《加工中心机械手自动换刀控制及常见故障分析》论文

1、长沙航空职业技术学院毕业论文设计题目： 加工中心机械手自动换刀控制及常见故障分析指导老师: 黄登红数控设备应用于维护专业 0601 班 姓名 陈启波 学号 18 时间：2008-11-25目录摘要 （03）1、 引言 （05）2、 加工中心自动换刀方式 （07）3、随机自动选刀的控制 （08）3.1 数据表和计数器的设置及选刀控制 （08）3.2 选刀与数据更新 （10）3.3 PMC程序设计与实现 （11）3.3.1 系统PMC输入/输出地址分配 （11）3.3.2 随机制动选刀的PMC控制 （12）4、主轴准停及PMC控制 （15）4.1主轴准停装置的种类 （15）4.1.1机械式准停装置

2、 （15）4.1.2电气准停机构 （16）4.2数控系统准停PMC程序设计与实现 （18）5、机械手动作及其控制 （20）5.1 自动刀具交换动作步骤 （20）5.2 PMC程序设计与实现 （23）5.2.1 PMC程序设计与实现 （23）5.2.1系统PMC输入/输出地址分配 （24）6、刀库及换刀机械手的常见故障和维护 （27）6.1刀库及换刀机械手的维护要点 （27）6.2刀库的故障 （27）6.3换刀机械手故障 （28）6.4自动换刀装置故障维修实例 （28）6.4.1 机械手故障的维修 （28）6.4.2 刀库无法旋转的故障维修 （32）7、总结 （35）8、参考文献 （36）9、致

3、谢 （37）10、附录 （38）摘要现代机械加工中为了进一步提高数控机床的加工效率，数控机床正向着工件在一台机床一次装夹即可完成多道工序或全部工序的发展，因此出现了各种类型的加工中心，加工中心机床加工过程中要使用多种刀具，因此必须有自动换刀装置，以便选用不同的刀具完成不同工序的加工工艺，为了进一步提高加工效率引进了机械手自动换刀装置，加工中心的自动换刀装置，大都采用有机械手换刀方式。它是有机械手把刀库上的刀具送到主轴上，再把主轴上已用过的刀具返送到刀库上换刀时间短,由于机械手是一种能模拟人的手臂的部分动作, 按预定的程序轨迹及其它要求, 实现抓取、搬运工件或操纵工具的自动化装置而可编程控制器（

4、PLC)由于其具有的高可靠性、编程方便、易于使用和修改, 易于扩展和维护, 环境要求低、体积小巧, 安装调试方便, 在工业控制中有着广泛的应用。根据我们所设计的机械手的驱动部件为步进电机的特点, 应用(PLC)移位寄存指令可以很方便、灵活地对机械手进行控制。所以在加工中心机床中得到广泛应用，从而更有效的提高了机床的加工效率。但由于自动换刀控制过程中的故障率也比较高、加工中心机械手自动换刀装置故障也比较多，所以掌握好机械手自动换刀控制和一些常见故障处理方法非常重要。数控加工中心由于配有刀具库和自动换刀系统，能实现一次装夹完成，多道工序，大大减少了专用工夹具的数量，缩短了生产准备时间，同时减少了多

5、次安装造成的定位误差，提高加工精度，能实现高精高效的加工，而被各企业广泛的使用，加工中心的关键在于自动换刀系统的控制。本文着重讨论PMC 对加工中心自动换刀系统的控制，并阐述了数控加工中心自动换刀的原理，分析加工中心主轴准停，计算机随机自动换刀的PMC控制思路，以及机械手换刀动作的分析，本文以FANUC Oi数控系统为例，给出了PMC控制程序，并对其进行了深入的分析。关键字：自动换刀；数控；可编程机床控制器；机械手；机械准停1、 引言加工中心是指在一次装夹中，能够实现自动铣削、钻孔、镗孔、铰孔、攻丝等多工序的数控机床。更为明确的说法是：加工中心就是自动换刀数控镗铣床。这就把加工中心和自动换刀数

6、控车床和车削中心区别开来。加工中心区别于别的数控镗铣床的主要特点就在于它具有根据工艺要求自动更换所需刀具的功能，机自动换刀(ATC)机能。 加工中心的自动换刀系统,通常是由刀库和机械手组成,它是加工中心的象征,又是加工中心成败的关键环节。因此各加工中心制造厂家都在下大力研制动作迅速、可靠性高的自动换刀装置,以求在激烈的竞争中取得好的效益。正因为自动换刀装置是加工中心的核心内容,各厂家都在保密,极少公开有关资料,尤其机械手部分更始如此。数控加工中心因带有由刀库和机械手组成的自动换刀装置(ATC), 能使工件在一次装夹中完成大部分甚至全部工序加工中心利用刀库实现换刀,这是目前加工中心大量使用的换刀

