棒哥设计 加工中心掉刀故障分析与处理 张旭 沙洲职业工学院 215600 摘要：目前，加工中心的自动换刀装置（ATC）有两种常用类型的换刀方式，一是刀具从刀库中直接由主轴交换，二是依靠机械手完成主轴与刀库上刀具的交换。第一种换刀方式适用于小型加工中心，刀库较小，刀具较少，换刀动作简单，出现掉刀等故障时容易发现并能及时排除。第二种换刀方式，从结构上和动作上看均属于比较复杂的一种。本文以Vcenter-80型加工中心为例分析掉刀故障现象并加以处理。 关键词： 加工中心 自动换刀装置（ATC） 机械手 掉刀 机床故障 CRT显示 Abstract: Process center to change the knife device(ATC) to there are two kinds of in common use types to change the knife a way automatically currently, one is a knife to have is directly exchanged by principal axis from the knife database, two is the commutation which depends on the machine hand completion principal axis and knife database top knife to have.The first change the knife a way to be applicable to small scaled process center, the knife database is smaller, the knife has less, changing the knife action in brief, appearing knife etc. breakdown easy detection and can expel in time.The second change the knife a way, from the structure and the action see all belong to a kind of[with] complications more.This text with the type Vcenter-80 process center for the example analysis drop knife breakdown phenomenon and put paid to. Keyword: Process center Change the knife device automatically(ATC) Machine hand Drop knife The tool machine breaks down CRT manifestation。 引言：数控机床为了能在工件一次装夹中完成多道甚至所有加工程序，以缩短辅助时间和减小多次装夹工件所以引起的误差，必须带有自动换刀装置。数控车床上的回转刀架就是一种简单的自动换刀装置。随着数控机床的发展，机床多工序功能的不断扩展，发展和完善了各类回转刀具的自动换刀装置，扩大了换刀数量，从而能实现更复杂的换刀操作。 一、加工中心换刀动作分析 从PLC图上看此机床换刀程序达900多步，很难读懂其工作原理。在此，略运去ATC数据交换、传递、存储及刀号存储等内容，把换刀动作简述如下：CNC换刀指令（M06）→刀套下降→下降到位→机械手转动→转动减速→转动到位（X4.7）→主轴刀松开→松开到位→机械手转动→转动减速→转动到位→主轴刀夹紧→夹紧到位（X2.5）→机械手逆转→机械原位，换刀完成。其中，机械手的快、慢速由变频器实现，电动机转动时带动机械凸轮传动实现机械手的上升、下降。 二、掉刀故障 掉刀故障现象出现时间较长，一开始，偶尔出现一次，一月一次，甚至两三月一次，以为是偶然因素引起的，没有引起足够的重视，慢慢地一周出现一次，甚至两次，同时伴随着主轴上的刀装不到位的情况。后来慢慢地演变为一个班次多次出现故障，严重地影响生产进度、造成废品产生。仔细观察，掉刀故障有两种情况出现，一种是由本工步加工完成后掉刀，一种是本工步根本没加工，刀具落在工作台上。由于加工过程中，换刀动作均执行，动作顺序正常，故出现掉刀、装刀（装到主轴上）不到位时均无任何报警现象，只有操作者在工件检查或听到掉刀异常声音时，才会发生故障，因而在自动加工生产线上有时会因掉刀而出现批量废品的现象。 三、故障分析与处理 （1）检查机械手执行ATC换刀故障排除步骤，把机械手停止在垂直极限位置。检查机械手手臂上的两个卡爪及支持卡爪的弹簧等附件。均没有发现问题，说明机械手夹持刀具紧固，在机械手转动情况下不会出现掉刀现象。 （2）检查刀具夹持情况根据刀具有主轴上装不位的现象分析，可能是主轴内孔中碟簧不能对刀具夹持紧固，从而出现刀装不到位，甚至装不上而掉刀现象。拆开主轴内部，发现有几处对碟簧已碎。于是更换了全部碟簧。试车时没有出现任何问题。运行一个班次后又出现掉刀现象。 （3）检查换刀程序针对本故障仅出现在换刀动作过程中，与其他动作无关，编辑一个自动换刀反复执行程序，并运行此程序，以期找到掉刀的真正原因。编辑自动换刀程序如下： O0200→S500→M03→G04X3.0→M06→M99→% 在程序运行中，发现如下情况：主轴刀具夹紧没有到位，甚至还没有夹紧动作的情况下，机械手转动，于是掉刀。依前文换刀动作顺序分析主轴刀具夹紧到位行程开关误动作引起掉刀故障。打开PLC梯形图，监控该行程开关（输入为X2.5），反复按压该行程开关，发现20多次压合中有3次X2.5为“0”状态的现象出现两次，同时压合后X2.5不能由“1”状态转到“0状态”的现象出现两次，根据以上判定该行程开关损坏。