加工中心刀庫(kù)分類、特點(diǎn)及典型故障分析

1、加工中心刀庫(kù)分類、特點(diǎn)及典型故障分析加工中心刀庫(kù)分類、特點(diǎn)及典型故障分析中航工業(yè)西航設(shè)備部趙臣一、刀庫(kù)的分類及特點(diǎn)二、刀庫(kù)典型故障分析一、刀庫(kù)的分類及特點(diǎn)1、按機(jī)械結(jié)構(gòu)劃分：鏈?zhǔn)降稁?kù)盤式刀庫(kù)1.1、盤式刀庫(kù) 盤式刀庫(kù)其特點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)緊湊，但因刀具單環(huán)排列，定向使用率較低，大容量刀庫(kù)的外徑較大，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大，因此這種刀庫(kù)容量較小，一般不超過(guò)32把刀。其應(yīng)用一般是在小型加工中心上。 在刀庫(kù)刀具容量小的情況下，其選刀運(yùn)動(dòng)時(shí)間短，效率高，換刀可靠性較高。 1.2、鏈?zhǔn)降稁?kù)特點(diǎn)： 鏈?zhǔn)降稁?kù)容量較大，當(dāng)采用多環(huán)鏈?zhǔn)降稁?kù)時(shí)，刀庫(kù)的外形較緊湊，占用空間小，適合做大容量刀庫(kù)?；谶@些優(yōu)點(diǎn)，鏈?zhǔn)降稁?kù)在加工中心應(yīng)用的非

2、常廣泛。2、按換刀方式劃分：機(jī)械手換刀方式主軸直接取刀方式2.1、主軸直接取刀換刀方式 ABZ2 換刀示意圖直線導(dǎo)軌2.1、主軸直接取刀換刀方式 主軸直接換刀取刀方式一般應(yīng)用在盤式刀庫(kù)上，無(wú)機(jī)械手的盤式刀庫(kù)俗稱斗笠式刀庫(kù)，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本較低，而且容易控制。因而在小型加工中心得到廣泛的應(yīng)用。這種刀庫(kù)的特點(diǎn)是刀庫(kù)具有前后兩個(gè)位置，刀庫(kù)前位時(shí)刀庫(kù)最外的刀具正好與主軸套在同一條軸線上。通過(guò)氣動(dòng)或者液壓裝置使刀庫(kù)在兩個(gè)位置上前后移動(dòng)，通過(guò)兩個(gè)行程開(kāi)關(guān)確認(rèn)刀庫(kù)的前后位置。這種刀庫(kù)另外一個(gè)特點(diǎn)是采用固定刀位管理，即每個(gè)刀套只用于安裝一把固定刀具。固定刀位換刀過(guò)程需要兩次完成，首先把主軸的刀具放回刀具的原來(lái)

3、位置，然后再?gòu)牡稁?kù)中取出要選擇的刀具，這樣換刀效率低，一般用于刀庫(kù)容量比較少的刀庫(kù)選刀控制。其主要缺點(diǎn)是：容量小，在換刀抓松刀過(guò)程中主軸會(huì)對(duì)刀庫(kù)刀盤有一定擠壓力，容易造成刀庫(kù)旋轉(zhuǎn)體變形、斷裂等現(xiàn)象。2.2、機(jī)械手換刀方式 帶機(jī)械手的刀庫(kù)，換刀速度快，在零件程序運(yùn)行的同時(shí)，刀庫(kù)可以將下一把刀具提前轉(zhuǎn)到換刀位置。換刀指令生效后，機(jī)械手將主軸刀套內(nèi)的刀具與刀庫(kù)換刀位置刀套內(nèi)的目標(biāo)刀具直接交換。在整個(gè)換刀過(guò)程中對(duì)刀庫(kù)沖擊小， 帶機(jī)械手的刀庫(kù)增加了機(jī)械手的控制，因而相關(guān)的PLC應(yīng)用程序也相對(duì)復(fù)雜，機(jī)械手的控制方法因廠家不同，通常采用以下幾種控制方式：液壓控制、異步電機(jī)控制、凸輪控制機(jī)械手 機(jī)械手換刀由于