7、方式。由于有了刀库,机床只要一个固定主轴夹持刀具,有利于提高主轴刚度。独立的刀库,大大增加了刀具的储存数量,有利于扩大机床的功能,并能较好地隔离各种影响加工精度的干扰因素。刀库换刀,按照换刀过程有无机械手参与,分成有机械手换刀和无机械手换刀两种情况。在有机械手换刀的过程中,使用一个机械手将加工完毕的刀具从主轴中拔出,与此同时,另一机械手将在刀库中待命的刀具从刀库拔出,然后两者交换位置,完成换刀过程。有机械手的系统在刀库配置、与主轴的相对位置及刀具数量上都比较灵活。因而大大减少了装卸工件和换刀等辅助时间, 消除由于多次安装造成的定位误差, 比一般数控机床更能实现高精度、高效率、高度自动化加工。A

8、TC换刀时, 根据数控系统选刀指令, 从刀库中将所需要的刀具转到取刀位置, 称为自动选刀然后由机械手从刀库和主轴上取出刀具, 进行刀具交换, 将新刀具装人主轴, 用过的旧刀具放回刀库。机械手的驱动一般的有液压驱动和电气驱动。液压驱动的机械手需要采用严格的密封，还需较复杂的缓冲机构，控制机械手动作的电磁阀都有一定的时间常数，因为换刀速度较慢。近年来国内、外先后研制出凸轮联动式单臂双抓机械手。这种机械手的优点是由电机驱动，不需要较复杂的液压系统及其密封、缓冲机构，没有漏油现象，结构简单，工作可靠。同时，机械手手臂的回转和插刀、拔刀的分解动作是联动的，部分时间可重叠，从而大大缩短了换刀时间。因此，被

9、广泛的应用在加工领域。2、 加工中心自动换刀方式加工中心自动换刀系统的控制主要分为两部分：刀库选刀控制（T指令）和刀具交换控制(M06指令)。目前刀库选刀一般有四种控制方式：顺序选刀方式，刀具编码方式，刀套编码方式，计算机记忆随机换刀。顺序选刀方式是将刀具按加工工序的顺序，依次放入刀库的每一个刀座内，刀具顺序不能搞错。更换加工工件时，刀具在刀库上的排列顺序也要改变。这种方式的缺点是同一工件上的相同的刀具不能重复使用，因此刀具的数量增加，降低了刀具和刀库的利用率，但其控制以及刀库运动等则比较简单。刀具编码方式采用了一种特殊的刀柄结构，并对每把刀具进行编码。换刀时通过编码识别装置，根据换刀指令代码

10、，在刀库中寻找出所需要的刀具。由于每一把刀都有自己的代码，因而刀具可以放入刀库的任何一个刀座中，这种方式编程控制简单，但是编码刀柄结构复杂，容易出故障。刀套编码方式是对刀库各刀座预先编码，每把刀具放入相应刀座之后，就具有了相应刀座的编码，即刀具在刀库中的位置是固定的。缺点是用过的刀具必须放回原来的刀座，增加了辅助换刀的时间，降低了换刀效率。计算机记忆随机换刀方式是目前使用最为广泛的一种方式。这种方式的的特点是刀具号和刀座号对应地记忆在计算机地存储器或可编程控制器的存储器中，不论刀具放在哪个地址，都始终记忆着它的踪迹，这样刀具可以任意取出，任意送回。刀柄采用国际通用的形式，没有编码条，结构简单，

11、通用性能好。本文以BT50-24TOOL圆盘式刀库自动换刀为例，讨论计算机记忆随机换刀方式的PMC的控制。3、 随机自动选刀的控制3.1 数据表和计数器的设置及选刀控制在随机自动换刀方式中， 刀库上的刀具能与主轴的刀具任意的直接交换。 随机换刀控制方式需要在PMC内部设置一个模拟刀库的数据表, 其长度为刀库容量+1 ，数据表的表序号与刀套编号相对应，主轴的刀套编号为0，数据表内容对应刀套中所存刀具号。以图3-1十工位鼓盘式刀库为例，以地址D420D430建立数据表， 其数据表序号和对应刀具号如表3-1。数据表地址(数据表 内容及刀具号序号及刀套号) D420(0) 21D421(1) 12D4

