摘要:刀庫的調試是加工中心電氣調試中的一項重要內容，對於調試過程中遇（yù）到的具體的問（wèn）題，尤其是那些隨機性的問題，進行詳細地（dì）記（jì）錄，認真地觀察，透過紛繁的表麵現象，找出並總結（jié）規律。“找規律法”往往可以縮小排查範圍，將問題化難為易，使得（dé）問題迎（yíng）刃而解。

     鏈式刀庫如圖 1 所示，該刀庫采用三相異步電動機配合計（jì）數開關進行分度定位，並采用固定（dìng）式換刀模式（刀具和刀套是一一對應的，刀具號即刀（dāo）套號），刀（dāo）庫容量為（wéi） 24。ATC 的各個動作由一係列（liè）油缸（gāng）驅動完成 : 機（jī）械手向（xiàng）左 / 向右（yòu）平移油缸，單元向主軸 / 向刀庫油缸，手臂（bì）伸出（chū） / 縮回油缸，機（jī）械手正 / 反轉 180°油缸。

 

      在 “還刀動作” 中，刀庫的初始位置在 2 號（hào）刀套處，目標刀套號（即所要還的手（shǒu）上刀具號）為 20。刀庫就近（jìn）找刀套，需要從 2 號刀套處啟動逆時針轉動至 20 號刀套，見圖 2。可（kě）是實際動作是 : 刀庫逆時針轉到 20 號刀套後並（bìng）沒有停止，而是繼續轉動到 18 號刀套才停（tíng）止，如圖 2所示。即刀庫 “多轉（zhuǎn）了” 2 個刀套，導致 “還刀動（dòng）作” 異常中斷，20 號刀具（jù）無法正（zhèng）常（cháng）還到刀庫，如圖 3 所示。

 

 

      既然刀庫多轉且（qiě）多（duō）轉 2 個刀套，首先想到 :刀（dāo）庫轉動過程中，圖 4 中的計數開關的脈衝信號少了兩個，或者說 “丟了兩個脈衝”。然而由上麵 “問題規律” 中的（2）和（3）可知，“備刀動作” 中刀庫分度並未見異常，並且除了 20 以外的其它刀套號的分度（dù）也未見（jiàn）異（yì）常，由此判斷 “丟脈衝” 的猜想是（shì）站不住腳（jiǎo）的，相關的軟件和硬件線路便認為是無誤的，這也就大（dà）大縮小（xiǎo）了問（wèn）題排查（chá）的範圍（wéi）。這裏，不妨以 “逆時針轉動與多轉 2個刀套之間的（de）聯係” 為切入點進一步分析。

   

     （1）刀庫的轉動方向與計數器的計數（shù）方向刀庫的轉動方向與計數器（CTR）的計數方向是緊密相聯的，相互（hù）統一的。對於該刀庫——順時針轉動對應著刀套號的增加，因此，把順時針轉（zhuǎn）動時對應的計數方向處理為加計數 , 即令 UPDOWN=0。逆（nì）時針轉動對應著刀（dāo）套（tào）號的減小，因此，把逆時針轉動時對應的（de）計數方向處理為（wéi）減計數（shù），即令 UPDOWN=1。刀庫順（shùn）時針轉（zhuǎn）動時，MGCCWM=0; 刀庫逆時（shí）針轉動時MGCCWM=1。因此，恰（qià）好可以用MGCCWM 來表征 UPDOWN，如（rú）圖 5 和表 1。

   

 

 

      基（jī）於生（shēng）活常識，在這裏假設（shè），在減計數（shù）的過（guò）程中，出現了一次加計數。不妨假（jiǎ）設計數器從22 經過一次加計數變為 23，然後又恢複為正常（cháng）的減（jiǎn）計數，那麽當計數器（qì）再次恢複為 22 時，刀套已經逆時針多轉過了（le）兩個刀套 : 由 23 號刀套轉到 21 號刀套。

     （3）刀庫逆時針（zhēn）轉動過程中 MGCCWM=0的確認對問題（tí）情況進行模擬並在線診斷信號MGCCWM 的通斷變化（huà）規律。發現在換（huàn）刀動作中，當機械手單元向刀（dāo）庫側擺動時，的確存在MGCCWM 被 “瞬（shùn）間切斷（duàn）” 的現象，複現（xiàn）度極（jí）高，幾乎每次換刀動作循環中都有出現。進一步順藤摸瓜，通（tōng）過研究梯（tī）形圖發現 MGCCWM 的一個必要條件MROTEB會被瞬間切斷，PLC如圖6所示，其（qí）中 :