4、其在換刀過(guò)程中動(dòng)作較多，使其換刀故障率較高，排故過(guò)程較復(fù)雜。2.2、機(jī)械手換刀方式 程序給出指令開(kāi)始換刀換刀動(dòng)作步驟：1.主軸定向并移動(dòng)到換刀點(diǎn)位置,同時(shí)刀庫(kù)旋轉(zhuǎn)到需要更換的刀具位置。2.機(jī)械手1移向刀庫(kù)側(cè)進(jìn)行1號(hào)卡爪抓刀動(dòng)作。3.機(jī)械手1在氣缸/液壓缸驅(qū)動(dòng)下伸出，進(jìn)行在刀庫(kù)刀套內(nèi)拔刀動(dòng)作。4.換刀機(jī)械手大臂翻轉(zhuǎn)。由平行于刀套方向翻轉(zhuǎn)為平行于主軸。5.機(jī)械手2向主軸側(cè)移動(dòng)，執(zhí)行2號(hào)卡爪抓刀動(dòng)作。6.機(jī)械手2在氣缸/液壓缸驅(qū)動(dòng)下執(zhí)行主軸側(cè)卸刀（拔刀）動(dòng)作。7.機(jī)械手大臂旋轉(zhuǎn)180度，完成機(jī)械手1/2位置替換動(dòng)作。8.機(jī)械手1縮回，執(zhí)行在主軸上裝刀動(dòng)作。9.機(jī)械手1移出，1號(hào)卡爪離開(kāi)主軸上刀具。1

5、0.換刀機(jī)械手大臂翻轉(zhuǎn)。由平行于 主軸方向翻轉(zhuǎn)為平行于刀套方向。翻轉(zhuǎn)過(guò)后2號(hào)卡爪刀具正對(duì)刀庫(kù)空刀套。 11.機(jī)械手2縮回，執(zhí)行刀庫(kù)內(nèi)裝刀動(dòng)作。12.機(jī)械手2移動(dòng)，2號(hào)卡爪離開(kāi)刀套。換刀完成按照刀具管理方式劃分隨機(jī)刀位管理刀庫(kù)固定刀位管理刀庫(kù)3.1、固定刀位管理方式 固定刀位管理是在加工前，將加工所需要的刀具依照工藝次序插入刀庫(kù)刀套中，順序不能有差，每一個(gè)刀具只對(duì)應(yīng)一個(gè)刀套。加工時(shí)按照固定刀的位置進(jìn)行調(diào)刀，還刀。 如：1號(hào)刀具對(duì)應(yīng)安裝在1號(hào)刀套內(nèi)，20號(hào)刀具對(duì)應(yīng)安裝在20號(hào)到套內(nèi)。在換刀過(guò)程中，如果主軸是1號(hào)刀需要更換20號(hào)刀具時(shí)，首先需要刀庫(kù)轉(zhuǎn)動(dòng)到1號(hào)刀套位置進(jìn)行1號(hào)刀具的還刀動(dòng)作，還刀后刀庫(kù)

6、轉(zhuǎn)動(dòng)到20號(hào)刀具再進(jìn)行取刀動(dòng)作。不管一個(gè)刀具被調(diào)用多少次，其刀具、刀套對(duì)應(yīng)位置都不會(huì)改變。 按固定刀位管理的刀庫(kù)一般使用在容量較少的刀庫(kù)上，其特點(diǎn)是刀具管理簡(jiǎn)單，換刀設(shè)計(jì)控制容易。3.2、隨機(jī)刀位管理方式 隨機(jī)刀位管理刀庫(kù)中刀具排列的順序與工件的加工順序無(wú)關(guān)。換刀過(guò)程中主軸上刀具就近放入刀庫(kù)內(nèi)空刀套上，通過(guò)計(jì)算確定刀庫(kù)中刀具與實(shí)際刀套對(duì)應(yīng)位置，在換取刀具時(shí)刀庫(kù)直接轉(zhuǎn)動(dòng)到相應(yīng)刀套位置進(jìn)行換刀動(dòng)作。 其特點(diǎn)是：換刀速度快，同一把刀每次換刀對(duì)應(yīng)的刀套位置不確定，刀庫(kù)管理復(fù)雜。二、刀庫(kù)典型故障分析一、常見(jiàn)自動(dòng)換刀裝置實(shí)例 實(shí)際中加工中心刀庫(kù)及換刀機(jī)械手結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，且在工作中又頻繁運(yùn)動(dòng)，所以故障率較高，