12、22(2) 17D423(3) 11D424(4) 13D425(5) 20D426(6) 19D427(7) 18D428(8) 14D429(9) 15D430(10) 16表3-1 刀号数据表其中010为刀套号， 也是数据表序号，且0是将主轴作为刀库中的一个刀套，1121为刀库中相应刀套号中的刀具号，由于刀具数据表实际上是刀库中存放刀具的一种映象， 所以数据表与刀库中刀具的位置应始终保持一致， 对刀具的识别实质上转变为对刀库位置的识别。当PMC接到寻找新刀具的指令（Txx）后， 在模拟刀库的刀号数据表中进行数据检索，检索到T代码给定的刀具号在数据表中的表序号也就是刀套号，存入目标刀套号存

13、储器中，设目标刀套号的存储地址为D431。若在刀号数据表中没有检索刀指令刀具号， 则机床出现报警，结束换刀指令处理。将目标刀套号与当前换刀位置的刀套号（称为当前刀套号）相比较来决定是否转动刀库， 因此需要建立一个环形计数器来记录当前刀套号。 见图3-2。据FANUC 数控系统专用PMC指令中计数器控制数据的格式：D350D351：计数器的预置值， 这里为刀库中的刀套数。D352D353：计数值， 这里为当前刀套号。D354：为PMC系统使用。当刀库旋转时，每个刀套通过换刀位置时，由外部检测装置产生一个脉冲信号送到计数器。当刀库正转1个工位时， 当前刀套号增1；当刀库反转1个工位时，当前刀套号减

14、1；因此D352D353中的值总是指示刀库的现在位置。当目标刀套号为0，即目标刀号已经在主轴上，则不用换刀；当检索刀套号与当前刀套号一致时， 就不用旋转刀库， 直接换刀；不一致时， 则可利用ROT 功能指令计算刀库旋转方向和旋转步数。刀库旋转方向输出给W1, 旋转步数计算结果存储到D355中。用W1 信号驱动刀库转动，刀库转动后， 检测装置发出脉冲给PMC,更新D352当前刀套号的内容,再循环执行ROT指令，直到D355中的结果为0。3.2 选刀与数据更新当当前刀套号旋转到与目标刀套号一致后， 就可执行M06指令，即实现刀库与机床主轴之间的刀具交换动作。刀具交换装置不同，其换刀动作就不同，以立

15、式加工中心鼓盘式刀库双臂回转机械手换刀方式为例，其换刀动作有：(1) 抓刀：手臂转到主轴和当前刀座所在位置，同时抓住刀库和主轴上的刀具。(2) 拔刀换刀插刀：主轴夹头松开刀具，机械手同时将刀库和主轴上的刀具拔出。手臂旋转，新旧刀具交换。机械手同时将新旧刀具分别插入主轴和刀库，然后主轴夹头夹紧刀具。 (3)复位：转动手臂，回到原始位置。换刀后，刀号数据表中的数据发生变化，需要更新，将数据表中当前刀套号对应的刀具号与主轴上的刀具号相对调，这样就保证了数据表与刀库中刀具的位置始终保持一致。换刀完成后,数据表中的数据必须更新,以满足随机换刀后,下次的再次使用。刀库中寄存器的数据更新及将刀套0（主轴）中

16、刀号和所换刀套中的刀号调换，以此保证寄存器中刀号相匹配。在此，我们通过XMOVE指令，先将D431中的数据移动到D432中，然后将D420中的数据移动到D431中，最后将D432中的数据移动至D420中。因为D431中存储的是换刀过程中被换的刀具号，通过以上的几个XMOVE指令，即使得D431和D420对调，完成数据的更新。PMC控制加工中心随机自动换刀程序流程图如图3-3。3.3 PMC程序设计与实现3.3.1 系统PMC输入/输出地址分配如图3-4为随机制动换刀I/O地址分配图，其中SQ3（X1.2）为刀库刀位计数信号，FR1(X10.0)为刀库电机过载信号。Y1.1为刀库电机正转控制信号

17、，Y1.2为刀库电机反转控制信号。图3-4 随机自动换刀I/O地址分配图 3.3.2 随机制动选刀的PMC控制以FANUC数控系统专用PMC系统为例，当系统执行听指令时，使得T码时能信号F7.3置1。此时PMC刀库动作程序开始运作。首先通过DSCH指令检测目标刀位号，当目标刀位号不存在时，R15.1置1，时系统出现报警信息。随后检测目标刀位号是否在主轴上，当目标刀位号在主轴上时，使得R15.2为1，此时，R16.0，G4.3同时置1。系统检测到G4.3信号时，立即使得F7.3为0，完成T码全过程。目标刀具不在主轴上时，PMC通过ROT指令计算将旋转步数信息存入D355中，旋转方向由输出值控制。

