加工中心自動(dòng)換刀裝置的常見(jiàn)故障及維修

加工中心自動(dòng)換刀裝置的常見(jiàn)故障及維修

1自動(dòng)換刀裝置加工中心可分為車(chē)輛加工中心、研磨中心和鉆孔中心。在加工過(guò)程中，加工中心應(yīng)該使用各種工具。因此，為了完成不同工藝的加工，必須配備自動(dòng)換刀裝置。常用的刀庫(kù)形式有圓盤(pán)式刀庫(kù),鏈?zhǔn)降稁?kù),格子盒式刀庫(kù)。按有無(wú)機(jī)械手又可分為不帶機(jī)械手的自動(dòng)換刀裝置和帶機(jī)械手的自動(dòng)換刀裝置。按刀庫(kù)的旋轉(zhuǎn)和機(jī)械手的動(dòng)作驅(qū)動(dòng)方式可分為有液壓、氣動(dòng)控制系統(tǒng)和電氣與機(jī)械聯(lián)合控制的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。隨著加工中心數(shù)控機(jī)床的普及和應(yīng)用,自動(dòng)換刀裝置控制過(guò)程中的故障率也比較高。由于自動(dòng)換刀裝置結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜、控制為機(jī)、電、液聯(lián)合控制,復(fù)雜系數(shù)高等原因。所以加工中心自動(dòng)換刀裝置的故障維修比較困難。簡(jiǎn)要敘述換刀裝置的分類(lèi)和特點(diǎn),以立式鏜銑中心普遍使用的圓盤(pán)式加工中心自動(dòng)換刀裝置為例,分析自動(dòng)換刀裝置的控制原理及常見(jiàn)故障的維修方法。2更換工具的分類(lèi)和控制自動(dòng)換刀裝置根據(jù)組成結(jié)構(gòu)可分為回轉(zhuǎn)式、有和無(wú)機(jī)械手帶刀庫(kù)的自動(dòng)換刀裝置。2.1雙缸換刀操作回轉(zhuǎn)刀架式自動(dòng)換刀裝置常用于數(shù)控車(chē)床,有4、6、8、12工位,有用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的正傳和反轉(zhuǎn),也有用液壓系統(tǒng)通過(guò)電磁換相閥和順序閥進(jìn)行控制的,但都是機(jī)床接收到換刀指令后,使刀架抬刀、轉(zhuǎn)位、比較后,落刀鎖緊等一系列動(dòng)作完成。2.2加工中心五軸刀的換刀裝置設(shè)計(jì)無(wú)機(jī)械手換刀裝置一般把刀厙放在主軸箱可以移動(dòng)到的位置,即整個(gè)刀庫(kù)或刀庫(kù)的某一刀位能移動(dòng)到主軸箱可以到達(dá)的位置。刀庫(kù)中刀具的存放方向一般與主軸箱的裝刀方向一致。換刀時(shí)通過(guò)主軸和刀庫(kù)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)執(zhí)行換刀動(dòng)作,利用主軸取走或放回刀具。圖1所示為有刀庫(kù)無(wú)機(jī)械手的自動(dòng)換刀裝置的加工中心的示意圖。圖2所示為如圖1(a)所示的臥式加工中心無(wú)機(jī)械手換刀裝置的換刀過(guò)程圖2(a)表示上工步結(jié)束后,主軸準(zhǔn)停定位,主軸箱上升。圖2(b)表示主軸箱升到頂部換刀位置,刀具進(jìn)入刀庫(kù)的交換位置空位。刀具被刀庫(kù)上的夾爪固定,主軸上的刀具自動(dòng)夾緊裝置松開(kāi)。圖2(c)表示刀庫(kù)前移,從主軸孔中把要更換的刀具拔出。圖2(d)表示刀庫(kù)轉(zhuǎn)位,根據(jù)程序把下一工序要用的刀具轉(zhuǎn)換到換刀位置,同時(shí)主軸孔清潔裝置清潔主軸上的刀具孔。圖2(e)表示刀庫(kù)后退,把需要的刀具插入主軸孔,主軸上的刀具夾緊裝置把刀具夾緊。圖2(f)表示主軸箱下降到工作位置,開(kāi)始進(jìn)行下一步工作。無(wú)機(jī)械手換刀裝置的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,成本低,換刀可靠性也較高。其缺點(diǎn)是由于結(jié)構(gòu)所限,刀庫(kù)的容量不大,且換刀時(shí)間較長(zhǎng)(一般需要10-20s)。因此,多為中、小型加工中心所采用。2.3主要過(guò)程有機(jī)械手換刀裝置一般由機(jī)械手和刀庫(kù)組成。其刀庫(kù)的配置、位置及數(shù)量的選用要比無(wú)機(jī)械手換刀裝置靈活得多。它可以根據(jù)不同的要求配置不同形式的機(jī)械手,可以采用單臂、雙臂機(jī)械手,或采用配置主機(jī)械手和輔助機(jī)械手的形式。它能夠配備多至數(shù)百把刀具的刀庫(kù),換刀時(shí)間可以縮短到幾秒甚至零點(diǎn)幾秒。因此目前大多數(shù)加工中心都配有帶機(jī)械手的換刀裝置。