7、目前機(jī)床上有50以上的故障都與之有關(guān)，如刀庫(kù)運(yùn)動(dòng)故障，定位誤差過(guò)大，機(jī)械手夾持刀柄不穩(wěn)定，機(jī)械手動(dòng)作誤差過(guò)大等，這些故障最后都造成換刀動(dòng)作卡位，整機(jī)停止工作。因此刀庫(kù)及換刀機(jī)械手的維護(hù)十分重要。 刀庫(kù)及換刀機(jī)械手的維護(hù)要點(diǎn) 嚴(yán)禁把超重、超長(zhǎng)的刀具裝入刀庫(kù)，防止在機(jī)械手換刀時(shí)掉刀或刀具與工件、夾具等發(fā)生碰撞。 順序選刀方式必須注意刀具放置在刀庫(kù)中的順序要正確，其他選刀方式也要注意所換刀具是否與所需刀具一致，防止換錯(cuò)刀具導(dǎo)致事故發(fā)生。 用手動(dòng)方式往刀庫(kù)上裝刀時(shí)，要確保裝到位，裝牢靠，并檢查刀座上的鎖緊裝置是否可靠。 經(jīng)常檢查刀庫(kù)的回零位置是否正確，檢查機(jī)床主軸回?fù)Q刀點(diǎn)位置是否到位，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題要及時(shí)調(diào)

8、整，否則不能完成換刀動(dòng)作。 要注意保持刀具刀柄和刀套的清潔。 開(kāi)機(jī)時(shí)，應(yīng)先使刀庫(kù)和機(jī)械手空運(yùn)行，檢查各部分工作是否正常，特別是行程開(kāi)關(guān)和電磁閥能否正常動(dòng)作。檢查機(jī)械手液壓系統(tǒng)的壓力是否正常，刀具在機(jī)械手上鎖緊是否可靠，發(fā)現(xiàn)不正常時(shí)應(yīng)及時(shí)處理。刀庫(kù)故障1.刀庫(kù)不能轉(zhuǎn)動(dòng)的原因可能有： 聯(lián)接電機(jī)軸與蝸桿軸的聯(lián)軸器松動(dòng)；變頻器故障，應(yīng)檢查變頻器的輸入、輸出電壓是否正常；PLC無(wú)控制輸出，可能是接口板中的繼電器失效；機(jī)械連接過(guò)緊；電網(wǎng)電壓過(guò)低。2.刀庫(kù)轉(zhuǎn)不到位的原因可能有：電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)故障，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)誤差。 3.刀套不能夾緊刀具原因可能是A.刀套上的調(diào)整螺釘松動(dòng)。B.拉刀機(jī)構(gòu)彈簧太松，造成卡緊力不足。C.松

9、刀機(jī)構(gòu)回退故障。D.刀具超重。 4.刀套上下不到位原因可能是 A.裝置調(diào)整不當(dāng)或加工誤差過(guò)大而造成撥叉位置不正確。 B.限位開(kāi)關(guān)安裝不正確或調(diào)整不當(dāng)而造成反饋信號(hào)錯(cuò)誤。 5.刀具夾緊后松不開(kāi) A.松鎖的彈簧壓合過(guò)緊或碟簧斷裂，導(dǎo)致刀桿伸縮量不夠。B.松刀壓力不夠。C.松刀缸故障等。6.刀具交換時(shí)掉刀A.換刀時(shí)主軸箱沒(méi)有回到換刀點(diǎn)或換刀點(diǎn)漂移，機(jī)械手抓刀時(shí)沒(méi)有到位，就開(kāi)始拔刀，都會(huì)導(dǎo)致?lián)Q刀時(shí)掉刀。這時(shí)應(yīng)重新移動(dòng)主軸箱，使其回到換刀點(diǎn)位置，重新設(shè)定換刀點(diǎn)。B.機(jī)械手或刀庫(kù)內(nèi)卡到爪夾緊力不夠。二、刀具表的建立與調(diào)整 如果是在如果是在SIEMENSSIEMENS操作系統(tǒng)的設(shè)備上出現(xiàn)刀庫(kù)亂刀情況，以操作

10、系統(tǒng)的設(shè)備上出現(xiàn)刀庫(kù)亂刀情況，以SIEMENS-840DSIEMENS-840D操作系統(tǒng)為例：可根據(jù)以下示例，進(jìn)行刀庫(kù)調(diào)操作系統(tǒng)為例：可根據(jù)以下示例，進(jìn)行刀庫(kù)調(diào)整。整。移動(dòng)刀具M(jìn)DI:$TC_MPP69998,1=0刀具管理本地緩存重置開(kāi)始刀具列表本地號(hào)刀具名稱刀沿號(hào)刀具類型新建刀具裝載尋找本地空刀位開(kāi)始新建刀具刀具列表故障1、刀庫(kù)亂刀 故障：故障：HMC1000HMC1000換刀時(shí)出現(xiàn)顯示刀位號(hào)和實(shí)際不一致?lián)Q刀時(shí)出現(xiàn)顯示刀位號(hào)和實(shí)際不一致 刀庫(kù)形式：帶機(jī)械手鏈?zhǔn)降稁?kù)、刀具管理方式為隨機(jī)刀位管理。 故障形式：刀具對(duì)應(yīng)刀庫(kù)位置錯(cuò)亂故障。 操作系統(tǒng)：FANUC系統(tǒng) 這個(gè)故障實(shí)際上就是刀具識(shí)別錯(cuò)誤，

