加工中心刀库分类、特点及典型故障分析

加工中心刀库分类、特点及典型故障分析中航工业西航设备部赵臣一、刀库的分类及特点二、刀库典型故障分析一、刀库的分类及特点1、按机械结构划分：链式刀库盘式刀库按机械结构划分1.1、盘式刀库•盘式刀库其特点是：结构紧凑，但因刀具单环排列，定向使用率较低，大容量刀库的外径较大，转动惯量大，因此这种刀库容量较小，一般不超过32把刀。其应用一般是在小型加工中心上。•在刀库刀具容量小的情况下，其选刀运动时间短，效率高，换刀可靠性较高。•1.2、链式刀库特点：链式刀库容量较大，当采用多环链式刀库时，刀库的外形较紧凑，占用空间小，适合做大容量刀库。基于这些优点，链式刀库在加工中心应用的非常广泛。2、按换刀方式划分：机械手换刀方式主轴直接取刀方式按换刀方式划分2.1、主轴直接取刀换刀方式ABZ2电机主轴气缸刀库刀盘直线导轨（a）（b）（c）（d）（e）（f）(a)(b)(c)(d)(e)(f)电机换刀示意图直线导轨2.1、主轴直接取刀换刀方式主轴直接换刀取刀方式一般应用在盘式刀库上，无机械手的盘式刀库俗称斗笠式刀库，其结构简单，成本较低，而且容易控制。因而在小型加工中心得到广泛的应用。这种刀库的特点是刀库具有前后两个位置，刀库前位时刀库最外的刀具正好与主轴套在同一条轴线上。通过气动或者液压装置使刀库在两个位置上前后移动，通过两个行程开关确认刀库的前后位置。这种刀库另外一个特点是采用固定刀位管理，即每个刀套只用于安装一把固定刀具。固定刀位换刀过程需要两次完成，首先把主轴的刀具放回刀具的原来位置，然后再从刀库中取出要选择的刀具，这样换刀效率低，一般用于刀库容量比较少的刀库选刀控制。其主要缺点是：容量小，在换刀抓松刀过程中主轴会对刀库刀盘有一定挤压力，容易造成刀库旋转体变形、断裂等现象。2.2、机械手换刀方式带机械手的刀库，换刀速度快，在零件程序运行的同时，刀库可以将下一把刀具提前转到换刀位置。换刀指令生效后，机械手将主轴刀套内的刀具与刀库换刀位置刀套内的目标刀具直接交换。在整个换刀过程中对刀库冲击小，带机械手的刀库增加了机械手的控制，因而相关的PLC应用程序也相对复杂，机械手的控制方法因厂家不同，通常采用以下几种控制方式：液压控制、异步电机控制、凸轮控制机械手机械手换刀由于其在换刀过程中动作较多，使其换刀故障率较高，排故过程较复杂。2.2、机械手换刀方式程序给出指令开始换刀换刀动作步骤：1.主轴定向并移动到换刀点位置,同时刀库旋转到需要更换的刀具位置。2.机械手1移向刀库侧进行1号卡爪抓刀动作。3.机械手1在气缸/液压缸驱动下伸出，进行在刀库刀套内拔刀动作。4.换刀机械手大臂翻转。由平行于刀套方向翻转为平行于主轴。5.机械手2向主轴侧移动，执行2号卡爪抓刀动作。6.机械手2在气缸/液压缸驱动下执行主轴侧卸刀（拔刀）动作。7.机械手大臂旋转180度，完成机械手1/2位置替换动作。8.机械手1缩回，执行在主轴上装刀动作。9.机械手1移出，1号卡爪离开主轴上刀具。10.换刀机械手大臂翻转。由平行于主轴方向翻转为平行于刀套方向。翻转过后2号卡爪刀具正对刀库空刀套。11.机械手2缩回，执行刀库内装刀动作。12.机械手2移动，2号卡爪离开刀套。换刀完成按照刀具管理方式划分随机刀位管理刀库固定刀位管理刀库3.1、固定刀位管理方式固定刀位管理是在加工前，将加工所需要的刀具依照工艺次序插入刀库刀套中，顺序不能有差，每一个刀具只对应一个刀套。加工时按照固定刀的位置进行调刀，还刀。如：1号刀具对应安装在1号刀套内，20号刀具对应安装在20号到套内。在换刀过程中，如果主轴是1号刀需要更换20号刀具时，首先需要刀库转动到1号刀套位置进行1号刀具的还刀动作，还刀后刀库转动到20号刀具再进行取刀动作。不管一个刀具被调用多少次，其刀具、刀套对应位置都不会改变。