18、当R15.3为0时，刀库正转；当R15.3为1时，刀库反转。刀库步数计数器为0时，R15.4为1.此时G4.3为1，T码完成，同时通过XMOVE指令，将D431中的数据移动到D432中，然后将D420中的数据移动到D431中，最后将D432中的数据移动D420中。因为D431中存储的是换刀过程中被换的刀具号，通过以上的几个XMOVE指令，即使得D431和D420对调，完成数据的更新。具体梯形图如图3-5。图3-5加工中心随机自动换刀PMC程序4、 主轴准停及PMC控制加工中心数控机床的重要功能之一就是主轴的定向准停,以实现自动换刀或精密加工的对刀、让刀。据统计,有关主轴自动换刀装置(ATC)这

19、一部分的故障,在加工中心的实际应用中出现最为频繁。而且很多加工中心维护者对加工中心主轴准停的结构、原理及其维修不清楚,为此,本文对目前几种常见的加工中心主轴准停装置进行总结分类,分别介绍其结构、工作原理。4.1主轴准停装置的种类通常主轴准停机构有两种,即机械式与电气式。4.1.1机械式准停装置图4-1为典型的机械式准停装置,主要由带有V形槽的粗、精定位盘、定位油缸、定向活塞、无触点接近开关等组成,装在主轴的尾部。其中, 粗定位盘用螺钉紧固在精定位盘上,带有V 形槽的精定位盘与主轴保持一定关系,以实现主轴圆周位置的准停。准停前,若主轴处于运行状态,当CNC发出准停指令后,主轴迅速降速至该机床设定

20、的定向准停的低速度nort (一般设定在60300 r /min)旋转;若主轴静止时,当CNC发出准停指令后,主轴则迅速升速到设定的定向准停的最低速度旋转,当检测到无触点开关的有效信号后,主轴电动机立即停止并断开主传动链(此时主轴由于惯性会继续运转) ,同时准停油缸右腔进油,定向活塞带动定位销伸出并压向接触精定位盘面,定位销端部滚子在精定位盘面上滚动,当其正对定位盘V形槽时,定位销在油缸的压力下插入V形槽,卡住槽轮,完成准停精定位。最终,准停到位信号LS2 有效,准停动作完成。机械准停装置只能进行单角度准停。采用这种传统方法定位,结构复杂,在早期数控机床上使用较多。4.1.2 电气准停机构现代

21、数控机床采用电气方式定位较多。电气方式定位一般有以下三种实现方法。4.1.2.1磁传感器型主轴准停装置如图4-2所示,磁传感器主轴准停装置是利用磁性传感器检测定位。在主轴上安装个发磁体,在距离发磁体旋转外轨迹12mm处固定一个磁传感器,它经过放大器并与主轴控制单元相连接,当主轴控制单元接收到数控系统发来的准停信号ORT时,主轴立即变速至主轴准停时的设定速度,当主轴控制单元接收到磁传感器信号后,主轴驱动立即进入磁传感器作为反馈元件的位置闭环控制,目标位置即为准停位置。准停完成后,主轴驱动装置向数控系统发出准停完成信号ORE。磁传感器主轴准停装置也是单角度准停。4.1.2.2编码器型主轴准停装置如

22、图4-3所示,这种方法是通过主轴电动机内置安装的位置编码器或在机床主轴箱上安装一个与主轴11同步旋转的位置编码器来实现准停控制,准停角度可任意设定。主轴驱动装置内部可自动转换,使主轴驱动处于速度控制或位置控制状态。4.1.2.3 数控系统控制主轴准停装置数控系统控制主轴准停原理如图4-4所示,准停的角度可由数控系统内部设定成任意值,准停由数控代码M19执行。当执行M19或M19S ××时,数控系统先将M19送至可编程控制器( PLC) ,经PLC处理后送出控制信号,控制主轴电动机由静止迅速升速或在原来运行的较高速度下迅速降速到定向准停设定的速度nort运行,来寻找主轴编码器

