原因有電氣故障、機(jī)械故障、液壓故障與軟件系統(tǒng)故障等，統(tǒng)計如表1所示。

從故障原因看電氣故障原因所占比例最高，此類故障原因具體常見的有以下方面：

①檢測刀具、氣缸、機(jī)械臂、零點等位置傳感器損壞；

②驅(qū)動器、控制器、控制板、電源、繼電器及電磁閥等元器件損壞；

③機(jī)械臂、刀盤電機(jī)損壞；

④此外常見的還有干擾造成檢測元器件或控制元器件的誤動作。

常見的機(jī)械故障原因造成換刀系統(tǒng)故障有以下方面：

①主軸換刀點、刀盤旋轉(zhuǎn)、機(jī)械臂移動位置不準(zhǔn)確造成不能正常換刀；

②刀具夾緊裝置故障（如拉刀桿損壞）造成換刀時掉刀摔刀現(xiàn)象；

③刀盤變形造成傳感器檢測不到或發(fā)生碰撞現(xiàn)象；

④此外常見的還有機(jī)械臂減速器損壞無法動作、刀柄磨損造成主軸吸刀，刀庫門氣缸密封故障都可能造成整個換刀系統(tǒng)故障。

液壓故障原因主要是由于油路堵塞、執(zhí)行機(jī)構(gòu)漏油或者是液壓系統(tǒng)故障（如壓力不夠）造成的自動換刀系統(tǒng)故障，主要常見的有，機(jī)械臂手指密封，主軸刀具夾緊液壓缸密封等。

軟件系統(tǒng)故障常見的有控制器電池沒電造成刀庫存儲信息丟失；數(shù)控系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)后，軟件中毒，造成換刀系統(tǒng)紊亂等。

3 故障實例分析

某型采用盤式刀庫的五軸加工中心，在換刀過程中，主軸與刀盤發(fā)生碰撞，刀盤嚴(yán)重變形，從事故現(xiàn)象看，刀柄已經(jīng)進(jìn)入主軸錐孔，但位置發(fā)生偏差，導(dǎo)致主軸與刀柄發(fā)生碰撞。引發(fā)位置偏差的原因有兩種：

①刀盤沒有旋轉(zhuǎn)到換刀位；

②主軸在Y軸方向沒有運動到換刀位。

經(jīng)檢測發(fā)現(xiàn)，刀庫各檢測傳感器功能正常，并無器件損壞，修復(fù)刀盤后，執(zhí)行換刀動作每步皆可正常完成，所以初步判該故障是隨機(jī)出現(xiàn)。經(jīng)仔細(xì)檢查發(fā)現(xiàn)，刀庫碰撞前機(jī)床都出現(xiàn)過“Y軸運動監(jiān)控報警”，報警后可清除繼續(xù)加工，經(jīng)分析總結(jié)碰撞故障原因可能是由于Y軸運動監(jiān)控報警，致使系統(tǒng)混亂，主軸換刀在Y方向的位置發(fā)生偏差，從而發(fā)生碰撞。運動監(jiān)控報警的原因很多，有可能是光柵尺檢測故障、電機(jī)編碼器故障、信號干擾等，這種故障偶爾會出現(xiàn)。總之，在出現(xiàn)此類報警后，要求操作者必須關(guān)機(jī)重啟機(jī)床，各個軸重新找基準(zhǔn)，從而有效的避免了刀庫碰撞這類故障的再次發(fā)生。

4 結(jié)束語

自動換刀裝置故障診斷與排除相對比較容易，但故障率較高，為了提高該部件的可靠性，必須做好預(yù)防性維護(hù)和日常保養(yǎng)工作。

參考文獻(xiàn)：

[1]韓金玲，裴幫富.機(jī)床電氣故障分析與查找[J].機(jī)床與液壓， 2009（06）.

[2]蘭建設(shè)，劉志剛.數(shù)控機(jī)床自動換刀裝置的故障分析與排除[J].裝備制造技術(shù)，2007（08）.

[3]于捷，申桂香，賈亞洲.基于三參數(shù)威布爾分布的數(shù)控機(jī)床的可靠性評價[J].現(xiàn)代制造工程，2007（05）.endprint

摘要： 自動換刀系統(tǒng)作為數(shù)控加工中心的重要部件，在極大提高加工效率的同時，也對其自身可靠性提出更高的要求，文章主要根據(jù)自身維修經(jīng)驗與大量的維修記錄，對自動換刀系統(tǒng)相關(guān)故障進(jìn)行分析總結(jié)，為今后相關(guān)故障維修提供借鑒與參考。

Abstract： The automatic tool changer as an important part of CNC machining centers， greatly improving the processing efficiency， but also demanding higher for its own reliability. Based on experience and a lot of maintenance records， this paper analyzes and summarizes the related failures of automatic tool changer， and provides reference for future maintenance.

