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【數控機床】DMU70E加工中心雙刀（dāo）鏈刀庫的維修與調整

2020-12-21 來源：昌河飛（fēi）機工業（集團）有限責任公司作者：林超青（qīng）

刀庫是（shì）數控加工中心的重要組成（chéng）部件，由於數控機床自動換刀動作步驟多，涉及的（de）傳感器也多，過（guò）程複雜，因此容（róng）易發生故障，刀庫的故障發生率較高。本文以DMU70E加（jiā）工中心為例對DMG機床的雙刀鏈刀（dāo）庫維修與調整方法進行（háng）一些探討。

1.刀（dāo）庫（kù）故障

DMU70E加工中心的刀庫采用雙刀（dāo）架鏈式結構，有刀架1、刀架2兩個鏈式刀架，控製係統采用歐姆龍PLC+變頻器控製。

公司一台DMU70E加工中心在自動換刀過程中主軸與刀架2發生碰撞，導致刀（dāo）架傾斜，刀架的刀爪損壞，刀庫在後來重新換刀（dāo）時，電（diàn）機1、2均出現過載報（bào）警，兩個刀（dāo）架都（dōu）無法旋轉（見圖1）。

圖1 雙刀架鏈式刀庫

2.故障原因分析及處理

DMU70E加工中心（xīn）的刀庫是雙刀架鏈式結構，刀架1和刀架（jià）2在機械機（jī）構上（shàng）並排獨立，相互沒有幹涉和聯接，刀架（jià）1和刀架2的動作由歐姆龍PLC與（yǔ）NC進行通訊控製，刀架製（zhì）動由變頻電機控製（zhì）。

DMU70E加工中心在自動換刀時主軸與刀（dāo）架2碰撞後，刀架1和刀架2旋轉時均（jun1）出現（xiàn）電機（jī）過載報警（jǐng），刀鏈無法旋（xuán）轉。由於刀架1、刀架2相互獨（dú）立，刀架2發生撞擊在機械結構上不會（huì）影響刀架1，但刀架1、刀架2同時發生電機過載報警，因此（cǐ）故障是刀架1、2共用部分或因素導致。根據（jù）故障現象、刀庫結構及控製方（fāng）式，問題可能發生在數控係統、PLC與變頻驅動、機械結構上，或幾方（fāng）麵都有問題。

（1）機床數控係統故障導致DMU70E加工中心刀庫（kù）故障

DMU70E加工中心的刀庫驅動主要由歐（ōu）姆龍PLC+變頻器控製，歐（ōu）姆龍PLC與數控係統，以及（jí）驅動之間是通過數據總（zǒng）線進行數據傳輸和控製的，如果數控係（xì）統與PLC的通訊（xùn）發生故障或數控係統身發（fā）生故障，刀庫動作就會發生異常，發生碰撞或（huò）故障。

DMU70E加（jiā）工中心的數（shù）控係統是海德漢ITNC530係統，數控係統與歐姆龍PLC通過profibus總線進行通訊。如果數據總線出現故障或接觸不良，數據傳輸受到幹擾，就有可能在鏈路（lù）上傳輸的數（shù）據一個或多個幀出現數據丟失（shī）或出（chū）錯（cuò），導致刀庫動作混亂。因此對profibus總線進（jìn）行（háng）測試，結果（guǒ）發現，該總線正常（cháng），能夠正（zhèng）常通訊（xùn），刀庫故障不（bú）是由（yóu）profibus總線導致。

該機（jī）床如果不進行刀庫自動換刀而對主軸采（cǎi）用手動換刀，能正常運行（háng）和加工，無任（rèn）何報警（jǐng），因此數控係統原（yuán）因導致刀庫故障（zhàng）的可（kě）能性（xìng）不大，對該機床進行數（shù）控係統GOSHT備（bèi）份（fèn）數據恢複也發現，備（bèi）份數據恢複後開機測試，故障現象依然存在，沒有發生變化，所以刀庫故障由數控係統（tǒng）導致的可能性可以排除。

（2）歐姆龍PLC和變頻器出（chū）現故障的可能性（xìng）

DMU70E加工中心的刀庫采用歐姆龍PLC與變頻器驅動控製，如果歐姆龍PLC出現故障,就會導致刀架（jià）運動邏輯錯誤，定位不準，主軸與刀架發生碰撞；如果變頻器輸出（chū）功率下降電機本身特性下降，則電機（jī）旋（xuán）轉時也（yě）會出現過載或過（guò）流。