23、零位脉冲C,然后进入位置闭环控制状态,并按系统参数设定定向准停。若执行M19,无S指令,则主轴(定位)准停于相对C脉冲的某一缺省位置;若执行M19S ××,则主轴(定位)准停于指令位置,即相对零位脉冲××度处。需要说明的是,对于加工中心主轴定向准停的具体控制过程,不同的系统,其具体控制执行过程可能略有区别,但大同小异。4.2 数控系统准停PMC程序设计与实现以FANUC数控系统专用PMC系统为例。 当执行M06时，M06的宏程序中M19开始执行，系统M码选通信号F7.0为1，系统读出M指令后使得F10中的数据改变，译码指令DECB执行后，对应的R7.0继

24、电器导通。主轴主向继电器G70.6为1，其中R1.3，R1.4分别为主轴正转和反转的控制信号，在此起互锁作用，CNC读取G70.6信号为1时，主轴开始寻找主轴编码器零位脉冲。然后进入位置闭环控制状态，并按系统参数设定方向准停。使主轴准停到位信号灯亮，至此M代码完成。如梯形图4-5所示。图4-5数控系统准停PMC控制5、 机械手动作及其控制5.1 自动刀具交换动作步骤本文以BT50-24TOOL圆盘式刀库绝个为例说明，如图5-1。 1.程序执行到选刀指T令码时，系统通过方向判别后控制刀库电动机1正转或反转，刀库中刀位计数开关2开始计时（计算出到达换刀点的位置），当刀库上所选的刀具转到换刀位置时，

25、旋转刀库电动机立即停止，完成选刀定位控制。2.当代码执行后，倒刀电磁阀线圈获电，气缸推动选刀的刀杯向下翻转90度，倒刀到位检测信号开关8发出信号，完成倒刀控制，同时这个信号还是交换刀具的开始信号，如图5-2b所示。3.执行到交换刀具指令，交换刀具指令一般为M06,首先主轴自动返回换刀点（一般是机床的第二参考点），且实现主轴准停，然后换刀电动机10启动运行，通过锥齿轮14、凸轮滚子15、十字轴17带动机械手从原位逆时针旋转60度，进行机械手抓刀控制，当机械手扣刀定位开关6发出到位信号后，换刀电动机10立即停止，主轴刀具加紧装置自动松开，如图5-2c所示。4.主轴刀具松开后，换刀电动机10起动运行

26、，通过圆柱凸轮12、杠杆13是机械手下降，进行拔刀控制，机械手完成拔刀后，换刀电动机10继续运转，连续完成下一个换刀动作，如图5-2d所示。5.当机械手完成拔刀控制后，通过锥齿轮14、凸轮滚子15、十字轴 17带动机械手逆时针旋转180度，使主轴刀具与刀库刀具交换位置。然后通过圆柱凸轮12、杠杆13使机械手上升，把交换后的刀具插入主轴锥孔和刀库的刀套中。机械手完成插刀后，换刀电动机停止开关5发出信号使电动机立即停止。刀具插入主轴锥孔后，刀具的自动加紧机构加紧刀具，如5-2e所示。6.当机械手扣刀到位检测信号开关6再次接通后，换刀电动机10启动运行，通过锥齿轮14、凸轮滚子15、十字轴17带动机

27、械手顺时针转动60度，回到机械手的原点位置。机械手原位到位开关7接通后，换刀电动机10立即停止，如图5-2f所示。7.当机械手回到原位后，机械手原位到位后，机械手原位到位开关7接通回刀电磁阀线圈获电，气缸推动刀杯向上翻转90度，为下次选刀做准备。回刀气缸伸出定位开关9接通，完成整个换刀过程。其PMC控制加工中心随机自动换刀程序流程图如图5-3。图5-3机械手动作流程图5.2 PMC程序设计与实现5.2.1系统PMC输入/输出地址分配图5-4，为机械手动作PMC输入/输出信号地址分配图，X0.5为机械手换刀电动机停信号，X0.6为机械手扣刀定位信号，X0.7为机械手原点确认信号，X1.0为倒气缸

28、缩回定位信号，X1.1为回刀气缸伸出定位信号，X1.2为主轴汽缸控制信号，X1.3为汽缸复位到位信号，X10.1为机械手电机过载信号，X10.2为刀杯液压泵过载信号；Y0.3为机械手电机控制信号，Y0.4为刀杯液压驱动信号，Y0.5为刀杯液压复位控制信号，Y0.6刀杯复位控制信号，Y0.7为主轴汽缸动作控制信号。图 5-4 机械手动作I/O地址分配图5.2.2 PMC程序设计与实现以FANUC数控系统专用PMC系统为例，当执行M06时，M06的宏程序中M80，M81，M90，M82，M91，M83，M84依次执行，系统M码选通信号F7.0为1，系统读出M指令后使得F10中的数据改变，译码指令D

