論加工中心自動換刀裝置故障診斷

羅仁

摘要：加工中心是基于數控銑床技術逐漸發展起來的，自動換刀裝置是其顯著特征及優勢，能夠實現自動化換置刀庫主軸上的加工刀具，從而進一步實現單臺、雙臺及多臺等加工功能。本文通過對加工中心自動換刀裝置的常見故障進行分析，提出相應診斷方法，以期為相關人員提供可借鑒價值。

關鍵詞：加工中心；自動換刀裝置；故障診斷

加工中心作為以數控機械設備及操作系統共同構成的自動化、高效數控機床，其能夠對各種復雜零件進行加工，是當前在國際范圍內應用最廣、生產量最高的先進數控機床，其自動換刀裝置主要包括安裝主軸頭換刀、磚塔頭換刀以及回轉刀架換刀等，能夠顯著提高加工效率。因此，提高其故障診斷水平尤為重要。

一、刀庫故障

刀庫作為加工中心自動換刀裝置的重要構成部件，在其日常運行過程中主要會出現刀庫轉動不準確、刀庫與刀具配合不到位以及刀套松弛等。（1）刀庫轉動故障，導致其出現的原因主要包括變頻器輸入、輸出電壓異常，蝸桿軸與電動機軸的聯軸器未固定好，接口板中的繼電器異常導致PLC對輸出控制失靈，機械連接處不夠靈活，電網電壓<370V；（2）刀庫轉動不準確，主要由傳統機構誤差值過大以及電機轉動失效導致；（3）刀套松弛的原因主要為刀具超重或重量不平衡，刀套上彈簧松動

針對上述故障采取的措施主要有：其一，出現刀庫換刀持續轉動故障時，可利用螺釘旋具對刀庫伸縮電磁閥進行控制，使其處于伸出狀態，此時對刀庫進行復位，將其目前所裝置的刀具取下后停機，利用扳手將空刀抓擰到刀庫齒輪箱的主軸位置，調整到正確方向后利用螺釘旋具將伸縮電磁閥關閉，達到讓刀庫回位的目的。最后對刀庫回零開關及電纜進行核查，在及其回零正常后對換刀進行檢查，若仍出現異常則對接地線進行檢查，通常可排除故障。其二，出現刀庫刀爪錯動或拔刀卡滯時，表示刀庫零點可能與初始設置不符，或其在轉動過程中出現過大間隙，同時也可能存在刀具重量不平衡導致刀庫零點偏移的問題。此時應采取手動控制主軸，將所有刀具卸下，利用塞尺對主軸傳動鍵與刀庫刀爪之間的間隙進行測量，確定其確實存在偏移后手動對刀庫進行推拉，促使間隙回正。

二、自動換刀機械手故障

自動換刀機械手的功能即實現自動換刀，因此其工作效率直接影響著加工中心的整體運行情況。其常見故障主要包括裝夾刀具松弛，刀具夾緊后無法按照指令及時松開，刀具與機械手間不穩固，掉刀以及換刀速度不合理等。通常導致刀具松弛的原因主要為主軸的拉刀碟簧損壞，拉力氣缸工作異常，刀柄夾頭與拉釘之間的螺紋連接不合適等。導致刀具松開異常的原因主要為松鎖刀的彈簧安裝不正確，從而使得螺釘過緊，最大載荷>額定數值。導致刀具不穩固及掉刀的原因主要為主軸箱位移，即其在換刀時無法及時回到換刀點，從而使得機械手工作不到位。而導致機械手換刀速度不合理的原因多為氣壓異常，當換刀氣閥節流口的大小設置不科學時容易使得換刀速度過快或過慢。

針對上述故障應采取：其一，當換刀系統無法正常工作，對換刀指令反應不靈敏時，如出現機械手停滯，出現換刀系統工作異常的報警信號，此時應以加工中心自動換刀裝置的使用手冊為依據，根據具體報警內容進行診斷，可能出現的“刀庫換刀位置錯誤”或未檢測到機械手信號。這種情況下故障一般出在刀庫或換刀裝置上，當PLC接收到無開關信號的信息后，則會對換刀進行自動中斷。因此，首先應對刀庫接近開關進行檢測，利用薄貼片進行感應，確定是否由開關失靈導致，如是，則對開關進行更換，如不是，則對機械手的移出及縮回快關進行檢查與測試，采取手動的方式控制機械手伸縮，結果顯示加工中心正常工作則證明換刀系統無異常，可能由PLC內部故障或人工操作失誤導致。在進行反復操作后，發現換刀時間間隔與PLC規定不符，表示PLC程序出現錯誤，無法正確執行命令，此時應對數據位進行檢查，將其與要求的數據值進行比較，根據數據位的具體內容進行調整

其二，再出現機械手拔刀故障時，首先應對工作狀態下的機械裝置運動過程進行仔細觀察，自動換刀裝置主軸此時保持的狀態仍為交換舊刀具，換刀臂在升降油缸的上部，同時刀庫已對新刀具進行定位，自動換刀順序為換刀臂左移-下降-拔刀-右移-上升-抓住刀具-松刀-從主軸拔刀-交換刀具-裝刀，后將舊刀具返回到刀庫中并循環這一過程[3]。無法拔刀的故障主要出現在換刀臂下降后無法拔刀的環節，原因可能為機械臂伸出、縮回無信號，從而使得松刀電磁閥未通電，主軸仍處于抓到狀態。此時應對松刀開關進行檢查，發現其存在感應間隙過大的問題，致使換刀臂接近后未輸出信號，最終使得機械手動作故障。這一故障類型的發生具有一定復雜性，與機械手工作整個流程的各個環節均有一定聯系，因此需要工作人員對各個感應開關進行仔細排查。

參考文獻

[1] 唐霞.臥式加工中心自動換刀裝置的故障分析與排除[J].機床與液壓，2014，（4）：130-131.

[2] 呂寧，肖恂.加工中心自動換刀裝置的典型故障排除[J].中國設備工程，2013，（4）：40-41.

[3] 王莉剛.加工中心自動換刀裝置分類及故障分析[J].中國科技博覽，2012，（28）：30-30.