數(shù)控加工中心換刀系統(tǒng)故障排除分析
2023-8-17 來源：吉利動力總成有限公司 作者：武超超
摘要：數(shù)控加工中心的有效運(yùn)行能最大程度上保證工作安全，減少故障，對于提升加工企業(yè)生產(chǎn)效益具有極大的促進(jìn)作用。但隨著整體使用時間的不斷增加以及各類新型生產(chǎn)技術(shù)和方法的逐漸出現(xiàn)，故障類型日益復(fù)雜，最常見的則是換刀系統(tǒng)故障。對此，這就必須將加工中心中特有的換刀系統(tǒng)作為分析重點(diǎn)，從最常見的故障類型著手，闡述實(shí)際排除流程，分析具體的排除和解決策略，優(yōu)化換刀過程，保證生產(chǎn)加工效率和穩(wěn)定性。
關(guān)鍵詞：數(shù)控加工中心；環(huán)刀系統(tǒng)；故障排除
在機(jī)械制造業(yè)的迅速發(fā)展下，數(shù)控加工中心通過刀具交換的形式實(shí)現(xiàn)了高效化的加工生產(chǎn)，但也由此給換刀系統(tǒng)提出了一定要求。由于加工中心加工零件工序繁多，要保證工件加工的可靠性，則需依照各工序提出的具體要求實(shí)現(xiàn)刀具順利交換，所以該系統(tǒng)對于加工中心具有極大的促進(jìn)作用。當(dāng)下這一系統(tǒng)雖然取得了良好的應(yīng)用成就，但依然存在一些問題，系統(tǒng)故障率較高。因此，重點(diǎn)對其進(jìn)行全面探究，分析相關(guān)故障的排除措施具有極大現(xiàn)實(shí)意義。
1、換刀系統(tǒng)概述
該系統(tǒng)的主要功能就是進(jìn)行刀具交換和存儲，其中交換功能的實(shí)現(xiàn)主要依賴專門的換刀機(jī)構(gòu)，具體流程為：數(shù)控系統(tǒng)先發(fā)出換刀指令，該機(jī)構(gòu)直接抓回主軸中的已用刀具，并將其放回刀庫，這時該機(jī)構(gòu)再從刀庫中抓出目標(biāo)刀具，再裝夾在主軸上。整個過程中，刀庫刀具和主軸之間的相對位置要完全符合設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，在此影響下，自動換刀裝置的故障排除就成了整個加工中心換刀系統(tǒng)運(yùn)行過程中亟需解決的關(guān)鍵問題。
當(dāng)前應(yīng)用最多的換刀方式就是機(jī)械換刀，即應(yīng)用機(jī)械手對人換刀的具體動作進(jìn)行模擬，整體較為靈活，可操作性也更強(qiáng)。但受到刀庫和主軸距離的影響，如果只使用該模式，則難以保證基本的換刀效率，對此則需通過 PLC 程序指令對刀庫動作進(jìn)行控制，從而實(shí)現(xiàn)自動化交換。
2、故障排除措施
與其他設(shè)備相比較，該系統(tǒng)故障的出現(xiàn)和設(shè)備應(yīng)用時間存在很大關(guān)系，主要包含早期故障、損耗故障和偶發(fā)性故障。其中早期故障是指系統(tǒng)在剛投入使用后發(fā)生的，最開始發(fā)生頻率較高，但后續(xù)會在使用時間的逐漸增加下慢慢下降。偶發(fā)性故障則是系統(tǒng)通過初期使用后，其元件通過老化、調(diào)整和磨合進(jìn)入穩(wěn)定應(yīng)用狀態(tài)，偶爾會產(chǎn)生一些故障，基本上是由外界因素引起的。損耗故障則是在長期應(yīng)用下，未進(jìn)行有效保養(yǎng)和維護(hù)而產(chǎn)生的老化故障，會在時間增加下不斷提升。
2.1 卡刀故障排除的基本思路