29、ECB执行后，对应的R继电器导通。执行M80时，R8.0为1，使得刀杯动作中间继电器R6.0为1，使得刀杯复位液压泵停止工作（Y0.5），刀杯动作液压泵工作（Y0.4），直至换换刀动作完全完成（X0.0，X1.0都为1），当刀杯液压泵过载（X10.1）时则出现过载报警。当执行M81，M82，M83时，机械手动作中间继电器R6.1，R6.2相继为1 ，使得机械手控制信号Y0.3为1，机械手开始动作，由一连贯的机械传动，完成机械手动作，X0.5，X0.6，X0.7为机械手动作中的行程到位检测信号，X10.2为机械手电机过载保护信号。当刀杯复位信号X1.1为1时，机械手动作完成。M90为主轴汽缸控制

30、,当系统读到M90时,使得R6.6为1,接通Y0.7,通过Y0.7控制主轴汽缸电磁阀,使得汽缸下移,此时便可开始换刀动作,M91为汽缸复位控制,当执行M91时,中间继电器R9.1为1,使汽缸控制信号Y0.7失电,使得汽缸复位。M85为出现故障时机械手无条件复位信号，它使机械手控制电机一直带电，直到机械手复位信号X0.7为1。具体控制梯形图如图5-5。图 5-5 机械手动作PMC控制6、刀库及换刀机械手的常见故障和维护刀库及换刀机械手结构较复杂，且在工作中又频繁运动，所以故障率较高，目前机床上有50以上的故障都与之有关。如刀库运动故障，定位误差过大，机械手夹持刀柄不稳定，机械手动作误差过大等。这

31、些故障最后都造成换刀动作卡位，整机停止工作。因此刀库及换刀机械手的维护十分重要。6.1刀库及换刀机械手的维护要点1)严禁把超重、超长的刀具装入刀库，防止在机械手换刀时掉刀或刀具与工件、夹具等发生碰撞。2)顺序选刀方式必须注意刀具放置在刀库中的顺序要正确，其他选刀方式也要注意所换刀具是否与所需刀具一致，防止换错刀具导致事故发生。3)用手动方式往刀库上装刀时，要确保装到位，装牢靠，并检查刀座上的锁紧装置是否可靠。4)经常检查刀库的回零位置是否正确，检查机床主轴回换刀点位置是否到位，发现问题要及时调整，否则不能完成换刀动作。5)要注意保持刀具刀柄和刀套的清洁。 6)开机时，应先使刀库和机械手空运行，

32、检查各部分工作是否正常，特别是行程开关和电磁阀能否正常动作。检查机械手液压系统的压力是否正常，刀具在机械手上锁紧是否可靠，发现不正常时应及时处理。6.2刀库的故障刀库的主要故障有：刀库不能转动或转动不到位；刀套不能夹紧刀具；刀套上下不到位等。(1)刀库不能转动或转动不到位 刀库不能转动的原因可能有：联接电动机轴与蜗杆轴的联轴器松动；变频器故障，应检查变频器的输入、输出电压是否正常；PLC无控制输出，可能是接口板中的继电器失效；机械连接过紧；电网电压过低。刀库转不到位的原因可能有：电动机转动故障，传动机构误差。(2)刀套不能夹紧刀具 原因可能是刀套上的调整螺钉松动，或弹簧太松，造成卡紧力不足；或

33、刀具超重。(3)刀套上下不到位 原因可能是装置调整不当或加工误差过大而造成拨叉位置不正确；限位开关安装不正确或调整不当而造成反馈信号错误。6.3换刀机械手故障(1)刀具夹不紧掉刀 原因可能是卡紧爪弹簧压力过小；或弹簧后面的螺母松动；或刀具超重；或机械手卡紧锁不起作用等。(2)刀具夹紧后松不开 原因可能是松锁的弹簧压合过紧，卡爪缩不回：应调松螺母，使最大载荷不超过额定数值。(3) 刀具交换时掉刀 换刀时主轴箱没有回到换刀点或换刀点漂移，机械手抓刀时没有到位，就开始拔刀，都会导致换刀时掉刀。这时应重新移动主轴箱，使其回到换刀点位置，重新设定换刀点。6.4自动换刀装置故障维修实例6.4.1机械手故障