關(guān)鍵詞： 自動換刀系統(tǒng)；數(shù)控機(jī)床；維修

Key words： automatic tool changer；CNC machine tools；maintenance

中圖分類號：TG659 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2014）11-0032-02

1 自動換刀系統(tǒng)結(jié)構(gòu)優(yōu)缺點分析

自動換刀系統(tǒng)主要由刀庫、機(jī)械手和驅(qū)動裝置組成，按照機(jī)床刀庫的結(jié)構(gòu)形式主要分為轉(zhuǎn)塔式、圓盤式、鏈?zhǔn)降稁斓刃问健?/p>

①轉(zhuǎn)塔式刀庫，刀具固定在同一轉(zhuǎn)塔上，無換刀臂，儲刀數(shù)量少，常用車削中心，該形式的自動換刀系統(tǒng)，因其機(jī)械結(jié)構(gòu)和控制方式簡單，所以故障率較低。

②圓盤式刀庫，刀庫呈盤狀，刀具沿盤面垂直排列、徑向排列或成銳角排列，此類刀庫結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，但是由于儲刀容量受刀盤大小的限制（刀盤太大，刀庫的轉(zhuǎn)動慣量大，換刀時間也相對較長），所以該形式的換刀系統(tǒng)多用于中小型加工中心。圓盤式刀庫由于機(jī)械結(jié)構(gòu)簡單，換刀動作少，所以系統(tǒng)整體可靠性較高，機(jī)械故障較少，電氣故障較多，主要集中在一些檢測與控制元器件上。

③鏈?zhǔn)降稁欤壳白顬閺V泛采用的一種自動換刀裝置，該換刀系統(tǒng)的優(yōu)點是刀盤容量大，占用空間小，換刀速度快，平穩(wěn)性好，但鏈?zhǔn)降稁毂仨毑捎脵C(jī)械臂配合完成換刀，因此該形式的自動換刀系統(tǒng)自動化程度高，機(jī)構(gòu)運轉(zhuǎn)復(fù)雜，換刀動作多、速度快、距離短，對各動作的位置精度要求高，再加上電路和機(jī)械方面保護(hù)功能，使得該系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)和電氣控制變的十分復(fù)雜，所以該系統(tǒng)整體可靠性差，故障率較高。

2 自動換刀系統(tǒng)可靠性分析

根據(jù)近些年大量的數(shù)控維修統(tǒng)計，其中2200余例維修中與自動換刀系統(tǒng)相關(guān)故障416起，占整個機(jī)床故障率的18.9%。故障主要原因有電氣故障、機(jī)械故障、液壓故障與軟件系統(tǒng)故障等，統(tǒng)計如表1所示。

從故障原因看電氣故障原因所占比例最高，此類故障原因具體常見的有以下方面：

①檢測刀具、氣缸、機(jī)械臂、零點等位置傳感器損壞；

②驅(qū)動器、控制器、控制板、電源、繼電器及電磁閥等元器件損壞；

③機(jī)械臂、刀盤電機(jī)損壞；

④此外常見的還有干擾造成檢測元器件或控制元器件的誤動作。

常見的機(jī)械故障原因造成換刀系統(tǒng)故障有以下方面：

①主軸換刀點、刀盤旋轉(zhuǎn)、機(jī)械臂移動位置不準(zhǔn)確造成不能正常換刀；

②刀具夾緊裝置故障（如拉刀桿損壞）造成換刀時掉刀摔刀現(xiàn)象；

③刀盤變形造成傳感器檢測不到或發(fā)生碰撞現(xiàn)象；

④此外常見的還有機(jī)械臂減速器損壞無法動作、刀柄磨損造成主軸吸刀，刀庫門氣缸密封故障都可能造成整個換刀系統(tǒng)故障。

液壓故障原因主要是由于油路堵塞、執(zhí)行機(jī)構(gòu)漏油或者是液壓系統(tǒng)故障（如壓力不夠）造成的自動換刀系統(tǒng)故障，主要常見的有，機(jī)械臂手指密封，主軸刀具夾緊液壓缸密封等。

軟件系統(tǒng)故障常見的有控制器電池沒電造成刀庫存儲信息丟失；數(shù)控系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)后，軟件中毒，造成換刀系統(tǒng)紊亂等。

3 故障實例分析

某型采用盤式刀庫的五軸加工中心，在換刀過程中，主軸與刀盤發(fā)生碰撞，刀盤嚴(yán)重變形，從事故現(xiàn)象看，刀柄已經(jīng)進(jìn)入主軸錐孔，但位置發(fā)生偏差，導(dǎo)致主軸與刀柄發(fā)生碰撞。引發(fā)位置偏差的原因有兩種：