該系統(tǒng)中的主要部分為刀庫，在工件加工過程中，刀具不同其位置往往會受功能和容量的影響，導(dǎo)致刀庫呈現(xiàn)出鼓式和盤式兩種基本形式。加工工件時，如果要交換刀具，加工中心則直接根據(jù)系統(tǒng)參數(shù)將其準(zhǔn)備到機(jī)械手位置以便隨時行更換。其中最常見的故障就是卡刀，一旦發(fā)生就會引起機(jī)床報警，但如果沒有報警且也不移動，排除故障時則應(yīng)從這幾方面著手：在油壓作用下使機(jī)械手處在松開狀態(tài)，確保換刀裝置能自由移動，如果該裝置無法移動，則需先檢查其數(shù)控加工中心換刀系統(tǒng)故障排除分析
液壓回路。在手動輸入程序控制模式下輸入換刀指令使其執(zhí)行具體的換刀動作，如果換刀裝置依然卡滯，則需檢查電機(jī)具體情況，如果裝置難以達(dá)到既定的動作要求則表示電機(jī)出現(xiàn)故障。這時可以通過手動的形式撥轉(zhuǎn)電機(jī)軸，查看相關(guān)部件是否流暢。一般情況下，該類部件都存在較為明顯的齒輪減速狀況，只要其發(fā)生故障，則可以直接看到故障點(diǎn)。如果有伺服故障同時換刀裝置也不移動，這時候必須以伺服單元LED 的指示狀況對故障情況進(jìn)行判斷，如果 LED 燈點(diǎn)亮，則需檢查保險絲等，如果沒有點(diǎn)亮，則需對電機(jī)伺服驅(qū)動模塊等進(jìn)行檢查，然后再對電器元件進(jìn)行判斷，查看是否存在故障。
2.2 報警超時故障排除思路
該系統(tǒng)中的常見故障主要包含超時報警。對于超時報警，如果其呈現(xiàn)出的信息是動作未在規(guī)定時間完成，則需要及時檢查信號開關(guān)，如果并無異常，則需繼續(xù)檢查機(jī)械手；通過手動操作后如果發(fā)現(xiàn)機(jī)械手可以正常給出反應(yīng)，則表示其轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)正常，這時還需對其實(shí)施進(jìn)一步排查；如檢查刀套，這是因?yàn)橐箼C(jī)械手能實(shí)現(xiàn)基本的抓刀動作，必須確保刀套位置的準(zhǔn)確性，所以維護(hù)時必須認(rèn)真檢查刀套的具體動作，一旦發(fā)現(xiàn)異常則需及時處理。如果刀套也無異常，則需將重點(diǎn)放在液壓油缸上，這是由于它是直接控制刀庫移動的重要機(jī)構(gòu)，實(shí)際排除時對其進(jìn)行分解，如果發(fā)現(xiàn)活塞桿難以達(dá)到既定速度，整個換刀過程速度緩慢，則可能是由于缸壁和活塞之間配合間隙較大，引起漏油，從而引發(fā)報警超時。解除故障時，則直接更換整套部件。
2.3 機(jī)械手傳動機(jī)構(gòu)故障排除
該系統(tǒng)中的常見故障還有機(jī)械手傳動問題，即在執(zhí)行自動換刀指令時，不能及時做出反應(yīng)，致使換刀操作被終止，報警信息呈現(xiàn)出機(jī)械手未回零點(diǎn)。針對該問題，一般采取手動復(fù)位即可解決，但如果換刀警報信息又呈現(xiàn)出循環(huán)超時，則其原因還可能在于機(jī)械手沒有回零點(diǎn)。而引起該現(xiàn)象的主要原因則在于刀庫機(jī)械傳動部位發(fā)生問題，針對這一問題，則需明確機(jī)械手的基本工作原理，即由電機(jī)驅(qū)動，中間機(jī)構(gòu)主要是皮帶或多級齒輪傳動，系統(tǒng)在接到換刀指令后，其裝置電機(jī)再給機(jī)械手提供動力，最后實(shí)現(xiàn)換刀。在排除故障時，先將刀庫門打開，把防護(hù)蓋板拆卸下來，再對其傳動機(jī)構(gòu)進(jìn)行排查。如果是其中存在的問題，一方面，可能是因?yàn)樾↓X輪脫落；另一方面，可能是電機(jī)軸斷裂，導(dǎo)致動力傳遞受阻，從而發(fā)出警報，對此可以重點(diǎn)進(jìn)行電機(jī)更換，完成后一旦其齒輪嚙合存在不順暢問題，則可能會導(dǎo)致電機(jī)阻力增加，并且會在換刀頻次逐漸增加下導(dǎo)致機(jī)軸斷裂，所以還需及時對齒輪間隙進(jìn)行調(diào)整，從而徹底解決傳動機(jī)構(gòu)故障。