34、的维修例1故障现象：JCS-018A立式加工中心(北京精密机床厂生产)机械手失灵；手臂旋转速度快慢不均，气液转换器失油频率加快，机械手旋转不到位，手臂升降不动作，或手臂复位不灵。调整SC-15节流阀配合手动调整，只能维持短时间正常运行，且排气声音逐渐浑浊，不像正常动作时清晰，最后到不能换刀。分析及处理过程：1)手臂旋转75°抓主轴和刀套上的刀具，必须到位抓牢，才能下降脱刀。动作到位后旋转180°，换刀位置上升分别插刀，手臂再复位、刀套上。手臂75°、180°旋转，其动力传递是压缩空气源推动气液转换器转换成液压油由电控程序指令控制，其旋转速度由SC-15节

35、流阀调整；换向由5ED-IONl8F电磁阀控制。一般情况下，这些元器部件的寿命很长，可以排除这类元器件存在的问题。2)因刀套上下和手臂上下是独立的气源推动，排气也是独立的消声排气口，所以不受手臂旋转力传递的影响；但旋转不到位时，手臂升降是不可能的。根据这一原理，着重检查手臂旋转系统执行元器件成为必要的工作。3)观察75°、180°手臂旋转或不旋转时液压缸伸缩对应气液转换各油标升降、高低情况，发觉左右配对的气液转换器，左边呈上限右边就呈下极限，反之亦然，且公用的排气口有较大量油液排出。分析气液转换器、尼龙管道均属密闭安装，所以此故障原因应在执行器件液压缸上。4)拆卸机械手液压

36、缸，解体检查，发现活塞支承环O形圈均有直线性磨损，已不能密封。液压缸内壁粗糙，环状刀纹明显，精度太差。更换上北京精密机床厂生产的80缸筒，重装调整后故障消失，正常运行至今已7年，未再发生机械手换刀失灵故障。例2故障现象：某配套FANUC 11系统的BX-110P加工中心，JOG方式时，机械手在取送刀具时，不能缩爪。机床在JOG状态下加工工件时，机械手将刀具从主刀库中取出送入送刀盒中，不能缩爪，但却不报警；将方式选择到ATC状态，手动操作都正常。分析及处理过程：经查看梯型图，原来是限位开关LS916并没有压合；调整限位开关位置后，机床恢复正常。但过一段时间后，再次出现此故障，检查LS916并没松

37、动，但却没有压合，由此怀疑机械手的液压缸拉杆没伸到位。经查发现液压缸拉杆顶端锁紧螺母的紧定螺钉松动，使液压缸伸缩的行程发生了变化；调整了锁紧螺母并拧紧紧定螺钉后，此故障排除。例3换刀不到位的故障维修故障现象：自动换刀时刀链运转不到位。当进行到自动换刀程序时，刀库开始运转，但是所需要换的刀具没有传动到位，刀库就停止运转了。3min后机床自动报警。分析及处理过程：MPA-H100A加工中心是日本三菱公司广岛工机工厂生产，所配CNC系统为FANUC 6M-MODELB，工作台为1000mm×l000mm，60把刀具。由上述故障查报警知道是换刀时间超出。此时在MDI方式中，无论用手动输入刀库

38、顺时针旋转还是逆时针旋转动作指令，刀库均不动作。检查电气控制系统，没有发现什么异常；PLC输出指示器上的发光二极管燃亮，表明PLC有输出，刀库顺时针和逆时针传动电磁阀上的逆时针一侧的发光二极管燃亮，表明电磁阀有电，此时刀库不动作，那么问题应该发生在液压系统或者其他方面。但是液压系统的压力正常，各油路均畅通并无堵塞现象；检查各个液压阀的液压器件也没有发现什么问题，估计故障可能出在液压马达上。为此，拆除了防护罩，卸下了液压马达，能拆卸检查的部位，都作了检查，也没有发现什么问题；后又将液压马达送到大连组合机床研究所去鉴定，其测试结论是液压马达是完好的。经在场的同志们仔细分析研究后认为，问题只能有一个

39、，那就是机械方面的故障；但刀库的各部位，各个零部件均无明显的损伤痕迹，因此机械损坏故障可排除在外；最后问题归结为一点，即刀库负载太重，或者有阻滞的部位，以至液压马达带不动所致。事实上的确如此。我们在加工10t叉车箱体时，由于工件较复杂，加工面较多，所用刀具多达40多把，而且大的刀具，长的刀具(最长的刀具达550mm)，重的刀具(最重的刀具达25kg以上)用量都很大，而且我们忽略了刀具在刀库上的分布情况，重而长的刀具在刀库上没有均匀分布，而是集中于一段，以至造成刀库的链带局部拉得太紧，变形较大，并且可能有阻滞现象，所以机床的液压马达带不动。最后我们把刀库链带的可调部分稍松了一些，结果一切都恢复正

