目前,加工中心的自動換刀裝置(ATC)有兩種常用類型的換刀方式,一是刀具從刀庫中直接由主軸交換,二是依靠機械手完成主軸與刀庫上刀具的交換。第一種換刀方式適用于小型加工中心,刀庫較小,刀具較少,換刀動作簡單,出現掉刀等故障時容易發現并能及時排除。第二種換刀方式,從結構上和動作上看均屬于比較復雜的一種。本文以Vcenter-80型加工中心為例分析掉刀故障現象并加以處理。
1、加工中心換刀動作分析
       從PLC圖上看此機床換刀程序達900多步,很難讀懂其工作原理。在此,略運去ATC數據交換、傳遞、存儲及刀號存儲等內容,把換刀動作簡述如下:CNC換刀指令(M06)→刀套下降→下降到位→機械手轉動→轉動減速→轉動到位(X4.7)→主軸刀松開→松開到位→機械手轉動→轉動減速→轉動到位→主軸刀夾緊→夾緊到位(X2.5)→機械手逆轉→機械原位,換刀完成。其中,機械手的快、慢速由變頻器實現,電動機轉動時帶動機械凸輪傳動實現機械手的上升、下降。
2、掉刀故障
        掉刀故障現象出現時間較長,一開始,偶爾出現一次,一月一次,甚至兩三月一次,以為是偶然因素引起的,沒有引起足夠的重視,慢慢地一周出現一次,甚至兩次,同時伴隨著主軸上的刀裝不到位的情況。后來慢慢地演變為一個班次多次出現故障,嚴重地影響生產進度、造成廢品產生。仔細觀察,掉刀故障有兩種情況出現,一種是由本工步加工完成后掉刀,一種是本工步根本沒加工,刀具落在工作臺上。由于加工過程中,換刀動作均執行,動作順序正常,故出現掉刀、裝刀(裝到主軸上)不到位時均無任何報警現象,只有操作者在工件檢查或聽到掉刀異常聲音時,才會發生故障,因而在自動加工生產線上有時會因掉刀而出現批量廢品的現象。
3、故障分析與處理
     (1)檢查機械手執行ATC換刀故障排除步驟,把機械手停止在垂直極限位置。檢查機械手手臂上的兩個卡爪及支持卡爪的彈簧等附件。均沒有發現問題,說明機械手夾持刀具緊固,在機械手轉動情況下不會出現掉刀現象。
      (2)檢查刀具夾持情況根據刀具有主軸上裝不位的現象分析,可能是主軸內孔中碟簧不能對刀具夾持緊固,從而出現刀裝不到位,甚至裝不上而掉刀現象。拆開主軸內部,發現有幾處對碟簧已碎。于是更換了全部碟簧。試車時沒有出現任何問題。運行一個班次后又出現掉刀現象。
       (3)檢查換刀程序針對本故障僅出現在換刀動作過程中,與其他動作無關,編輯一個自動換刀反復執行程序,并運行此程序,以期找到掉刀的真正原因。編輯自動換刀程序如下:O0200→S500→M03→G04X3.0→M06→M99→%
          在程序運行中,發現如下情況:主軸刀具夾緊沒有到位,甚至還沒有夾緊動作的情況下,機械手轉動,于是掉刀。依前文換刀動作順序分析主軸刀具夾緊到位行程開關誤動作引起掉刀故障。打開PLC梯形圖,監控該行程開關(輸入為X2.5),反復按壓該行程開關,發現20多次壓合中有3次X2.5為“0”狀態的現象出現兩次,同時壓合后X2.5不能由“1”狀態轉到“0狀態”的現象出現兩次,根據以上判定該行程開關損壞。此開關為OMRONZC—Q2255,用國產CXW5—11Q1替換,試車正常。一周后,操作者仍反映有掉刀現象,當然出現的頻次小了,這說明掉刀故障仍未徹底排除。
       (4)故障處理反復運行兩個小時,自動換刀幾百次。終于發現一次故障:在機械手沒有到位的情況下,主軸上的刀具松開,機械手沒有抓住刀,從而出現掉刀現象,這說明機械手到位磁感應開關誤動作。更換開關E2E—CR8C1,故障現象仍然存在。查看PLC梯形圖,此開關輸入點為X4.7。梯形圖中X4.7為常開點,當此開關感應時狀態為“0”,不感應時狀態為“1”。其邏輯狀態與常見的感應開關邏輯狀態相反。當X4.7斷線時,也會引起X4.7為“1”狀態,于是排查X4.7的聯線,發現電磁感應開關后方的接線端子處X4.7松動,每當自動換刀時,機械手凸輪一系列動作引起的輕微震動,使X4.7線處于斷開狀態,這樣在機械手未到位時,松開刀具的感應開關雖仍感應,但因處于斷線狀態,X4.7伯為“1”狀態,于是在機械未到位時,刀具松開而出現掉刀故障。這種情況的掉刀故障,是刀具已作加工工步而后掉的刀,在上文提到的則是刀具未作任何加工工步就掉刀的故障。

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