2.4 故障分析的基本流程
一是先將故障恢復(fù)按鍵按下，如果報警未解決，則需按下復(fù)位鍵，使警報消除。二是對主軸、刀套等進(jìn)行分析，查看是否存在刀具，如果存在則需判斷刀臂給刀具帶來的阻礙，如果存在則表示卡刀時間是處在交換中，這時只需要移除刀具即可；如果刀具不存在，只要把機(jī)械手手動返回到換刀等待位上，或者通過指令使其自動返回等待位。三是在手動輸入程序控制模式下實(shí)現(xiàn)自動換刀操作，使其回等待位，并把刀具重新送回刀庫。或者還可以將松刀按鈕按下，移除刀具，再以手動形式進(jìn)行位置恢復(fù)。
3、優(yōu)化措施
加工中心主要包含數(shù)控系統(tǒng)、換刀裝置和機(jī)械設(shè)施，能實(shí)現(xiàn)對工件的高效化加工。一般機(jī)床類型和參數(shù)不同，對應(yīng)的加工中心也不同，設(shè)計者則需要以用戶提出的需求對機(jī)床部件和功能進(jìn)行調(diào)整，即便是類別相同，也可能存在一些細(xì)微差別。比如，可以把展現(xiàn)出的形態(tài)作為基本依據(jù)，使加工中心被分為個多類型，如立式和臥式。加工中心的所有元素中，除了換刀系統(tǒng)，還有專門的基礎(chǔ)部件、主軸系統(tǒng)、數(shù)控系統(tǒng)等。其中主軸系統(tǒng)包含電機(jī)與傳動機(jī)構(gòu)，重點(diǎn)決定零件質(zhì)量與加工效率；基礎(chǔ)部件包含床身和立柱，主要承載工作負(fù)荷，對剛度具有一定要求。數(shù)控系統(tǒng)包含 PLC、伺服系統(tǒng)、電機(jī)等，這是整個機(jī)床的控制中心，實(shí)現(xiàn)對軸位精度和零件加工軌跡的有效控制。此外，其他的一些輔助性系統(tǒng)則主要是進(jìn)行冷卻、潤滑等，主要是保障加工質(zhì)量，使整個加工中心始終處在穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)中。但如果中心運(yùn)行時間過長，則會在一定程度上加劇各部件的磨損程度，繼而導(dǎo)致精度降低，使得刀具裝卸位置產(chǎn)生偏差，從而引起一些問題。如刀具會在使用時間增加下產(chǎn)生較大磨損，導(dǎo)致加工精度受到影響，因此必須定期對其進(jìn)行更換；主軸錐孔出現(xiàn)磨損也會導(dǎo)致加工精度下降，但因?yàn)槠渲鬏S精度修復(fù)難度較高，對于維修技能的要求也比較高，所以基本上都采取定期更換的方式；刀具類型、數(shù)量和其傳送效果之間是正相關(guān)，一旦類型或數(shù)量產(chǎn)生偏差就可能回到導(dǎo)致傳送位置產(chǎn)生偏差，所以必須加大對這一方面的重視度，及時檢查其數(shù)量和類型，使其能滿足設(shè)計規(guī)范和使用要求。
4、 結(jié)語
數(shù)控加工中心一旦出現(xiàn)換刀系統(tǒng)故障，則可能是由機(jī)械、液壓、電氣等方面引起的自動換刀裝置故障。對此，維修人員還必須全方位熟悉和掌握整個換刀系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行過程以及整體控制原理，確保在故障出現(xiàn)后能夠及時調(diào)動專業(yè)思維依照警報內(nèi)容分析故障現(xiàn)象，通過基本的排除思路確定出故障點(diǎn)，最大程度上保證該系統(tǒng)的正常操作。
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