數(shù)控機(jī)床換刀常見(jiàn)故障

閆麗娟

（常德紡織機(jī)械有限公司，湖南常德 415004）

0 引言

數(shù)控機(jī)床在企業(yè)生產(chǎn)中擔(dān)當(dāng)著重要的角色，數(shù)控機(jī)床的故障停機(jī)，往往牽動(dòng)著企業(yè)生產(chǎn)進(jìn)度。及時(shí)準(zhǔn)確解決數(shù)控機(jī)床故障，快速恢復(fù)生產(chǎn)是企業(yè)發(fā)展所需。由于在數(shù)控機(jī)床操作中，頻繁使用機(jī)械手ATC（Automatic Tool Change，自動(dòng)刀具交換）裝置，機(jī)械手磨損嚴(yán)重，工作環(huán)境惡劣，導(dǎo)致ATC換刀故障是數(shù)控機(jī)床中比較常見(jiàn)的故障之一，其占數(shù)控機(jī)床故障的50%以上。

1 數(shù)控機(jī)床換刀流程

1.1 機(jī)械手ATC位置固定的數(shù)控機(jī)床換刀流程

換刀順序?yàn)椋褐鬏S定向→Z軸運(yùn)行至換刀點(diǎn)→刀庫(kù)旋轉(zhuǎn)，找到相應(yīng)刀號(hào)→刀套擺動(dòng)90°→機(jī)械手旋轉(zhuǎn)60°→主軸松刀吹氣→機(jī)械手向下取刀→機(jī)械手旋轉(zhuǎn)180°→機(jī)械手向上→主軸夾刀→機(jī)械手旋轉(zhuǎn)至零點(diǎn)→刀套擺動(dòng)回位，換刀完成。

1.2 機(jī)械手ATC位置移動(dòng)的數(shù)控機(jī)床換刀流程

機(jī)械手ATC位置移動(dòng)的換刀機(jī)構(gòu)如圖1所示：機(jī)械手有3個(gè)位置：刀庫(kù)側(cè)、原點(diǎn)、主軸側(cè)。機(jī)械手有5種動(dòng)作：上升、下降、左移、右移、旋轉(zhuǎn)。機(jī)械手初始位置在原點(diǎn)，手臂處于上升狀態(tài)。主軸處于抓刀狀態(tài)，換刀順序?yàn)椋旱稁?kù)旋轉(zhuǎn)→找到相應(yīng)刀號(hào)→主軸定向→Z軸運(yùn)行至換刀點(diǎn)→機(jī)械手左移至刀庫(kù)側(cè)→機(jī)械手下降→拔刀→機(jī)械手右移至原點(diǎn)→機(jī)械手上升→門(mén)打開(kāi)→機(jī)械手右移至主軸側(cè)→主軸松刀→機(jī)械手下降→機(jī)械手旋轉(zhuǎn)180°→機(jī)械手上升→主軸夾刀→機(jī)械手左移至原點(diǎn)→門(mén)關(guān)閉→刀庫(kù)旋轉(zhuǎn)找到空刀號(hào)→機(jī)械手下降→機(jī)械手左移至刀庫(kù)側(cè)→機(jī)械手上移→刀套抓刀→機(jī)械手右移至原點(diǎn)，換刀完成。

1.3 不帶機(jī)械手（ATC）的數(shù)控機(jī)床換刀流程

不帶機(jī)械手的圓盤(pán)式刀庫(kù)，換刀動(dòng)作順序?yàn)椋褐鬏S定向→Z軸運(yùn)行至換刀點(diǎn)→刀庫(kù)旋轉(zhuǎn)→找到相應(yīng)刀號(hào)→Z軸向下取刀，換刀完成。

2 數(shù)控機(jī)床換刀常見(jiàn)故障

2.1 刀庫(kù)故障

刀庫(kù)故障一般有以下3種現(xiàn)象和原因：

（1）刀庫(kù)找不到刀號(hào)，一直旋轉(zhuǎn)不停。原因可能是：刀號(hào)計(jì)數(shù)開(kāi)關(guān)故障，導(dǎo)致記不到刀號(hào)或者刀號(hào)錯(cuò)亂；刀套有刀檢測(cè)開(kāi)關(guān)故障，導(dǎo)致找不到空刀號(hào)。

（2）刀庫(kù)不轉(zhuǎn)。原因可能是：刀庫(kù)馬達(dá)故障；傳動(dòng)機(jī)構(gòu)松動(dòng)。

圖1 機(jī)械手ATC位置移動(dòng)的換刀機(jī)構(gòu)

（3）刀套擺動(dòng)故障。原因可能是：刀套氣缸故障；刀套擺動(dòng)位置檢測(cè)開(kāi)關(guān)故障。

2.2 主軸故障

主軸故障一般有以下3種現(xiàn)象和原因：

（1）主軸刀具不能夾緊到位。原因可能是：主軸換刀壓力太低；主軸碟簧損壞，刀具送入主軸時(shí)不能安全進(jìn)入夾爪；夾緊到位檢測(cè)開(kāi)關(guān)損壞。

（2）主軸刀具松刀故障。原因可能是：主軸錐孔臟，導(dǎo)致刀具卡死；主軸抓刀碟簧損壞，松刀不到位；松開(kāi)到位檢測(cè)開(kāi)關(guān)損壞。

