鋁合金缸蓋加工中心換刀系統故障分析

王 雷

（利勃海爾(中國)有限公司，上海 200131）

鋁合金缸蓋加工中心的刀庫換刀系統是加工中心的一個主要特點，自動換刀裝置是保證鋁合金缸蓋加工中心多工序加工的基本條件。為了滿足鋁合金加工過程的高效，高速，高穩定性的要求，對刀庫系統的設計要求很高，屬于機床制造廠家的核心技術機密。

1 刀庫換刀系統結構

（1）換刀程序與執行結構。Mazak鋁合金加工中心刀庫換刀系統控制程序兩套：隨機還刀選刀程序和固定地址還刀選刀程序，圖1。固定地址換刀程序在任何時候，刀套號與刀具號始終保持靜態對應關系，如5號刀套中始終是5號刀。隨機換刀程序刀具號與刀套號為動態對應,系統通過數據表存儲、刷新與讀寫動態更新對應關系,即刀具表中刀套號是固定的。涉及到的主要硬件有FANUC 18I-M數控系統、安川矢量位置控制變頻器、主軸Spindle，刀庫Magazine、滑座Shifter（又稱中間套）、ATC換刀臂以及刀庫電機。

圖1 換刀系統程序結構圖

（2）鋁合金缸蓋加工程序運行機理。由于對鋁合金缸蓋的加工，隨機換刀程序刀具刀套的動態對應關系，需要調用P147自動換刀子程序、P221檢索數據表子程序，P222讀取刀具地址子程序、P223注冊刀具號子程序，P100刀庫旋轉定位子程序、數據搜尋（DSCHB）、數據檢索與傳送（XMOVB）指令完成映射數據表的讀寫尋址、讀寫等。運行流程如圖3。

圖2 換刀系統執行機構

圖3 換刀動作順序與信號流圖

2 MAZAK刀庫換刀系統故障分析與維修

當我們深入了解刀庫換刀系統的動作順序與信號流程的關系與脈絡后，就可以有針對性地解決一些平時看起來比較復雜的疑難故障。

2.1 鋁合金缸蓋加工過程常見電氣故障診斷

（1）“AL062 CANNOT SELECT TOOL”（ 不 能 選 刀 ）報警。在對鋁合金缸蓋進行加工時，通過反查換刀選刀程序可以知道，這個報警可能由三種情況引起：第一種情況，當刀庫刀套命令指令的數據大于刀庫最大容量時，即CDMGPK＞MAXTNO.D2500。如果是這個原因引起報警，就應該分別檢查CDMGPK與MAXTNO.D2500的值，當檢查CDMGPK時，首先考慮程序是運行在隨機換刀還是固定地址換刀狀態，因為這兩種情況下，CDMGPK數據的來源是不同的。如果是隨機換刀，如果是固定地址選刀狀態，數據的傳遞過程如下：T-CODE＞CDTN01＞CDTN03＞CDMGPK反查這條數據鏈可以知道數據出錯原因。

第二種情況，是MAXTNO D2500出現了問題，當PMC參數出現問題時會改變刀庫最大容量的設置，當這種改變使刀庫容量變小時，現在是16把刀容量，這時就會出現CDMGPK＞MAXTNO D2500，出現報警。第三種情況，CDMGPK=0時也出現報警，因為刀庫的刀套中沒有0空刀套，所以如果出現這種情況，應該分別按照第一種情況的隨機、固定兩種數據傳送途徑分別分析。

（2）A24.0“刀具搜索失敗”。在執行鋁合金缸蓋加工時，在對選刀過程要具有隨機性，曾經出現過“A24.0”即“刀具搜索失敗”，通過對隨機選刀換刀程序的分析，發現A24.0報警與R219.6“NO DATA”中間繼電器有關，當它變為1時，在其他輔助條件下（刀庫搜索新刀具命令），使A24.0變為1引發報警。R219.6是在執行“DSCHB”即數據表搜索指令時產生的，進一步的分析可以知道，當刀庫選刀時會用到這個指令，在數據表中搜索目標刀具，如果發現目標刀具，就把它在數據表中地址傳給D2508，再將D2508內容傳給刀庫刀套指令即CDMGPK，使刀庫按照此命令進行旋轉搜索目標刀具，進行選刀并定位。

（3）鋁合金缸蓋表面損傷及控制方法。鋁合金缸蓋損傷形式主要包括：缸蓋頂面損傷、缸蓋地面損傷、缸蓋前后端面損傷等等。根據鋁合金缸蓋表面損傷的形式不同，缸蓋的損傷措施分為一下幾種：①原因分析。鋁合金缸蓋頂面在加工中心精心加工之后，頂面的粗糙度要求要小于Ra1.6，如果表面存在輕微碰撞，將影響零件的表面粗糙度，嚴重的情況下竟會造成缸蓋頂面與缸蓋罩密封不嚴導致缸蓋泄露現象的發生。②控制方法。要每個月對鋁合金缸蓋清洗機滾到進行檢查并調整，在輸送桿上包裹著塑料，防止輸送桿壓傷零件。

2.2 常見機械故障診斷

（1）第二參考點位置偏移引起的換刀故障。當主軸與滑座交換刀具時，必須回到第二參考點的位置，第二參考點就是主軸的換刀點，但如果由于某種原因使第二參考點發生位置偏移時，就會使主軸還刀給ATC換刀臂時發生位置誤差，不能準確的交接，刀具與ATC機械手抓刀部位不能準確的吻合，發出大的聲響，嚴重的情況下，會發生掉刀的事故，這時就應該重新調整換刀點。

（2）滑座與ATC換刀臂的位置偏差引起的換刀故障。使ATC換刀臂處于等待位置，手動使滑座下降到位，此時處于交接刀的位置，用特制心軸測試滑座刀套的中心孔與ATC換刀臂中心孔是否重合，如果不重合，可以根據上下左右的偏差調整滑座的位置知道重合為止。調整完后還可以用抓取刀套柄來驗證。

（3）刀庫刀套與滑座刀套在換刀位置處的位置偏差。首先在滑座刀套上安裝特制的刀柄，上升至刀庫側觀察與刀庫刀套的配合是否順暢，如果有較大且不正常的響聲，說明二者的相對位置有偏差，這時可以進行刀庫的零點補償，方法是根據偏差的角度進行相應的補償，補償后用心軸檢查是否同心，再用特制刀柄進行實驗，如果已經達到了補償的極限還不能調整好時，可以調整刀庫零點減速接近開關，直到調整完成。