11、在PLC內(nèi)部設(shè)置的刀號(hào)數(shù)據(jù)表始終與刀庫(kù)的實(shí)際位置相對(duì)應(yīng)，對(duì)刀具的識(shí)別實(shí)質(zhì)上轉(zhuǎn)變?yōu)閷?duì)刀庫(kù)位置的識(shí)別，當(dāng)?shù)稁?kù)旋轉(zhuǎn)時(shí)，每個(gè)刀座通過(guò)換刀位置（基準(zhǔn)位置）產(chǎn)生一個(gè)脈沖信號(hào)送至PLC作為計(jì)數(shù)脈沖，同時(shí)在PLC內(nèi)部設(shè)置一個(gè)刀庫(kù)位置計(jì)數(shù)器，當(dāng)?shù)稁?kù)正轉(zhuǎn)時(shí)，每發(fā)一個(gè)脈沖使計(jì)數(shù)器加一計(jì)數(shù)，當(dāng)反轉(zhuǎn)時(shí)，每發(fā)一個(gè)脈沖則計(jì)數(shù)器減一計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)始終在刀庫(kù)容量值之間循環(huán)，而通過(guò)換刀位置時(shí)的計(jì)數(shù)值（當(dāng)前值）總是指示刀庫(kù)的現(xiàn)在位置。當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)，可根據(jù)PLC程序來(lái)確定計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值是放在哪個(gè)寄存器里，然后通過(guò)顯示介面調(diào)出C參數(shù)把計(jì)數(shù)器值改為和實(shí)際位置一致便可排除故障。故障2、換刀動(dòng)作中斷 故障：故障：米克朗加工中心的換刀故障

12、 故障現(xiàn)象：換刀中止，無(wú)法繼續(xù)進(jìn)行換刀。 刀庫(kù)形式：帶機(jī)械手鏈?zhǔn)降稁?kù)、刀具管理方式為隨機(jī)刀位管理。 故障形式：由于各種原因造成的換刀動(dòng)作中斷。 分析處理： 此設(shè)備的刀庫(kù)動(dòng)作是氣壓動(dòng)力，所以換刀中止的絕大因素是因?yàn)闅鈮鹤枞?，并無(wú)法手動(dòng)還原原始位置，即使還原了初始位置，有可能系統(tǒng)記憶了錯(cuò)誤的換刀位置從而再次停止報(bào)警，所以就要進(jìn)行刀庫(kù)初始化。依照刀庫(kù)操作手冊(cè)將刀庫(kù)門打開(kāi)，將magazine panel下面的板子拆除后發(fā)現(xiàn)一個(gè)傳感器盒，按住上面的Teach按鈕后待其上面紅燈閃爍，后將機(jī)械手臂手動(dòng)開(kāi)出待紅燈閃爍50下之后，再將機(jī)械手臂手動(dòng)返回，此時(shí)等機(jī)械臂走完全程（機(jī)械臂慢速推出、退回，停到中間位置），

13、上述過(guò)程手動(dòng)時(shí)Teach鍵不能松開(kāi)，而且手動(dòng)操作刀庫(kù)時(shí)需要輸入密碼：250258，至此刀庫(kù)機(jī)械臂的初始化完成。故障3、換刀動(dòng)作中斷 在換刀中斷故障排除過(guò)程中，我們首先需要將刀庫(kù)機(jī)械手的各在換刀中斷故障排除過(guò)程中，我們首先需要將刀庫(kù)機(jī)械手的各個(gè)位置還原到正常位置。之后還要對(duì)刀表內(nèi)主軸以及機(jī)械手個(gè)位置還原到正常位置。之后還要對(duì)刀表內(nèi)主軸以及機(jī)械手上刀具進(jìn)行核對(duì)設(shè)置。避免再次換刀中出現(xiàn)撞刀、亂刀現(xiàn)象上刀具進(jìn)行核對(duì)設(shè)置。避免再次換刀中出現(xiàn)撞刀、亂刀現(xiàn)象。一般加工中心上都有手動(dòng)進(jìn)行換刀動(dòng)作的操作，在排故過(guò)。一般加工中心上都有手動(dòng)進(jìn)行換刀動(dòng)作的操作，在排故過(guò)程中，主要是依靠手動(dòng)操作刀庫(kù)來(lái)進(jìn)行還原刀庫(kù)機(jī)械手

