加工中心自動換刀裝置的常見故障及維修

加工中心自動換刀裝置的常見故障及維修

1自動換刀裝置加工中心可分為車輛加工中心、研磨中心和鉆孔中心。在加工過程中，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，必須配備自動換刀裝置。常用的刀庫形式有圓盤式刀庫,鏈?zhǔn)降稁?格子盒式刀庫。按有無機(jī)械手又可分為不帶機(jī)械手的自動換刀裝置和帶機(jī)械手的自動換刀裝置。按刀庫的旋轉(zhuǎn)和機(jī)械手的動作驅(qū)動方式可分為有液壓、氣動控制系統(tǒng)和電氣與機(jī)械聯(lián)合控制的驅(qū)動系統(tǒng)。隨著加工中心數(shù)控機(jī)床的普及和應(yīng)用,自動換刀裝置控制過程中的故障率也比較高。由于自動換刀裝置結(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。所以加工中心自動換刀裝置的故障維修比較困難。簡要敘述換刀裝置的分類和特點(diǎn),以立式鏜銑中心普遍使用的圓盤式加工中心自動換刀裝置為例,分析自動換刀裝置的控制原理及常見故障的維修方法。2更換工具的分類和控制自動換刀裝置根據(jù)組成結(jié)構(gòu)可分為回轉(zhuǎn)式、有和無機(jī)械手帶刀庫的自動換刀裝置。2.1雙缸換刀操作回轉(zhuǎn)刀架式自動換刀裝置常用于數(shù)控車床,有4、6、8、12工位,有用電動機(jī)驅(qū)動的正傳和反轉(zhuǎn),也有用液壓系統(tǒng)通過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作完成。2.2加工中心五軸刀的換刀裝置設(shè)計無機(jī)械手換刀裝置一般把刀厙放在主軸箱可以移動到的位置,即整個刀庫或刀庫的某一刀位能移動到主軸箱可以到達(dá)的位置。刀庫中刀具的存放方向一般與主軸箱的裝刀方向一致。換刀時通過主軸和刀庫的相對運(yùn)動執(zhí)行換刀動作,利用主軸取走或放回刀具。圖1所示為有刀庫無機(jī)械手的自動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機(jī)械手換刀裝置的換刀過程圖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)入刀庫的交換位置空位。刀具被刀庫上的夾爪固定,主軸上的刀具自動夾緊裝置松開。圖2(c)表示刀庫前移,從主軸孔中把要更換的刀具拔出。圖2(d)表示刀庫轉(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,同時主軸孔清潔裝置清潔主軸上的刀具孔。圖2(e)表示刀庫后退,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,開始進(jìn)行下一步工作。無機(jī)械手換刀裝置的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單,成本低,換刀可靠性也較高。其缺點(diǎn)是由于結(jié)構(gòu)所限,刀庫的容量不大,且換刀時間較長(一般需要10-20s)。因此,多為中、小型加工中心所采用。2.3主要過程有機(jī)械手換刀裝置一般由機(jī)械手和刀庫組成。其刀庫的配置、位置及數(shù)量的選用要比無機(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,換刀時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。由于刀庫位置和機(jī)械手換刀動作的不同,所以自動換刀裝置的結(jié)構(gòu)形式也多種多樣。(1)BT50-24TOOL圓盤式刀庫結(jié)構(gòu)簡圖如圖3所示。自動刀具交換動作步驟如下:(1)程序執(zhí)行到選刀指令T碼時,系統(tǒng)通過方向判別后,控制刀庫電動機(jī)1正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn),刀庫中刀位計數(shù)開關(guān)2開始計數(shù)(計算出到達(dá)換刀點(diǎn)的步數(shù)),當(dāng)?shù)稁焐纤x的刀具轉(zhuǎn)到換刀位置后,旋轉(zhuǎn)刀庫電動機(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,氣缸推動選刀的刀杯向下翻轉(zhuǎn)90°(倒下),倒刀到位檢測信號開關(guān)8(磁環(huán)開關(guān))發(fā)出信號,完成倒刀控制,同時這個信號還是交換刀具的開始信號。(3)執(zhí)行到交換刀具指令,交換刀具指令一般為M06(實際是調(diào)換刀宏程序或換刀子程序),首先主軸自動返回?fù)Q刀點(diǎn)(一般是機(jī)床的第二參考點(diǎn)),且實現(xiàn)主軸準(zhǔn)停,然后換刀電動機(jī)10起動運(yùn)行,通過錐齒輪14、凸輪滾子15、十字軸17帶動機(jī)械手從原位逆時針旋轉(zhuǎn)60°,進(jìn)行機(jī)械手抓刀控制,當(dāng)機(jī)械手扣刀定位開關(guān)6發(fā)出到位信號后,換刀電動機(jī)10立即停止,主軸刀具夾緊裝置自動松開。