（3）主軸定向不準(zhǔn)。原因可能是：主軸定向不準(zhǔn)。主軸的定向通常采用3種方式，分別為磁傳感器、編碼器和機(jī)械定向。檢查定向裝置，主軸在定向后發(fā)生位置偏移，主軸定向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)故障。

2.3 機(jī)械手故障

機(jī)械手故障一般有以下2種現(xiàn)象和原因：

（1）機(jī)械手旋轉(zhuǎn)角度不到位。原因可能是：機(jī)械手旋轉(zhuǎn)檢測(cè)裝置異常，編碼器或者角度檢測(cè)開(kāi)關(guān)故障；機(jī)械手旋轉(zhuǎn)裝置機(jī)械損壞，傳動(dòng)機(jī)械卡死或者打滑。

（2）機(jī)械手位置錯(cuò)誤。原因可能是：機(jī)械手位置檢測(cè)開(kāi)關(guān)損壞；控制機(jī)械手運(yùn)動(dòng)的缸損壞。

3 數(shù)控機(jī)床換刀故障實(shí)例

例1：臺(tái)灣高明加工中心FANUC 0i-MD系統(tǒng)，換刀過(guò)程中機(jī)械手旋轉(zhuǎn)后停在主軸側(cè)位置不動(dòng)。經(jīng)過(guò)診斷，本次換刀運(yùn)行至第13步機(jī)械手上升，機(jī)械手一直沒(méi)有上升。首先，查看機(jī)械是否到位，確認(rèn)機(jī)械手狀態(tài)，是否旋轉(zhuǎn)了180°，是否處于下降狀態(tài)。經(jīng)過(guò)檢查機(jī)械手已經(jīng)旋轉(zhuǎn)了180°，也處于下降位置，并且機(jī)械到位。排除了機(jī)械不到位情況，其次，檢查位置檢測(cè)信號(hào)是否準(zhǔn)確。機(jī)械手刀臂位置1檢測(cè)信號(hào)對(duì)應(yīng)X5.2，機(jī)械手刀臂位置2對(duì)應(yīng)檢測(cè)信號(hào)X5.3，機(jī)械手上升到位檢測(cè)信號(hào)對(duì)應(yīng)X6.5，機(jī)械手下降到位檢測(cè)信號(hào)對(duì)應(yīng)X6.6。機(jī)床出現(xiàn)換刀故障時(shí)，打開(kāi)機(jī)床診斷畫(huà)面，發(fā)現(xiàn)機(jī)械手下降到位X6.6點(diǎn)亮，機(jī)械手上升到位X6.5熄滅，而機(jī)械手刀臂位置檢測(cè)信號(hào)X5.2和X5.3均為熄滅。經(jīng)過(guò)檢查，發(fā)現(xiàn)機(jī)械手刀臂位置2檢測(cè)開(kāi)關(guān)損壞。處理方法：第一步，強(qiáng)制完成換刀流程，通過(guò)強(qiáng)制操作PLC輸出，此操作時(shí)要注意強(qiáng)制輸出的動(dòng)作不能存在干涉，否則會(huì)出現(xiàn)撞擊。按照換刀流程，一步一步手動(dòng)完成換刀步驟。第二步，更換刀臂位置2檢測(cè)開(kāi)關(guān)，故障解除。

例2：北一大隈臥式加工中心型號(hào)MAR-630H采用系統(tǒng)OSP-P200M，換刀卡刀。現(xiàn)場(chǎng)查看，換刀停留在第10步即主軸松刀。由于液壓油缺少，壓力變小，導(dǎo)致主軸松刀不到位。處理方法：第一步，添加液壓油。第二步，強(qiáng)制操作換刀步驟，完成換刀流程。具體操作如下：按參數(shù)模式→打開(kāi)畫(huà)面切換總頁(yè)面→打開(kāi)機(jī)床用戶參數(shù)（系統(tǒng)檢查模式）→按“設(shè)定”鍵→輸入“72”→手輪模式→打開(kāi)機(jī)械軸參數(shù)→手搖機(jī)械手，觀察“TS”坐標(biāo)，直到坐標(biāo)顯示“0”為止→打開(kāi)機(jī)床用戶參數(shù)（系統(tǒng)檢查模式）→按“設(shè)定”鍵→輸入“0”→將換刀步數(shù)修改為第一步→強(qiáng)制換刀完成。OSP系統(tǒng)如果在換刀故障后，機(jī)床關(guān)機(jī)會(huì)導(dǎo)致ATC和刀庫(kù)原點(diǎn)不準(zhǔn)，強(qiáng)制換刀完成后，還需要進(jìn)行原點(diǎn)設(shè)定。

4 結(jié)束語(yǔ)

換刀故障是數(shù)控機(jī)床常見(jiàn)故障之一。根據(jù)故障現(xiàn)象，本著由簡(jiǎn)到難、由外到內(nèi)、由機(jī)械部分到電氣部分的原則進(jìn)行排查。只要掌握數(shù)控機(jī)床換刀的相關(guān)工作原理和設(shè)備的機(jī)械結(jié)構(gòu)，了解其操作方法、動(dòng)作順序并對(duì)故障現(xiàn)象作充分調(diào)查和分析，就一定能找到故障的原因所在，檢查修理，排除故障，最終使機(jī)床恢復(fù)正常。