14、正常程中，主要是依靠手動(dòng)操作刀庫(kù)來(lái)進(jìn)行還原刀庫(kù)機(jī)械手正常位置。位置。以以SAJO12000SAJO12000加工中心換刀中斷恢復(fù)正常位置為例：加工中心換刀中斷恢復(fù)正常位置為例：2、換刀動(dòng)作中斷 SAJO12000SAJO12000加工中心加工中心 換刀手動(dòng)操作：換刀手動(dòng)操作： 注意！注意！ 在手動(dòng)進(jìn)行刀庫(kù)恢復(fù)時(shí)，一定要注意刀庫(kù)各動(dòng)作的在手動(dòng)進(jìn)行刀庫(kù)恢復(fù)時(shí)，一定要注意刀庫(kù)各動(dòng)作的順序，防止出現(xiàn)手動(dòng)操作時(shí)撞擊、飛刀等現(xiàn)象。順序，防止出現(xiàn)手動(dòng)操作時(shí)撞擊、飛刀等現(xiàn)象。2、換刀動(dòng)作中斷 注意！注意！ 在手動(dòng)進(jìn)行刀庫(kù)恢復(fù)時(shí)，一定要注意刀庫(kù)各動(dòng)作的在手動(dòng)進(jìn)行刀庫(kù)恢復(fù)時(shí)，一定要注意刀庫(kù)各動(dòng)作的順序，防止出現(xiàn)手

15、動(dòng)操作時(shí)撞擊、飛刀等現(xiàn)象。順序，防止出現(xiàn)手動(dòng)操作時(shí)撞擊、飛刀等現(xiàn)象。故障4、加工中心自動(dòng)換刀過(guò)程中常見(jiàn)故障的診斷與維修1.故障現(xiàn)象：某加工中心采用凸輪機(jī)械手換刀，換刀過(guò)程中 ，動(dòng)作中斷，發(fā)出2035#報(bào)警，顯示內(nèi)容：機(jī)械手伸出故障。2.分析過(guò)程：根據(jù)報(bào)警內(nèi)容，機(jī)床是因?yàn)闊o(wú)法執(zhí)行下一步“從主軸和刀庫(kù)中拔出刀具”，而使換刀過(guò)程中斷并報(bào)警。機(jī)械手未能伸出完成從主軸和刀庫(kù)中拔刀動(dòng)作。3. 產(chǎn)生故障的原因及處理：(1)“松刀”感應(yīng)開(kāi)關(guān)失靈，在換刀過(guò)程中，各動(dòng)作的完成信號(hào)均由感應(yīng)開(kāi)關(guān)發(fā)出，只有上一動(dòng)作完成后才能進(jìn)行下一動(dòng)作。第3步為“主軸松刀”，如果感應(yīng)開(kāi)關(guān)未發(fā)信號(hào)，則機(jī)械手“拔刀”就不會(huì)動(dòng)作。檢查兩感應(yīng)

16、開(kāi)關(guān)，信號(hào)正常。(2)“松刀”電磁閥失靈，主軸的“松刀”，是由電磁閥接通液壓缸來(lái)完成的。如電磁閥失靈，則液壓缸未進(jìn)油，刀具就“松”不了。檢查主軸的“松刀”電磁閥動(dòng)作均正常。(3)“松刀”液壓缸因液壓系統(tǒng)壓力不夠或漏油而不動(dòng)作，或行程不到位，檢查刀庫(kù)松刀液壓缸，動(dòng)作正常，行程到位；打開(kāi)主軸箱后罩，檢查主軸松刀液壓缸，發(fā)現(xiàn)也已到達(dá)松刀位置，油壓也正常，液壓缸無(wú)漏油現(xiàn)象。(4)機(jī)械手系統(tǒng)有問(wèn)題，建立不起“拔刀”條件，其原因可能是：電機(jī)控制電路有問(wèn)題。檢查電動(dòng)機(jī)控制電路系統(tǒng)正常。(5)主軸系統(tǒng)有問(wèn)題，刀具是靠碟簧通過(guò)拉桿和彈簧卡頭而將刀具柄尾端的拉釘拉緊的；松刀時(shí)，液壓缸的活塞桿頂壓頂桿，頂桿通過(guò)空心螺釘推動(dòng)拉桿，一方面使彈簧卡頭松開(kāi)刀具的拉釘，另一方面又頂動(dòng)拉釘，使刀具右移而在主軸錐孔中變“松”。 主軸系統(tǒng)不松刀的原因有以下5點(diǎn)：刀具尾部拉釘?shù)拈L(zhǎng)度不夠，致使液壓缸雖已運(yùn)動(dòng)到位，而仍未將刀具頂“松”；