40、常，说明问题的确是出在机械上。注意：刀库的链带又不能调得太松，否则会有“飞刀”的危险。有一次机械手在刀库侧抓刀时，当把刀具拔出、然后上升、再进行180?旋转时，刀具突然被甩出，险些酿成大祸。分析这起故障的原因，就是因为刀库链带太松的缘故。该机床机械手的两个卡爪是靠向下的推力而被刀柄的外径向外挤开，然后靠弹簧的张力来夹紧刀具的。当机械手向下抓刀时，由于链带太松，链带也随着机械手向下的推力而向下拱曲，结果机械手的卡爪只抓住刀柄的一大半，并没有完全抓靠、抓牢，当机械手旋转时，由于刀具很重，在离心力的作用下，刀具就沿切线方向甩出去。经把链带稍微紧了一下，就再也没有发生类似情况。6.4.2 刀库无法旋转

41、的故障维修例1故障现象：自动换刀时刀链运转不到位。当进行到自动换刀程序时，刀库开始运转，但是所需要换的刀具没有传动到位，刀库就停止运转了。3min后机床自动报警。分析及处理过程：TH42160龙门加工中心采用的链式刀库，其配套的CNC系统为SIEMENS 840D。由上述故障查报警知道是换刀时间超出。此时在MDI方式中，无论用手动输入刀库顺时针旋转还是逆时针旋转动作指令，刀库均不动作。检查电气控制系统，没有发现什么异常；PLC输出指示器上的发光二极管燃亮，表明PLC有输出，那么问题应该发生在机械传动方面。估计故障可能出在减速器上。为此，拆除了防护罩，卸下了伺服电动机，拆开减速器，发现减速器内一

42、传动轴上的联接键脱落，致使动力传动路线中断，刀库无法旋转。修复减速器后，故障排除。例2换刀错误的故障维修 故障现象：一台配套OKUMA OSP700系统，型号为XHAD765的数控机床，换刀中1号大刀未插回大刀刀位，大刀刀位插着其他刀，实际刀号刀位与机床控制系统中刀号刀位不符，即换刀错误，机床无报警，幸亏操作工细心，及时发现停机。分析及处理过程：换刀错误是一种危险的故障，由于无报警，机床将继续工作，直到发生设备事故报警。由于换刀与众多位置开关和PLC控制程序及CNC处理过程有关，应重点检查这几部分。手工将实际刀具刀位调整到与控制系统中的一致，再执行换刀，发现除换1号刀外，其他换刀过程均正常。手

43、动方式下，打开刀库侧门，按刀库上行或下行键，旋转刀库刀链，观察刀位表中当前刀位变化，发现在1号与30号刀位过渡时，刀位显示与实际刀位相差一个刀位，原来是刀库在过零点时出现刀位错误。关机后检查零点开关插头、刀库旋转计数开关插头与FUB-P4M4相关插头，发现进油。将插头清理后再重新插好，过20min再开机，换到手动方式，打开刀库门。手动上行、下行移动刀库，观察刀库在过零点时刀位显示正常，再切换到MDI方式，输入T1M6执行换刀，再输入T30 M6执行换刀。经查实际刀位刀号与刀位刀具表中一致，进行正常加工，未出现错误。多次维修证明，各位置开关均采用插头联接是该机床电气一大缺陷，容易接触不良引起故障

44、。由于刀库零点开关与刀库旋转计数开关共用一个插头供电，当插头接触不良而刀库又过零点时，易引起刀库旋转计数开关闪烁，导致错误计数。 例3刀库报警的故障维修 故障现象：一台配套OKUMA OSP700系统，型号为XHAD765的数控机床，出现“2722、刀库刀套号0”报警。分析及处理过程：该报警的含义为“刀库刀套号的数据不定”。切换到手动运行方式，打开刀库门，按上行或下行键，让刀库过一次零点，故障未能排除；打开PLC数据查各开关状态，发现IMGRCT信号有闪烁，怀疑接触不良，关机将刀库内各传感器插头拔出，发现进油。清除油污再插好，开机后故障排除。例4刀库不停转的故障维修 故障现象：一台配套FANUC 0MC系统，型号为XH754的数控机床，刀库在换刀过程中不停转动。分析及处理过程：拿螺钉旋具将刀库伸缩电磁阀手动钮拧到刀库伸出位置，保