為測試主軸與刀架碰撞以及刀架無法旋轉是（shì）否由PLC邏輯錯誤引起，可以把刀架1和（hé）刀架2的驅動電機從刀架上脫開、分離，使電機處於空載狀態進行測試。電機脫開後，對刀庫（kù）進行運行測試（shì），測試結果發現，兩個刀庫電機能夠正常運（yùn）轉，沒有發生過載（zǎi）或過流報警，但是重（chóng）新把電（diàn）機安裝到刀架上後，又發生過載（zǎi）報警，兩個刀架都無（wú）法旋轉。因此刀（dāo）庫（kù）故障不是由PLC邏（luó）輯導致（zhì）。

電（diàn）機空載能夠運行，帶載（zǎi）後（hòu）出現過流過載，可（kě）能的原因有變頻（pín）器、電機故障或刀鏈機械磨損、卡死導致。如果變頻器本身存在故障，IGBT性能下降（jiàng），內阻增（zēng）大，那麽變頻器能夠進行逆變，輸出電流，但是由（yóu）於內（nèi）阻變大，輸（shū）出電流將變小（xiǎo），輸出扭矩變小，電機（jī）就無法進行（háng）正常帶載。

對變頻（pín）器（qì）、電（diàn）機進行測試發（fā）現（xiàn），變頻器、電（diàn）機阻值正常，沒有發現明顯的問題。為確認主軸（zhóu）與刀架碰撞以（yǐ）及刀（dāo）架（jià）無法旋轉是否由變頻器、電機的故（gù）障或性能下降導致，更換全新的變頻器和電（diàn）機進行測試。測試結果發（fā）現（xiàn），更換全新的變頻器和電機後，刀（dāo）庫運行過載的報警仍然沒有消除，因此主軸與刀架碰撞以及刀架無法旋轉由變頻器、電機的故（gù）障（zhàng）或性能下降導致的可能性可（kě）以排除。

（3）刀鏈機械故障導致刀庫運行出現過載報警

當脫開電機（jī）與（yǔ）氣源及鎖緊（jǐn）裝置後，刀架的刀鏈就處（chù）於自由狀態，手動旋轉刀鏈應該能（néng）使刀鏈運（yùn）動。但手動（dòng）旋轉刀鏈後，發現刀鏈卡死無法運行，因此可以認為主（zhǔ）軸與刀架碰撞以及刀架無法旋轉是由（yóu）刀鏈卡死，機械運動不靈活導致。

圖2 刀架（jià）油泥

圖3 軸承油泥

把刀架分解後發現，刀鏈托架、刀鏈、旋轉軸承、傳感器等全（quán）部被油泥膩死（見圖2、圖3），刀鏈無法正常（cháng）運行。由於刀鏈托架、刀鏈、旋轉（zhuǎn）軸承、傳（chuán）感器等被油泥膩死失效，所以刀庫刀鏈運轉不順暢，刀爪定位不（bú）準確，導致主軸與刀架碰撞，電機運動過載。造成刀鏈托架、刀鏈、旋轉軸承、傳感器等被油泥膩死的原因主要是該機床為高速加工設備，主軸最大轉速24000r/min，在這個轉速下，切（qiē）削液霧化，油霧通過縫（féng）隙發散，然後粘附（fù）在機床表麵上，如果清理保養（yǎng）不當，就會導致機械部件運轉（zhuǎn）不靈活，出現故障。

把刀鏈托架、刀鏈、旋轉軸承、刀爪等機械部件用清洗浸（jìn）泡，去（qù）除油膩汙垢，並（bìng）重新（xīn）組裝，機械部件組裝，更換失效的傳感器。機械部件及傳感器安裝完成後，手動旋轉刀鏈，結果表明，刀鏈運轉靈活正常。

3.DMU70E加工（gōng）中心雙刀鏈刀庫的調整

DMU70E加工中心雙刀鏈刀庫運轉由歐姆龍PLC及（jí）變頻驅動控製，刀爪位（wèi）置（zhì）的確定方式是每個刀架由一個零位傳（chuán）感器確定起始計數位置，確（què）定零位位置後，電機帶動刀架及刀爪旋轉，電機尾端（duān）有電機編碼器，根據電（diàn）機的轉數確定刀爪的具體位置。如果刀架、刀鏈、電機、零位傳感器有拆裝、分解及重（chóng）新組裝後，就需要對換刀位置進行精確調整和定位，如果位置不準確（què），就會發生碰撞等問題。

DMU70E加工中心（xīn）雙刀鏈刀庫（kù）換刀位置的調整分（fèn）為初定位調整和（hé）精確（què）定位調整兩步。初定位調整是對刀架（jià）刀鏈上的刀爪與主軸換刀位置初步定位，確定刀（dāo）爪中心與主軸中心的基本坐標位置（zhì）。初定位是通過調整零位傳感器和刀爪的中心位置來實現的。精確定位是確定換刀時主軸與刀爪中心的（de）精確坐標位置，這一步是在基本換刀位置確定後，通過移動X、Y、Z坐標，確定精確坐標（biāo）位（wèi）置後修改換刀坐標位置參數來實現。