按固定刀位管理的刀库一般使用在容量较少的刀库上，其特点是刀具管理简单，换刀设计控制容易。3.2、随机刀位管理方式随机刀位管理刀库中刀具排列的顺序与工件的加工顺序无关。换刀过程中主轴上刀具就近放入刀库内空刀套上，通过计算确定刀库中刀具与实际刀套对应位置，在换取刀具时刀库直接转动到相应刀套位置进行换刀动作。其特点是：换刀速度快，同一把刀每次换刀对应的刀套位置不确定，刀库管理复杂。二、刀库典型故障分析一、常见自动换刀装置实例实际中加工中心刀库及换刀机械手结构较复杂，且在工作中又频繁运动，所以故障率较高，目前机床上有50％以上的故障都与之有关，如刀库运动故障，定位误差过大，机械手夹持刀柄不稳定，机械手动作误差过大等，这些故障最后都造成换刀动作卡位，整机停止工作。因此刀库及换刀机械手的维护十分重要。刀库及换刀机械手的维护要点⑴严禁把超重、超长的刀具装入刀库，防止在机械手换刀时掉刀或刀具与工件、夹具等发生碰撞。⑵顺序选刀方式必须注意刀具放置在刀库中的顺序要正确，其他选刀方式也要注意所换刀具是否与所需刀具一致，防止换错刀具导致事故发生。⑶用手动方式往刀库上装刀时，要确保装到位，装牢靠，并检查刀座上的锁紧装置是否可靠。⑷经常检查刀库的回零位置是否正确，检查机床主轴回换刀点位置是否到位，发现问题要及时调整，否则不能完成换刀动作。⑸要注意保持刀具刀柄和刀套的清洁。⑹开机时，应先使刀库和机械手空运行，检查各部分工作是否正常，特别是行程开关和电磁阀能否正常动作。检查机械手液压系统的压力是否正常，刀具在机械手上锁紧是否可靠，发现不正常时应及时处理。刀库故障1.刀库不能转动的原因可能有：①联接电机轴与蜗杆轴的联轴器松动；②变频器故障，应检查变频器的输入、输出电压是否正常；③PLC无控制输出，可能是接口板中的继电器失效；④机械连接过紧；⑤电网电压过低。2.刀库转不到位的原因可能有：电动机转动故障，传动机构误差。3.刀套不能夹紧刀具原因可能是A.刀套上的调整螺钉松动。B.拉刀机构弹簧太松，造成卡紧力不足。C.松刀机构回退故障。D.刀具超重。4.刀套上下不到位原因可能是A.装置调整不当或加工误差过大而造成拨叉位置不正确。B.限位开关安装不正确或调整不当而造成反馈信号错误。5.刀具夹紧后松不开A.松锁的弹簧压合过紧或碟簧断裂，导致刀杆伸缩量不够。B.松刀压力不够。C.松刀缸故障等。6.刀具交换时掉刀A.换刀时主轴箱没有回到换刀点或换刀点漂移，机械手抓刀时没有到位，就开始拔刀，都会导致换刀时掉刀。这时应重新移动主轴箱，使其回到换刀点位置，重新设定换刀点。B.机械手或刀库内卡到爪夹紧力不够。二、刀具表的建立与调整如果是在SIEMENS操作系统的设备上出现刀库乱刀情况，以SIEMENS-840D操作系统为例：可根据以下示例，进行刀库调整。移动刀具MDI:$TC_MPP6[9998,1]=0刀具管理本地缓存重置开始刀具列表本地号刀具名称刀沿号刀具类型新建刀具装载寻找本地空刀位开始新建刀具刀具列表故障1、刀库乱刀故障：HMC1000换刀时出现显示刀位号和实际不一致刀库形式：带机械手链式刀库、刀具管理方式为随机刀位管理。故障形式：刀具对应刀库位置错乱故障。操作系统：FANUC系统这个故障实际上就是刀具识别错误，在PLC内部设置的刀号数据表始终与刀库的实际位置相对应，对刀具的识别实质上转变为对刀库位置的识别，当刀库旋转时，每个刀座通过换刀位置（基准位置）产生一个脉冲信号送至PLC作为计数脉冲，同时在PLC内部设置一个刀库位置计数器，当刀库正转时，每发一个脉冲使计数器加一计数，当反转时，每发一个脉冲则计数器减一计数，计数器的计数始终在刀库容量值之间循环，而通过换刀位置时的计数值（当前值）总是指示刀库的现在位置。当出现故障时，可根据PLC程序来确定计数器的计数值是放在哪个寄存器里，然后通过显示介面调出C参数把计数器值改为和实际位置一致便可排除故障。