 

 

 

      在 Δt 期間，如果刀庫轉（zhuǎn）動的計數開關恰好被（bèi）觸發了一次，即產生了（le）一個計數脈衝信號CTRA1，這種情況下，圖 5 中的 ACT 信號便產生了一個上升沿，那麽計數器進行一次加計（jì）數。而當滑（huá）板右移到位後，MROTEB 又恢複為 1，MGCCWM 也恢複為 1，此時（shí），計數器 CTR1 便恢複為（wéi）正常的減（jiǎn）計（jì）數，但最（zuì）終由於一（yī）次加計數（shù）而在逆（nì）時針方（fāng）向上多移動了兩個刀套。這裏，通過 PLC 對 CTRA1 進行實時地跟蹤並自鎖，驗證了在 Δt 期間是（shì）有計數脈衝信號CTRA1 的，如（rú）圖 8 所示（shì）。還可以通過數控係統的跟蹤畫麵對相關信號進行更（gèng）加（jiā）詳細的監視，這裏不再（zài）贅述（shù）。

 

     雖然在（zài） Δt 時間段內，計數器（qì） CTR1 為加計數類型，但是在該時間段（duàn）內，如果刀庫的計數開關並沒有被觸發，即沒有（yǒu）產生計數脈衝信號CTRA1，這種情況下，圖 5 中的 ACT 信號也就（jiù）沒有上（shàng）升沿，那麽（me）計數器不（bú）會進行加計數。因此，計數並不會（huì）出現問題，刀（dāo）庫的分度動作表現為（wéi） “正常”，如圖 9 所示。

 

      通過觀察，由於初始刀套號為 2，目標刀套號為 20，刀庫逆時針轉動的（de）路徑較長。在 “機械手單元向刀庫側移動” 的過程中，刀庫的分度仍然沒有結束，給 Δt 的出（chū）現提（tí）供了可（kě）能，即給問題情況的出（chū）現提供了可能，因而問（wèn）題集中地出現在 20 號刀具的還刀動作中。

      加（jiā）工程序中所涉及的其他的目標刀具號對應的刀庫轉（zhuǎn）動路徑較短，機械手單元向刀庫側動作還（hái）沒有來（lái）得及執行，即 Δt 還沒有來得及出現，刀（dāo）庫已經到達目標刀套位，因此刀庫分度表現 “正常”。試想，如果使得 Δt 出現在 “機械手單元向主軸” 轉動的過（guò）程中，那麽分度故障就不再僅僅局（jú）限（xiàn）於路徑較長（zhǎng）的目標（biāo）刀套了，路徑較短的目標（biāo）刀（dāo）套也是有可能出現故障（zhàng）的，這（zhè）裏不再贅述。在 “備刀（dāo）動作” 中，機械手單（dān）元向刀庫（kù）側的動作以及向（xiàng）主軸側的動（dòng）作均是（shì）不存在（zài）的，相應地，Δt 也就不存在，當然也就不可能出現該故障現象了，所以說，在備刀動作中，未見異常。

 

       對梯形圖稍加處理，將 MGCCWM 和MGCCWS 分別寫在兩（liǎng）段梯形圖中，且 MROTEB隻作為刀庫反轉動作閥（fá） MGCCWS 的一個必要條件，放置（zhì）在刀（dāo）庫反轉輸出信號 MGCCWS 的（de）一段中。MGCCWM 一旦接通，便不（bú）再受 MR O T EB 的控製，始（shǐ）終保持（chí）為 1 直至逆時針轉動結束，這就完全避免了計數器的加減方向（xiàng） UPDOWN 在Δt 時間段內（nèi）被切斷的現象，如圖 11 所示。改進措施進一步提升了刀庫分度動作的容錯能力。經過驗證，問題現象消除，問題解決。

 

      盤式刀庫如圖 12 所示，該刀庫采用三相異步電動機配合計數開（kāi）關進行（háng）分度（dù）定位，並采用隨機（jī）式換刀模式（刀具號和刀套號之間（jiān）並沒有一一對應的關係），刀（dāo）庫容量為 24。刀套上（即回（huí）刀）、刀套下（即倒刀）、側門開和側門關均是由（yóu）氣動電磁閥控製，機（jī）械（xiè）手旋轉機構選用凸輪式機構，由三相（xiàng）異步電機驅動一空間凸輪裝置按順序動作。