（1） DMU70E加工中心雙刀鏈刀庫換刀位置初定位調整

DMU70E加工中（zhōng）心刀庫換刀位置初定位調整可以通過歐姆龍PLC或DMG公司的OMRON刀庫（OMRON tool magazines）專用調試軟件SERVICE TOOL來實（shí）現，也可以使用歐姆龍PLC來進行調整。使用（yòng）歐姆龍PLC時需要用電腦與機床上的歐龍PLC進行在線通訊，讀（dú）取PLC後修改參數，使刀（dāo）爪的中心位置與主（zhǔ）軸中心位置在換刀位置的（de）坐標基本一致。SERVICE TOOL是DMG公司開發的一個OMRON刀庫（OMRON tool magazines）專用調試軟件，界麵簡單友好，不需要下載機床PLC軟件（jiàn）。使用SERVICE TOOL進行刀庫調試時，要首先（xiān）把SERVICE TOOL軟（ruǎn）件安（ān）裝到電（diàn）腦上，然後（hòu）用RS232電纜與機床刀庫側的歐姆龍PLC的（de）RS232接口進行聯接。連接完成後，啟動servicetool.exe軟件（jiàn），進入調試界（jiè）麵後就可以進（jìn）行調試了。調試界（jiè）麵如圖4所示。

圖4 SERVICE TOOL調試

選擇相應的刀架後，選擇換刀，使（shǐ）相應的刀爪定位到換刀位置，然後檢查（chá）刀爪的中心位置（zhì）與主（zhǔ）軸（zhóu）中心位置的偏差。如（rú）果位置偏差較大就在圖4界（jiè）麵的offsetimplus kettle窗口框中輸入相應的補償脈衝，使電機正（zhèng）轉或反轉；然（rán）後反（fǎn）複測試，使刀爪（zhǎo）的中心位（wèi）置與主軸中心坐標位置基本（běn）一致，X、Y的坐標位置不（bú）能超過5mm。因為該刀（dāo）庫機械（xiè）結構限製，主軸在換刀位置時X、Y坐標的移動和調整餘（yú）量非常小，如果偏差超過（guò）一定值，主軸就會與刀（dāo）庫的防護罩發生碰撞。

（2）DMU70E加工中心雙刀鏈刀庫換刀（dāo）位置精（jīng）確定位調整

DMU70E加工中心（xīn）雙刀鏈刀庫換刀坐標位置初定位完（wán）成後，下一（yī）步就要進行換（huàn）刀位（wèi）置的精確定位。精確定位時，把主軸移動到（dào）換刀位置（zhì），在（zài）主軸上安（ān）裝一個千分表，千分表的表針（zhēn）壓到刀柄的外圈，然後手動旋轉主軸（zhóu），相應的千分表指（zhǐ）針就繞著刀柄外圈旋轉（見圖5），此時（shí）主軸與刀爪中心位（wèi）置的偏差（chà）就反應在千分表上。

圖（tú）5 千分表指針繞刀柄外圈旋轉

如果主軸與（yǔ）刀爪（zhǎo）中心位置（zhì）的偏差過大，就要相應移動X、Y的坐標，縮小主（zhǔ）軸與刀爪的（de）中心位置的（de）偏差，直到主軸與刀爪的中心位置偏差小（xiǎo）於（yú）0.003mm，同時相應調整主軸與刀柄的換刀高度（即Z值），並把相應的X、Y、Z坐標值輸入數控係統的換（huàn）刀參數中（見圖6），刀庫換刀位置精確定位調整（zhěng）就完（wán）成了。

圖6 數控係統換刀參數

通過刀庫換刀位置（zhì）初定位和精確定（dìng）位後，DMU70E加工中（zhōng）心雙刀鏈刀庫換刀位置定位調整就全部完成，機床刀庫就（jiù）可以進行自動換刀測試了。

4.結束語

數控機床自動換刀動作步驟、傳感器多，過程（chéng）複雜，因此容易發（fā）生故障，刀庫故障率較高，必須了解機床刀庫的機械（xiè）結構及控製方式，才能進（jìn）行刀庫的維（wéi）修與調整（zhěng），最終找到（dào）故障原因，排除故（gù）障。同時要做好日常的維護保養，降低周邊環境對刀（dāo）庫的不利影響，保持刀庫的幹淨清（qīng）潔，才能降低（dī）刀庫自動換（huàn）刀的故障率（lǜ），取得（dé）比較好的使用效（xiào）果（guǒ）。

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