由于刀庫(kù)位置和機(jī)械手換刀動(dòng)作的不同,所以自動(dòng)換刀裝置的結(jié)構(gòu)形式也多種多樣。(1)BT50-24TOOL圓盤(pán)式刀庫(kù)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖3所示。自動(dòng)刀具交換動(dòng)作步驟如下:(1)程序執(zhí)行到選刀指令T碼時(shí),系統(tǒng)通過(guò)方向判別后,控制刀庫(kù)電動(dòng)機(jī)1正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn),刀庫(kù)中刀位計(jì)數(shù)開(kāi)關(guān)2開(kāi)始計(jì)數(shù)(計(jì)算出到達(dá)換刀點(diǎn)的步數(shù)),當(dāng)?shù)稁?kù)上所選的刀具轉(zhuǎn)到換刀位置后,旋轉(zhuǎn)刀庫(kù)電動(dòng)機(jī)立即停轉(zhuǎn),完成選刀定位控制。(2)當(dāng)T碼執(zhí)行后,倒刀電磁閥線圈獲電,氣缸推動(dòng)選刀的刀杯向下翻轉(zhuǎn)90°(倒下),倒刀到位檢測(cè)信號(hào)開(kāi)關(guān)8(磁環(huán)開(kāi)關(guān))發(fā)出信號(hào),完成倒刀控制,同時(shí)這個(gè)信號(hào)還是交換刀具的開(kāi)始信號(hào)。(3)執(zhí)行到交換刀具指令,交換刀具指令一般為M06(實(shí)際是調(diào)換刀宏程序或換刀子程序),首先主軸自動(dòng)返回?fù)Q刀點(diǎn)(一般是機(jī)床的第二參考點(diǎn)),且實(shí)現(xiàn)主軸準(zhǔn)停,然后換刀電動(dòng)機(jī)10起動(dòng)運(yùn)行,通過(guò)錐齒輪14、凸輪滾子15、十字軸17帶動(dòng)機(jī)械手從原位逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)60°,進(jìn)行機(jī)械手抓刀控制,當(dāng)機(jī)械手扣刀定位開(kāi)關(guān)6發(fā)出到位信號(hào)后,換刀電動(dòng)機(jī)10立即停止,主軸刀具夾緊裝置自動(dòng)松開(kāi)。(4)主軸刀具松開(kāi)后,換刀電動(dòng)機(jī)10起動(dòng)運(yùn)行,通過(guò)圓柱凸輪12、杠桿13使機(jī)械手下降,進(jìn)行拔刀控制,機(jī)械手完成拔刀后,換刀電動(dòng)機(jī)10繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn),連續(xù)完成下一個(gè)換刀動(dòng)作。(5)當(dāng)機(jī)械手完成拔刀控制后,通過(guò)錐齒輪14、凸輪滾子15、十字軸17帶動(dòng)機(jī)械手逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)180°,使主軸刀具與刀庫(kù)刀具交換位置。然后通過(guò)圓柱凸輪12、杠桿13使機(jī)械手上升,把交換后的刀具插入主軸錐孔和刀庫(kù)的刀套中。機(jī)械手完成插刀后,換刀電動(dòng)機(jī)停止開(kāi)關(guān)5(接近開(kāi)關(guān))發(fā)出信號(hào)使電動(dòng)機(jī)立即停止。刀具插入主軸錐孔后,刀具的自動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu)夾緊刀具。(6)當(dāng)機(jī)械手扣刀到位檢測(cè)信號(hào)開(kāi)關(guān)6(接近開(kāi)關(guān))再次接通后,換刀電動(dòng)機(jī)10起動(dòng)運(yùn)行,通過(guò)錐齒輪14、凸輪滾子15、十字軸17帶動(dòng)機(jī)械手順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)60°,回到機(jī)械手的原點(diǎn)位置。機(jī)械手原位到位開(kāi)關(guān)7接通后,換刀電動(dòng)機(jī)10立即停止。(7)當(dāng)機(jī)械手回到原位后,機(jī)械手原位到位開(kāi)關(guān)7(接近開(kāi)關(guān))接通,回刀電磁閥線圈獲電,氣缸推動(dòng)刀杯向上翻轉(zhuǎn)90°,為下一次選刀做準(zhǔn)備?；氐稓飧咨斐龆ㄎ婚_(kāi)關(guān)9(磁環(huán)開(kāi)關(guān))接通,完成整個(gè)換刀控制。3熟悉換刀動(dòng)作和掌握pmc控制自動(dòng)換刀裝置換刀裝置的工作基本上都是順序工作,所以只要熟悉換刀動(dòng)作的過(guò)程和掌握PMC的控制對(duì)維修是很重要的。