 

      試切項目為鑽孔加工（gōng），每加工完一個完整工件，操作者均要通過檢具來檢驗加工尺（chǐ）寸是否合格，這期間，發現偶有廢品出現。比如，某次檢測完（wán）精度 , 通過對孔徑尺寸的分析（xī）知，2號刀具和（hé） 3 號刀具發生了 “刀具對調現象（xiàng）” :2號刀（dāo）加工了 3 號（hào）刀應該加工的孔位，3 號刀卻加（jiā）工了 2 號刀應該加工的孔位。後續的試驗中，這種 “刀（dāo）具對調現象” 又陸續（xù）地出（chū）現了，比如 :4 號（hào）和 5 號刀具，5 號和 9 號刀具。結合加工（gōng）程（chéng）序中刀（dāo）具號的（de）呼叫順序，如表 3。可總結得該問題現象的規律 :發生對調的兩把刀具均無一例外的為程序中“相鄰（lín）的兩把刀具”。問題發生的（de）間隔時長時短，或者數小（xiǎo）時，或者數天。

      刀具的 “ 對調（diào）” 現象（xiàng），直觀的表現（xiàn）為 “ 刀（dāo）庫分度” 錯誤。即（jí）執行 “T0 2 M06”，應尋找 2 號刀具並將其換到（dào）主軸（zhóu）上，而實（shí）際上換到主軸上的卻是 3 號刀具 ; 執行 “T03M06”，應尋找 3 號刀具並將其換到主軸上，而實際上換到主軸上的卻是 2 號刀具。可是 , 如果隻是單純的 “刀庫分度”問題，則刀號錯誤應表現出很（hěn）強的隨機性（xìng），這無法（fǎ）解釋問題（tí）所表現出來的（de） “兩把刀具相鄰（lín）” 這一顯著特點。

      刀庫的分度與數（shù）據（jù）表息息相關，對數據表進行（háng）二進製（zhì）數據的檢索是此類型刀庫分（fèn）度的核心，試想，如果在刀庫分度之前，數據表就已經出現了差錯。那麽（me）在進行二進（jìn）製（zhì）數（shù）據的（de）檢索時，自然會出現錯（cuò）誤，進而刀庫分度錯（cuò）誤，最終表現（xiàn）為刀具交換（huàn）錯誤，導（dǎo）致（zhì）加工（gōng）尺寸不合格。因此有必要對數據表Ⅰ進行確認，該數據表到底是什麽樣子的（de）呢？實際上（shàng），係統上顯示的（de）隻有Ⅱ號工件加工結束（shù）後的當（dāng）前數據表Ⅱ的內容。

 

   

      在“Ⅰ號工件加工（gōng）”過程中，T2正常（cháng）加工完成，執行 T3…M6, 刀庫中的 T3 與主軸（zhóu）上的 T2 進行了物理上的交換，因此 T3 也正常（cháng）加工（gōng）完成。基於此，做出推測 :在此交換過程中，2 號刀具和數據表中（zhōng）的數據 3 “捆綁” 在了一起，3 號刀（dāo）具和數據表中的數據 2 “捆綁” 在了一起。

      進一步查看 PLC 如圖14 知，在ATC 電（diàn）機運轉的條件 M 6 6 M 中“刀庫計數開關MGCLS”、“刀套下開關 POTDNLS” 和 “門開開（kāi）關（guān） SDOPLS” 均為外部開關，在 ATC 電機運轉過程中，不妨假設某個開關（guān）閃爍了 1 次，那麽，PULSE1 便會重來 1 次。這樣，數據的刷新也再次重複一次，也就是說，數據表 1 刷新了 2 次，也（yě）就表現為 “數據沒有刷新”。

 

 

      對於電氣調試期間出現的問題，尤其是隨機性的問題，要善於從雜亂（luàn）無章的信（xìn）息中總結內在的固有規律，進而大大地縮小問題（tí）排（pái）查（chá）範圍，具體問題具體分析，就（jiù）一定（dìng）能夠探（tàn）索出問（wèn）題的根本原因，進而解決問（wèn）題。兩個例子在因果環節中均表現出了顯著的 “蝴（hú）蝶效應”，這就需要在機床調試中多注重細節，多積累，做總結，做到（dào）舉一反三，做到觸類旁通。