此开关为OMRONZC—Q2255，用国产CXW5—11Q1替换，试车正常。一周后，操作者仍反映有掉刀现象，当然出现的频次小了，这说明掉刀故障仍未彻底排除。 （4）故障处理反复运行两个小时，自动换刀几百次。终于发现一次故障：在机械手没有到位的情况下，主轴上的刀具松开，机械手没有抓住刀，从而出现掉刀现象，这说明机械手到位磁感应开关误动作。更换开关E2E—CR8C1，故障现象仍然存在。查看PLC梯形图，此开关输入点为X4.7。梯形图中X4.7为常开点，当此开关感应时状态为“0”，不感应时状态为“1”。其逻辑状态与常见的感应开关逻辑状态相反。当X4.7断线时，也会引起X4.7为“1”状态，于是排查X4.7的联线，发现电磁感应开关后方的接线端子处X4.7松动，每当自动换刀时，机械手凸轮一系列动作引起的轻微震动，使X4.7线处于断开状态，这样在机械手未到位时，松开刀具的感应开关虽仍感应，但因处于断线状态，X4.7伯为“1”状态，于是在机械未到位时，刀具松开而出现掉刀故障。这种情况的掉刀故障，是刀具已作加工工步而后掉的刀，在上文提到的则是刀具未作任何加工工步就掉刀的故障。 四、小结 Vcenter—80加工中心掉刀故障，从开始的两月、一月一次故障，到每个班次多次出现故障，前前后后历经半年有余，最后终于得到彻底解决。简单地说，此故障包括两种情况：一是机械手没有把刀装上，二是机械手没有接住松开的刀具。虽然从处理最终结果来看，是一系列小故障引起的，但通过以上维修过程可能看出，加工中心出现故障时，需先易后难，先简后鳘，有步骤的一个故障一个故障的排除，切莫因发现一处故障，就认为问题彻底解决了。在解决问题的过程中，要善于利用PLC梯形图监控法进行检修，对于出现频次较低的软性故障，应针对故障范围，自编一些反复运行程序以利于故障现象的观察。从而达到最终彻底解决故障的目的。 五 .我对数控机床维修方法的认识 1.建立数控设备维修档案 数控设备从进厂安装调试起就应做好该设备的状态记录，包括控制系统型号、生产厂家、主轴控制单元和伺服单元的型号、性能及其它通电前的常规性技术指标。分别记下数控装置内各个印刷电路板上可供维修的测试点及它们在正常情况的电平和波形，供今后故障维修时对照分析用。通电后，将厂家提供的NC参数及PLC参数表与CRT上显示的实际参数值逐一对照，如不一致，应在参数表中注明。这些原始参数非常重要，可避免今后操作不慎或发生某些意外时参数及其它有关数据丢失而无法恢复。数控设备调试正常后，立即通过RS232接口，用计算机上专用的NC通讯软件及PLC软件将NC参数及PLC程序拷贝到软盘上，编号存档。为更好地发挥数控设备的效率，缩短停机时间，及时处理各种可能出现的问题，平时维修工作中要将每一次故障前状态，初诊断情况，最终故障原因，作出书面总结，存入档案，供以后维修参考。 2.故障分类及判断处理 数控机床故障原因复杂，有机械、机床电气、控制系统及环境等各方面因素，故障分类见图1。平时，数控维修人员应多研究数控设备随机所带来的各种资料，熟悉有关规格，使用维修说明及系统性能、结构布局，电缆联系、系统原理图(框图)及梯形图，了解机械装置、液压驱动、气动控制等情况，了解机床的基本操作。只有这样，才能在机床出现故障时有的放矢地做好维修工作。数控机床故障分析判断步骤为： (1)首先要充分了解机床是在什么情况下出现故障的，有什么表面现象，出现故障后操作者采取过什么措施。 (2)仔细观察CRT上显示的自诊断报警内容，初步判断故障部位。 (3)查看NC本身的工作状态(包括PC输入、输出指示)。 (4)查看伺服单元有什么报警指示，了解各个印刷电路板上有无报警指示。 (5)综合分析、诊断、确定有关的零部件及故障印刷电路板。 在进行故障板的维修时，最好能用信号发生器、稳压电源、交流调压器，示波器等仪器、仪表及各有关部件(如电机、接触器、故障板等)。根据该板的输入及输出信号情况，搭置一个简易模拟测试台位，给故障板加上必须的工作电压及模拟信号，测量有关点的电阻、电压、电流值及各种波形。通过分析、对比来确定故障部位，迅速排除故障。数年来我们已成功地维修了各类故障板近百块次，为工厂节省了大量的修理费用，在保证本厂数控设备正常运行的前提下，将我们的维修技术推向社会，为全社会服务，取得了良好的社会、经济效益，受到了各有关单位的好评。至今，我厂已形成了以下几项板级的快速维修能力： ①VS系列可控硅直流主驱动装置(西门子、襄樊产品)；②CVTO35型晶体管(PWN)直流伺服驱动器(匈牙利、德国STKOMAG产品)；③FANUC直流伺服控制板，FANUC 3T 0T CNC主板(FANUC及北京机床研究所产品)；④CT4、OS3型变频器(德国、奥地利产品)；⑤EXE600型光栅插值整型器(海登汉产品)；⑥南京JWK系列步进电机驱动板；⑦各类开关稳压电源板；⑧西门子交流伺服控制板；⑨保加利亚KEMPOC直流伺服控制器。 3.维修注意事项 (1)机床在维修时不管怎样的环境，首先应避免带电进行维修操作。焊元器件及拆线、接线等都应在断电状况下进行。 (2)测量电压、电流及电阻时应注意万用表的档位，不要因为外界因素扩大故障范围。 (3)数控系统及伺服单元检修时要防止静电，线路板上有许多集成电路，由于静电的影响可能会导致集成电路的损坏。 (4)NC更换电池时一般要在通电情况下进行，因为RAM存贮器在断电时，所有的程序将会丢失(设备说明书中有特殊要求除外)。 (5)机床在维修时机电人员要密切配合，当机电故障分不清时，先将机械部分与电气部分脱开，分别诊断确认无误后，再联机试验。 (6)每次维修工作结束或准备通电试验前，都应仔细检查一下修过或动过的部位，确认无误后方可通电。 QQ 29467473 | 
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