①刀盤沒有旋轉(zhuǎn)到換刀位；

②主軸在Y軸方向沒有運動到換刀位。

經(jīng)檢測發(fā)現(xiàn)，刀庫各檢測傳感器功能正常，并無器件損壞，修復(fù)刀盤后，執(zhí)行換刀動作每步皆可正常完成，所以初步判該故障是隨機(jī)出現(xiàn)。經(jīng)仔細(xì)檢查發(fā)現(xiàn)，刀庫碰撞前機(jī)床都出現(xiàn)過“Y軸運動監(jiān)控報警”，報警后可清除繼續(xù)加工，經(jīng)分析總結(jié)碰撞故障原因可能是由于Y軸運動監(jiān)控報警，致使系統(tǒng)混亂，主軸換刀在Y方向的位置發(fā)生偏差，從而發(fā)生碰撞。運動監(jiān)控報警的原因很多，有可能是光柵尺檢測故障、電機(jī)編碼器故障、信號干擾等，這種故障偶爾會出現(xiàn)。總之，在出現(xiàn)此類報警后，要求操作者必須關(guān)機(jī)重啟機(jī)床，各個軸重新找基準(zhǔn)，從而有效的避免了刀庫碰撞這類故障的再次發(fā)生。

4 結(jié)束語

自動換刀裝置故障診斷與排除相對比較容易，但故障率較高，為了提高該部件的可靠性，必須做好預(yù)防性維護(hù)和日常保養(yǎng)工作。

參考文獻(xiàn)：

[1]韓金玲，裴幫富.機(jī)床電氣故障分析與查找[J].機(jī)床與液壓， 2009（06）.

[2]蘭建設(shè)，劉志剛.數(shù)控機(jī)床自動換刀裝置的故障分析與排除[J].裝備制造技術(shù)，2007（08）.

[3]于捷，申桂香，賈亞洲.基于三參數(shù)威布爾分布的數(shù)控機(jī)床的可靠性評價[J].現(xiàn)代制造工程，2007（05）.endprint

摘要： 自動換刀系統(tǒng)作為數(shù)控加工中心的重要部件，在極大提高加工效率的同時，也對其自身可靠性提出更高的要求，文章主要根據(jù)自身維修經(jīng)驗與大量的維修記錄，對自動換刀系統(tǒng)相關(guān)故障進(jìn)行分析總結(jié)，為今后相關(guān)故障維修提供借鑒與參考。

Abstract： The automatic tool changer as an important part of CNC machining centers， greatly improving the processing efficiency， but also demanding higher for its own reliability. Based on experience and a lot of maintenance records， this paper analyzes and summarizes the related failures of automatic tool changer， and provides reference for future maintenance.

關(guān)鍵詞： 自動換刀系統(tǒng)；數(shù)控機(jī)床；維修

Key words： automatic tool changer；CNC machine tools；maintenance

中圖分類號：TG659 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2014）11-0032-02

1 自動換刀系統(tǒng)結(jié)構(gòu)優(yōu)缺點分析

自動換刀系統(tǒng)主要由刀庫、機(jī)械手和驅(qū)動裝置組成，按照機(jī)床刀庫的結(jié)構(gòu)形式主要分為轉(zhuǎn)塔式、圓盤式、鏈?zhǔn)降稁斓刃问健?/p>

①轉(zhuǎn)塔式刀庫，刀具固定在同一轉(zhuǎn)塔上，無換刀臂，儲刀數(shù)量少，常用車削中心，該形式的自動換刀系統(tǒng)，因其機(jī)械結(jié)構(gòu)和控制方式簡單，所以故障率較低。

②圓盤式刀庫，刀庫呈盤狀，刀具沿盤面垂直排列、徑向排列或成銳角排列，此類刀庫結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，但是由于儲刀容量受刀盤大小的限制（刀盤太大，刀庫的轉(zhuǎn)動慣量大，換刀時間也相對較長），所以該形式的換刀系統(tǒng)多用于中小型加工中心。圓盤式刀庫由于機(jī)械結(jié)構(gòu)簡單，換刀動作少，所以系統(tǒng)整體可靠性較高，機(jī)械故障較少，電氣故障較多，主要集中在一些檢測與控制元器件上。

③鏈?zhǔn)降稁欤壳白顬閺V泛采用的一種自動換刀裝置，該換刀系統(tǒng)的優(yōu)點是刀盤容量大，占用空間小，換刀速度快，平穩(wěn)性好，但鏈?zhǔn)降稁毂仨毑捎脵C(jī)械臂配合完成換刀，因此該形式的自動換刀系統(tǒng)自動化程度高，機(jī)構(gòu)運轉(zhuǎn)復(fù)雜，換刀動作多、速度快、距離短，對各動作的位置精度要求高，再加上電路和機(jī)械方面保護(hù)功能，使得該系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)和電氣控制變的十分復(fù)雜，所以該系統(tǒng)整體可靠性差，故障率較高。