故障2、换刀动作中断故障：米克朗加工中心的换刀故障故障现象：换刀中止，无法继续进行换刀。刀库形式：带机械手链式刀库、刀具管理方式为随机刀位管理。故障形式：由于各种原因造成的换刀动作中断。分析处理：此设备的刀库动作是气压动力，所以换刀中止的绝大因素是因为气压阻塞，并无法手动还原原始位置，即使还原了初始位置，有可能系统记忆了错误的换刀位置从而再次停止报警，所以就要进行刀库初始化。依照刀库操作手册将刀库门打开，将magazinepanel下面的板子拆除后发现一个传感器盒，按住上面的Teach按钮后待其上面红灯闪烁，后将机械手臂手动开出待红灯闪烁50下之后，再将机械手臂手动返回，此时等机械臂走完全程（机械臂慢速推出、退回，停到中间位置），上述过程手动时Teach键不能松开，而且手动操作刀库时需要输入密码：250258，至此刀库机械臂的初始化完成。故障3、换刀动作中断在换刀中断故障排除过程中，我们首先需要将刀库机械手的各个位置还原到正常位置。之后还要对刀表内主轴以及机械手上刀具进行核对设置。避免再次换刀中出现撞刀、乱刀现象。一般加工中心上都有手动进行换刀动作的操作，在排故过程中，主要是依靠手动操作刀库来进行还原刀库机械手正常位置。以SAJO12000加工中心换刀中断恢复正常位置为例：2、换刀动作中断SAJO12000加工中心换刀手动操作：注意！！！！在手动进行刀库恢复时，一定要注意刀库各动作的顺序，防止出现手动操作时撞击、飞刀等现象。。。2、换刀动作中断注意！！！！在手动进行刀库恢复时，一定要注意刀库各动作的顺序，防止出现手动操作时撞击、飞刀等现象。。。故障4、加工中心自动换刀过程中常见故障的诊断与维修1.故障现象：某加工中心采用凸轮机械手换刀，换刀过程中，动作中断，发出2035#报警，显示内容：机械手伸出故障。2.分析过程：根据报警内容，机床是因为无法执行下一步“从主轴和刀库中拔出刀具”，而使换刀过程中断并报警。机械手未能伸出完成从主轴和刀库中拔刀动作。3.产生故障的原因及处理：(1)“松刀”感应开关失灵，在换刀过程中，各动作的完成信号均由感应开关发出，只有上一动作完成后才能进行下一动作。第3步为“主轴松刀”，如果感应开关未发信号，则机械手“拔刀”就不会动作。检查两感应开关，信号正常。(2)“松刀”电磁阀失灵，主轴的“松刀”，是由电磁阀接通液压缸来完成的。如电磁阀失灵，则液压缸未进油，刀具就“松”不了。检查主轴的“松刀”电磁阀动作均正常。(3)“松刀”液压缸因液压系统压力不够或漏油而不动作，或行程不到位，检查刀库松刀液压缸，动作正常，行程到位；打开主轴箱后罩，检查主轴松刀液压缸，发现也已到达松刀位置，油压也正常，液压缸无漏油现象。(4)机械手系统有问题，建立不起“拔刀”条件，其原因可能是：电机控制电路有问题。检查电动机控制电路系统正常。(5)主轴系统有问题，刀具是靠碟簧通过拉杆和弹簧卡头而将刀具柄尾端的拉钉拉紧的；松刀时，液压缸的活塞杆顶压顶杆，顶杆通过空心螺钉推动拉杆，一方面使弹簧卡头松开刀具的拉钉，另一方面又顶动拉钉，使刀具右移而在主轴锥孔中变“松”。主轴系统不松刀的原因有以下5点：①刀具尾部拉钉的长度不够，致使液压缸虽已运动到位，而仍未将刀具顶“松”；②拉杆尾部空心螺钉位置起了变化，使液压缸行程满足不了“松刀”的要求；③顶杆出了问题，已变形或磨损；④弹簧卡头出故障，不能张开：⑤主轴装配调整时，刀具移动量调得太小，致使在使用过程中一些综合因素导致不能满足“松刀”条件。4.处理方法：拆下“松刀”液压缸，检查发现：这一故障系制造装配时，空心螺钉的“伸出量”调整得太小，故“松刀”液压缸行程到位，而刀具在主轴锥孔中“压出”不够，刀具无法取出。调整空心螺钉的“伸出量”，保证在主轴“松刀”液压缸行程到位后，刀柄在主轴锥孔中的压出量为0.4~0.5mm。经以上调整后，故障排除。谢谢