加工中心掉刀故障分析与处理

李明

目前，加工中心的自动换刀装置(ATC)有两种常用类型的换刀方式，一是刀具从刀库中直接由主轴交换，二是依靠机械手完成主轴与刀库上刀具的交换。第一种换刀方式适用于小型加工中心，刀库较小，刀具较少，换刀动作简单，出现掉刀等故障时容易发现并能及时排除。第二种换刀方式，从结构上和动作上看均属于比较复杂的一种。本文以VMC2000型加工中心为例分析掉刀故障现象并加以处理。
( r# S$ d7 ^2 X* T加工中心换刀动作分析
从PLC图上看此机床换刀程序达900多步，很难读懂其工作原理。在此，略运去ATC数据交换、传递、存储及刀号存储等内容，把换刀动作简述如下：CNC换刀指令(M06)→刀套下降→下降到位→机械手转动→转动减速→转动到位→主轴刀松开→松开到位→机械手转动→转动减速→转动到位→主轴刀夹紧→夹紧到位→机械手逆转→机械原位，换刀完成。其中，机械手的快、慢速由变频器实现，电动机转动时带动机械凸轮传动实现机械手的上升、下降。
掉刀故障
/ @2 [1 h# e6 x' i/ O掉刀故障现象出现在新机床试运行一个月以后，一开始，偶尔出现一次，以为是偶然因素引起的，没有引起足够的重视，慢慢地逐渐变多，经常在换第一把刀时掉刀，因是测量仪，故很容易摔坏，同时伴随着主轴上的刀装不到位的情况。仔细观察，掉刀故障有两种情况出现，一种是由本工步加工完成后掉刀，一种是本工步根本没加工，刀具落在工作台上。由于加工过程中，换刀动作均执行，动作顺序正常，故出现掉刀、装刀(装到主轴上)不到位时均无任何报警现象，只有操作者在工件检查或听到掉刀异常声音时，才会发现故障。
0 q1 ], F0 E( e, i* S, y& D' P# v1 @故障分析与处理
检查机械手执行ATC换刀故障排除步骤，把机械手停止在垂直极限位置。检查机械手手臂上的两个卡爪及支持卡爪的弹簧等附件。均没有发现问题，说明机械手夹持刀具紧固，在机械手转动情况下不会出现掉刀现象。
& G9 v% g% m3 v. N4 _. b' _/ y检查刀具夹持情况根据刀具有主轴上装不位的现象分析，可能是主轴内孔中碟簧不能对刀具夹持紧固，从而出现刀装不到位，甚至装不上而掉刀现象。重新调整了打刀气缸的行程。试车时没有出现任何问题。运行几天后又出现掉刀现象。
检查换刀程序针对本故障仅出现在换刀动作过程中，与其他动作无关，编辑一个自动换刀反复执行程序，并运行此程序，以期找到掉刀的真正原因。
: t2 j, w. H4 m3 h4 _编辑自动换刀程序
1 z  R; q/ x6 K+ u在程序运行中，发现如下情况：主轴刀具夹紧没有到位，甚至还没有夹紧动作的情况下，机械手转动，于是掉刀。依前文换刀动作顺序分析主轴刀具夹紧到位行程开关误动作引起掉刀故障。打开PLC梯形图，监控该行程开关，反复按压该行程开关，开关正常，这说明掉刀故障仍未彻底排除。
; i5 G$ S2 d" U厂家售后服务人员在检查主轴内的抓刀杆（因主轴内冷漏水，主轴拆卸过），都没发现问题，偶尔掉刀现象还是存在，在咨询本部后，今后认为可能是机床离高频淬火机太近，存在电磁干扰，对本机重新安装了接地保护。在调试后没有出现掉刀现象。
# n  }8 Z2 f: I: k! m7 N机床运行很长时间后，突然又出现掉刀现象，机床也已经过保护期，仔细观察后，发现现在和以前有一点不同，就是有时掉刀时会出现两次换刀，在装刀后，机械手本应反转退回的，但有时却不抓刀，机械手继续正转，造成机械强制把刀从主轴或刀杯中撞出（不好形容）然后报换刀时间过长警，然后突然出现刀臂位置不对报警，后操作工反映，这个报警近来出现的很频繁，（公司有些操作工从学校出来时间不长，英文也不是太好，没看懂报警内容，也没汇报，认为是润滑报警，加油后很常时间才会再出现一次，故操作工认为是润滑报警），分析认为是不应该出现二次机械手正转，而二次换刀应该是第一次换刀到位后，信号没到，造成机械手继续正转，仔细观察到位接近开关，到位时指示灯亮，梯形图也显示到们，开关间隙也正常。开机观察，发现有时机械手在原位，而接近开关指示灯突然闪一下，这时也报警，频次不是很高。因是台湾厂机床，后用国产接近开关（PNP型）更换了这一接近开关，继续开机观察关天，没有发现有报机械手位置不在原位警，而在试运行换刀程序，掉刀现象不再发生，机床已运行两个月，掉刀现象没有再发生。
后分析原因，可能是接近开关本身存在问题，但因是新机床，且开始时没报原位警，故没考虑到是它的问题，而这次掉刀后，后来也没更换和调整其它任何地方。这也说明，有时故障很简单，而维修时可能想的问题很多，反而复杂化。通过以上维修过程可能看出，加工中心出现故障时，需先易后难，先简后鳘，有步骤的一个故障一个故障的排除，切莫因发现一处故障，就认为问题彻底解决了。
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