FANUC0i系統(tǒng)的PMC診斷方法:3.1彩色顯示器制約按系統(tǒng)功能鍵SYSTEM,再按系統(tǒng)操作軟件[PMC]就會(huì)顯示PMC功能畫(huà)面,按軟件PMCLAD,梯形圖就會(huì)出現(xiàn)在顯示器上,如果顯示器為單色顯示器CRT,梯形圖顯示畫(huà)面中,信號(hào)接通為亮線顯示,信號(hào)斷開(kāi)為暗線顯示,彩色顯示器LCD的接通和斷開(kāi)也可由用戶設(shè)定不同的顏色對(duì)比來(lái)確定。在梯形圖的下面對(duì)應(yīng)有如下軟鍵功能如下:[TOP]返回梯形圖開(kāi)始位置。[BOTTOM]返回梯形圖結(jié)束位置[SRCH]搜索梯形圖中信號(hào)觸點(diǎn)的操作軟鍵。[W—SRCH]搜索梯形圖中信號(hào)線圈的操作軟鍵。[N-SRCH]搜索梯形圖行號(hào)的操作軟鍵。[F-SRCH]為搜索系統(tǒng)中功能指令的操作軟件,先按[F-SRCH],然后在按相應(yīng)的功能指令號(hào),就顯示對(duì)應(yīng)的功能指令。要根據(jù)機(jī)床的程序和動(dòng)作過(guò)程,熟悉PMC控制原理,查找對(duì)應(yīng)的傳感器和限位開(kāi)關(guān)等電器元件的位置和動(dòng)作原理是非常重要的。3.2機(jī)床側(cè)數(shù)控機(jī)床電氣故障的情況,主要有以下幾種按系統(tǒng)功能鍵SYSTEM,再按系統(tǒng)操作軟鍵[PMC]就會(huì)顯示PMC功能畫(huà)面,按軟件[PMCDGN]出現(xiàn)PMC診斷畫(huà)面,再按軟件[STATUS]顯示器將會(huì)顯示PMC中存儲(chǔ)器對(duì)應(yīng)地址單元的數(shù)據(jù)信息,可以按相應(yīng)的X、Y、G、F和R、D等地址單元就可以觀察其內(nèi)容,我們可以根據(jù)數(shù)控機(jī)床電氣控制原理圖中提供的X、Y信息觀察機(jī)床側(cè)的開(kāi)關(guān)、按鈕和傳感器等狀態(tài),并可利用觀察Y的信息狀態(tài)X分析故障在機(jī)床側(cè)還是數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)部,當(dāng)然可以通過(guò)FANUC0i系統(tǒng)提供的F、G信號(hào)的意義,確定數(shù)控機(jī)床的故障在CNC側(cè)還是在機(jī)床側(cè)等。如通過(guò)觀察F7.3就可以知道是否執(zhí)行換刀指令,通過(guò)觀察X2.1的變化就可以確定刀庫(kù)計(jì)數(shù)開(kāi)關(guān)的工作是否正常,X2.0刀庫(kù)定位開(kāi)關(guān)是否到位,通過(guò)觀察Y8.1和Y8.2就可以確定電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的方向,和確定電機(jī)的故障是屬于機(jī)床側(cè)的電氣控制部分還是PMC的故障等,可通過(guò)觀察G4.3就可以確定換刀功能是否結(jié)束。當(dāng)然還要結(jié)合機(jī)床電氣控制電路來(lái)分析機(jī)床側(cè)出現(xiàn)的故障。最好根據(jù)數(shù)控機(jī)床電氣控制原理圖,列寫(xiě)關(guān)于換刀控制有關(guān)的I/O接口對(duì)照表,在熟知換刀過(guò)程的基礎(chǔ)上,利用PMC的狀態(tài)診斷換刀過(guò)程的故障。4自動(dòng)換刀機(jī)構(gòu)圓盤(pán)式刀庫(kù)自動(dòng)換刀裝置常見(jiàn)故障及維修詳見(jiàn)表1。立式加工中心換刀臂平移至C時(shí),無(wú)拔刀動(dòng)作。圖4為自動(dòng)換刀控制示意圖。數(shù)控機(jī)床上刀具及托盤(pán)等裝置的自動(dòng)交換動(dòng)作都是按照一定的順序來(lái)完成的,因此觀察機(jī)械裝置的運(yùn)動(dòng)過(guò)程,比較正常與故障時(shí)的情況,就可發(fā)現(xiàn)疑點(diǎn),診斷出故障的原因。ATC動(dòng)作的起始狀態(tài)是:①主軸保持要交換的舊刀具;②換刀臂在B位置;③換刀臂在上部位置;④刀庫(kù)已將要交換的新刀具定位。自動(dòng)換刀的順序?yàn)?換刀臂左移(B→A)→換刀臂下降(從刀庫(kù)拔刀)→換刀臂右移(A→B)換刀臂上升→換刀臂右移(B→C,抓住主軸中刀具)主軸液壓缸下降(松刀)→換刀臂下降(從主軸拔刀)→換刀臂旋轉(zhuǎn)180°(兩刀具交換位置)→換刀臂上升(裝刀)→主軸液壓缸上升(抓刀)→換刀臂左移(C→B)刀庫(kù)轉(zhuǎn)動(dòng)(找出舊刀具位置)+換刀臂左移(B→A,返回舊刀具給刀庫(kù))→換刀臂右移(A→B)→刀庫(kù)轉(zhuǎn)動(dòng)(找下一把刀具)。換