2 自動換刀系統(tǒng)可靠性分析

根據(jù)近些年大量的數(shù)控維修統(tǒng)計，其中2200余例維修中與自動換刀系統(tǒng)相關(guān)故障416起，占整個機(jī)床故障率的18.9%。故障主要原因有電氣故障、機(jī)械故障、液壓故障與軟件系統(tǒng)故障等，統(tǒng)計如表1所示。

從故障原因看電氣故障原因所占比例最高，此類故障原因具體常見的有以下方面：

①檢測刀具、氣缸、機(jī)械臂、零點等位置傳感器損壞；

②驅(qū)動器、控制器、控制板、電源、繼電器及電磁閥等元器件損壞；

③機(jī)械臂、刀盤電機(jī)損壞；

④此外常見的還有干擾造成檢測元器件或控制元器件的誤動作。

常見的機(jī)械故障原因造成換刀系統(tǒng)故障有以下方面：

①主軸換刀點、刀盤旋轉(zhuǎn)、機(jī)械臂移動位置不準(zhǔn)確造成不能正常換刀；

②刀具夾緊裝置故障（如拉刀桿損壞）造成換刀時掉刀摔刀現(xiàn)象；

③刀盤變形造成傳感器檢測不到或發(fā)生碰撞現(xiàn)象；

④此外常見的還有機(jī)械臂減速器損壞無法動作、刀柄磨損造成主軸吸刀，刀庫門氣缸密封故障都可能造成整個換刀系統(tǒng)故障。

液壓故障原因主要是由于油路堵塞、執(zhí)行機(jī)構(gòu)漏油或者是液壓系統(tǒng)故障（如壓力不夠）造成的自動換刀系統(tǒng)故障，主要常見的有，機(jī)械臂手指密封，主軸刀具夾緊液壓缸密封等。

軟件系統(tǒng)故障常見的有控制器電池沒電造成刀庫存儲信息丟失；數(shù)控系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)后，軟件中毒，造成換刀系統(tǒng)紊亂等。

3 故障實例分析

某型采用盤式刀庫的五軸加工中心，在換刀過程中，主軸與刀盤發(fā)生碰撞，刀盤嚴(yán)重變形，從事故現(xiàn)象看，刀柄已經(jīng)進(jìn)入主軸錐孔，但位置發(fā)生偏差，導(dǎo)致主軸與刀柄發(fā)生碰撞。引發(fā)位置偏差的原因有兩種：

①刀盤沒有旋轉(zhuǎn)到換刀位；

②主軸在Y軸方向沒有運動到換刀位。

經(jīng)檢測發(fā)現(xiàn)，刀庫各檢測傳感器功能正常，并無器件損壞，修復(fù)刀盤后，執(zhí)行換刀動作每步皆可正常完成，所以初步判該故障是隨機(jī)出現(xiàn)。經(jīng)仔細(xì)檢查發(fā)現(xiàn)，刀庫碰撞前機(jī)床都出現(xiàn)過“Y軸運動監(jiān)控報警”，報警后可清除繼續(xù)加工，經(jīng)分析總結(jié)碰撞故障原因可能是由于Y軸運動監(jiān)控報警，致使系統(tǒng)混亂，主軸換刀在Y方向的位置發(fā)生偏差，從而發(fā)生碰撞。運動監(jiān)控報警的原因很多，有可能是光柵尺檢測故障、電機(jī)編碼器故障、信號干擾等，這種故障偶爾會出現(xiàn)。總之，在出現(xiàn)此類報警后，要求操作者必須關(guān)機(jī)重啟機(jī)床，各個軸重新找基準(zhǔn)，從而有效的避免了刀庫碰撞這類故障的再次發(fā)生。

4 結(jié)束語

自動換刀裝置故障診斷與排除相對比較容易，但故障率較高，為了提高該部件的可靠性，必須做好預(yù)防性維護(hù)和日常保養(yǎng)工作。

參考文獻(xiàn)：

[1]韓金玲，裴幫富.機(jī)床電氣故障分析與查找[J].機(jī)床與液壓， 2009（06）.

[2]蘭建設(shè)，劉志剛.數(shù)控機(jī)床自動換刀裝置的故障分析與排除[J].裝備制造技術(shù)，2007（08）.

[3]于捷，申桂香，賈亞洲.基于三參數(shù)威布爾分布的數(shù)控機(jī)床的可靠性評價[J].現(xiàn)代制造工程，2007（05）.endprint