(4)主軸刀具松開后,換刀電動機(jī)10起動運(yùn)行,通過圓柱凸輪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,換刀電動機(jī)10繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn),連續(xù)完成下一個換刀動作。(5)當(dāng)機(jī)械手完成拔刀控制后,通過錐齒輪14、凸輪滾子15、十字軸17帶動機(jī)械手逆時針旋轉(zhuǎn)180°,使主軸刀具與刀庫刀具交換位置。然后通過圓柱凸輪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的刀套中。機(jī)械手完成插刀后,換刀電動機(jī)停止開關(guān)5(接近開關(guān))發(fā)出信號使電動機(jī)立即停止。刀具插入主軸錐孔后,刀具的自動夾緊機(jī)構(gòu)夾緊刀具。(6)當(dāng)機(jī)械手扣刀到位檢測信號開關(guān)6(接近開關(guān))再次接通后,換刀電動機(jī)10起動運(yùn)行,通過錐齒輪14、凸輪滾子15、十字軸17帶動機(jī)械手順時針轉(zhuǎn)動60°,回到機(jī)械手的原點(diǎn)位置。機(jī)械手原位到位開關(guān)7接通后,換刀電動機(jī)10立即停止。(7)當(dāng)機(jī)械手回到原位后,機(jī)械手原位到位開關(guān)7(接近開關(guān))接通,回刀電磁閥線圈獲電,氣缸推動刀杯向上翻轉(zhuǎn)90°,為下一次選刀做準(zhǔn)備?；氐稓飧咨斐龆ㄎ婚_關(guān)9(磁環(huán)開關(guān))接通,完成整個換刀控制。3熟悉換刀動作和掌握pmc控制自動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作的過程和掌握PMC的控制對維修是很重要的。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]就會顯示PMC功能畫面,按軟件PMCLAD,梯形圖就會出現(xiàn)在顯示器上,如果顯示器為單色顯示器CRT,梯形圖顯示畫面中,信號接通為亮線顯示,信號斷開為暗線顯示,彩色顯示器LCD的接通和斷開也可由用戶設(shè)定不同的顏色對比來確定。在梯形圖的下面對應(yīng)有如下軟鍵功能如下:[TOP]返回梯形圖開始位置。[BOTTOM]返回梯形圖結(jié)束位置[SRCH]搜索梯形圖中信號觸點(diǎn)的操作軟鍵。[W—SRCH]搜索梯形圖中信號線圈的操作軟鍵。[N-SRCH]搜索梯形圖行號的操作軟鍵。[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,就顯示對應(yīng)的功能指令。要根據(jù)機(jī)床的程序和動作過程,熟悉PMC控制原理,查找對應(yīng)的傳感器和限位開關(guān)等電器元件的位置和動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]就會顯示PMC功能畫面,按軟件[PMCDGN]出現(xiàn)PMC診斷畫面,再按軟件[STATUS]顯示器將會顯示PMC中存儲器對應(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FANUC0i系統(tǒng)提供的F、G信號的意義,確定數(shù)控機(jī)床的故障在CNC側(cè)還是在機(jī)床側(cè)等。如通過觀察F7.3就可以知道是否執(zhí)行換刀指令,通過觀察X2.1的變化就可以確定刀庫計數(shù)開關(guān)的工作是否正常,X2.0刀庫定位開關(guān)是否到位,通過觀察Y8.1和Y8.2就可以確定電機(jī)轉(zhuǎn)動的方向,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,列寫關(guān)于換刀控制有關(guān)的I/O接口對照表,在熟知換刀過程的基礎(chǔ)上,利用PMC的狀態(tài)診斷換刀過程的故障。4自動換刀機(jī)構(gòu)圓盤式刀庫自動換刀裝置常見故障及維修詳見表1。立式加工中心換刀臂平移至C時,無拔刀動作。圖4為自動換刀控制示意圖。數(shù)控機(jī)床上刀具及托盤等裝置的自動交換動作都是按照一定的順序來完成的,因此觀察機(jī)械裝置的運(yùn)動過程,比較正常與故障時的情況,就可發(fā)現(xiàn)疑點(diǎn),診斷出故障的原因。ATC動作的起始狀態(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刀庫已將要交換的新刀具定位。自動換刀的順序為:換刀臂左移(B→A)→換刀臂下降(從刀庫拔刀)→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)刀庫轉(zhuǎn)動(找出舊刀具位置)+換刀臂左移(B→A,返回舊刀具給刀庫)→換刀臂右移(A→B)→刀庫轉(zhuǎn)動(找下一把刀具)。換