对自动换刀过程中常见故障的分析
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摘 要：阐述加工中心机械手故障，分析其故障部位和原因，并排除相应故障。
关键词：加工中心 机械手 PLC 故障
中图分类号：TG659 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2013）03（a）-00-01
自动换刀装置（ATC）作为加工中心最重要结构部件之一，其换刀方式分为有机械手换刀和无机械手换刀两种，而机械手换刀方式是大多数加工中心采用的，在这种换刀方式下，机械手成为换刀过程中极其重要的机械装置，它的作用是将上一个工序中用过的刀具送回刀库，并从刀库上取出新的刀具安装到主轴上，以便下一个工序的开展。由于换刀时动作环节较多，广泛使用液压元件、行程开关、感应开关、电磁阀等机、电、液、气元器件，只要其中有一个元器件出现故障，如动作不能到位或没有及时发出信号，机械手就无法完成换刀动作，造成加工中心不能正常工作。下面以配FANUC数控系统的加工中心为例，对该加工中心机械手无法拔刀和取刀的现象进行分析和诊断。
1 机械手不拔刀故障
1.1 故障现象
1.2 故障检查与诊断
加工中心在换刀时，要执行“主轴定位、抓刀、松刀、拔刀、回转、移动、装刀、复位”等动作，机械手在换刀时，当机械手手爪抓紧刀具后，接近开关发出“拔刀结束”信号，主轴自由，就可以进行换刀动作，但此加工中心换刀时“拔刀”未动作，是因为“松刀”动作未完成，或者执行“拔刀”动作时，本身条件没有建立无法进行“拔刀”。分析产生故障的原因可能有：⑴“松刀”感应开关失灵。机床在换刀时，每个动作的完成是由相应的感应开关发出动作完成信号，只要上一个动作结束并发出相应完成信号，才能进行下一个动作。在感应开关“刀库松刀”和“主轴松刀”中，只要有一个感应开关没有发出完成信号，则机械手“拔刀”电磁阀就不会动作。此时可检查这两个感应开关是否失灵，看其信号是否正常。⑵“松刀”电磁阀失灵。“松刀”电磁阀失灵。刀具与主轴的“松刀”，是由电磁阀接通液压缸来完成的，这时如果液压缸无液压油进入，“松刀”电磁阀就不会动作，“松刀”动作就无法完成。检查刀库和主轴的“松刀”电磁阀，看其动作是否正常。⑶“松刀”液压缸无动作。估计其原因是刀库松刀液压缸系统压力不够或漏油，或液压缸行程不到位，可检查刀具库松刀液压缸；如果松刀液压缸的动作正常，行程到位，就检查主轴松刀液压缸，方法是打开主轴箱后盖，检查液压缸是否到达松刀位置，或者液压缸有无漏油现象，油压是否达到正常值。⑷机械手本身有问题，建立不起“拔刀”条件。分析其原因可能是“拔刀”液压缸有问题，或者“拔刀” 电磁阀失灵，分别检查进行排查。⑸主轴系统有问题。主轴内部机械结构出现故障，而无法“松刀”。主轴结构示意图如图1所示。这里分析主轴系统内部机械结构出现故障，可能出现的原因有以下四点：刀具尾部拉钉2有磨损，长度不够，液压缸虽已运动到位，而拉钉2还不能将刀具顶“松”；顶杆10折断了，这时刀具无法松开；拉杆6尾部空心螺钉8位置有所变化，使液压缸行程满足不了“松刀”的要求；主轴装配调整时，主轴锥孔间隙调得太小，致使在使用过程中因一些综合因素而导致“送刀”无法满足。针对以上四点原因分别给予解决就可排除主轴系统的问题。
2.1 故障现象
该机床换刀时，在主轴定向后，ATC（自动换刀）无定向显示，机械手没有抓刀动作，且没有显示报警信息。
2.2 故障检查和诊断
故障发生后，经检查发现除机械手不能动作外，机床其他部分都能正常工作。可先采用手工方式换刀，检查机床能否正常工作。如果手动方式能正常工作，则认为是“主轴定向”信号未送到PLC，导致PLC 没有换刀信号的输出。方法是检查机床电气连接图，检查“主轴定向”是否完成，结果在CN1插座22、23号上检测到“主轴定向完成“信号。此时可再检查PLC 梯形图，要使“ATC（自动换刀）指示灯亮”必须满足“ ATCP（换刀条件满足）和AINI（换刀条件满足）同时亮”。而ATCP（换刀条件满足）又由OREND（主轴定向完成）、INPI（刀库伺服定位正常）、ZPZ（Z轴零点）这3个行程开关来保障；AINI（机械手原位）由A75RLS（机械手回转75?行程开关）、INPI（Z轴零点）、180RLS（机械手180 回行程开关）、AUPLS（机械手向上行程开关）这4个行程开关来保障，可以依次检查这几个行程开关，结果发现机械手回转75?行程开关―A75RLS 未压到位，即可调整A75RLS行程开关挡块，使A75RLS行程开关压到位。调整后发现 ATC 指示灯已经正常，，机械手换刀动作也能顺利完成，说明机械手不抓刀故障
排除。
3 结语
根据多年来实习和教学中经验得出，只有熟悉机床结构和电气控制原理，才能快速、准确查找到数控机床故障原因；也只有熟练掌握机床维修和诊断的相关知识，才能根据现场故障和相关的诊断信号进行分析、判断故障源，并快速排除故障。
参考文献
[1] 孙汉卿.数控机床维修技术[M].北京：机械工业出版社，2000.
[2] 余仲裕.数控机床维修[M].北京：机械工业出版社，2001.