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數控加工中心換刀係統故障排除分析

2023-8-17 來（lái）源：吉利動力（lì）總成有限公司作者：武超超

摘要：數控加工中（zhōng）心的有（yǒu）效運行能最大程（chéng）度上保證工作安全，減少故障，對於提（tí）升加（jiā）工企業生產效益具有極大（dà）的促進作用。但隨（suí）著整體使（shǐ）用時間的不斷增加（jiā）以（yǐ）及各類新（xīn）型生產技術和方法的逐漸出現，故障類型日益複雜，最常見的則（zé）是（shì）換刀係統故障。對（duì）此，這就必須將加工中心中特有（yǒu）的換刀係統作為分析重點，從最常見的故障（zhàng）類型著手，闡（chǎn）述（shù）實際排除流程，分析具體的排除和解決策略，優（yōu）化（huà）換刀過程，保證生產（chǎn）加工效率和穩（wěn）定性。

關鍵詞：數控加工中心；環刀係統；故障排除

在機械製造業的迅速發展下，數控加工中心通過刀具交換的形式實現了（le）高效（xiào）化的加（jiā）工生產，但也由此給（gěi）換刀係統提出了一定要求。由於加工中心加工零件工序繁（fán）多，要保證工件加工的可靠性，則需（xū）依照各工序提出的具（jù）體要求實現刀具（jù）順利交換，所以（yǐ）該係統對於加工中心（xīn）具有極大的促進作用。當下這一係統雖然（rán）取得了良好的應用成就，但依然存在一些問（wèn）題，係統故障（zhàng）率較高。因此，重點對其進行全麵探究，分析相（xiàng）關故障的排除措施具有極大現實意義。

1、換（huàn）刀係統概述

該係統的主要功能就是（shì）進行刀具交換和存儲，其中交（jiāo）換功能的實現（xiàn）主要依賴專門的換刀機構，具體流程（chéng）為：數控係（xì）統先發出換刀指令，該機構直接抓回主軸中的已用刀具，並將其（qí）放回刀庫，這時該機構再從刀庫中抓出目標刀具，再裝夾在主軸上。整個過程中，刀庫刀具和主軸之（zhī）間的相（xiàng）對位（wèi）置（zhì）要完全符合（hé）設計標準，在此影響下，自動換刀（dāo）裝置的故障（zhàng）排除就（jiù）成了整個加工中心換刀係統運行過程中亟需解決（jué）的（de）關鍵問題。

當前應用最多的換刀方式就是機械換刀，即應用機械手對人（rén）換刀的具體動作進行模擬，整體較為靈活，可操作性也更強。但（dàn）受到刀庫和（hé）主軸距離的影（yǐng）響，如（rú）果隻使用該模式，則難以保證基本的換刀效率（lǜ），對此則（zé）需通過 PLC 程序指令對刀庫動作進（jìn）行控製，從而實現自動化交換。

2、故（gù）障排除措施

與其他設備相比較，該係統故障的出現和設備應用時間（jiān）存在很大關（guān）係，主要包含早期故障、損耗（hào）故障和偶發性故障。其中早期故障是指係統在剛投入使用後發生的，最開始發生頻率較高，但後續會在（zài）使用時間的逐漸增加下慢慢下降。偶發性故障則是係統通過初（chū）期使用（yòng）後，其元件通過老化、調整和磨合進入穩定應用狀態，偶爾會產生一些故障，基（jī）本上是由外（wài）界因素引起的。損耗故障則是在長期應用下，未進行有效保養和維護而產生的老化故障，會在時（shí）間增加下不（bú）斷提升。

2.1 卡刀故障排除的基本思路（lù）

該係統中的主要部分為刀庫，在（zài）工件加工過程中，刀具不同其位置往往會受功能和容量的影響，導致刀庫呈現出鼓式和盤式兩種基本形式。加工工（gōng）件時，如果要交換刀具，加工中心則直接根（gēn）據係統（tǒng）參數將其準備到機（jī）械手位置以便隨時（shí）行（háng）更換。其中最常見的（de）故障就是卡刀，一旦發生就會引起機床報警，但如果沒有報（bào）警且也不（bú）移動，排除（chú）故障時則應從這幾方麵著手：在油壓作用下（xià）使機械手處在鬆開狀態，確保換刀裝置能自由移動，如果該裝置無法移動，則（zé）需先檢查其數控加工中心換刀係統故障排除分（fèn）析

液壓回路。在手動輸入程序控製（zhì）模式下輸入換刀指令使其執行具體的換刀動作，如果換刀裝置依然卡（kǎ）滯，則需檢查電機具（jù）體情況，如（rú）果（guǒ）裝置難以達到既定的動（dòng）作要求則表示電（diàn）機出現故障。這時可以通過手動的（de）形式撥轉電機軸，查看相關部件是否流暢。一般情況下，該類（lèi）部件都存在較為明顯的齒輪減速狀況，隻要其發生故障，則可以直接看到故障點。如果有（yǒu）伺服故障同時換刀裝置也不移動，這時候必須以（yǐ）伺服單元LED 的指示狀況對故障情（qíng）況進行判（pàn）斷，如果 LED 燈（dēng）點亮，則需檢查保險絲等，如果沒有（yǒu）點亮，則需對電機伺服驅動模塊等進行檢查，然後再對電器元件進（jìn）行判斷（duàn），查看是否存在故（gù）障。

2.2 報警超時故障（zhàng）排除思路

該係（xì）統中的常見故障（zhàng）主要包含超時報（bào）警。對於（yú）超時報警，如果其呈現出的信息（xī）是動作未在規定時間完（wán）成，則需要及（jí）時（shí）檢（jiǎn）查信號開關，如果並無異常，則（zé）需繼續檢查機械手；通過（guò）手動操作後如果發現機械手可以（yǐ）正常給出反應，則表示其轉動機構正（zhèng）常，這時還需（xū）對其實施進一步排查；如檢查刀套（tào），這是因為要使機械手能實現基本的（de）抓刀動作（zuò），必須確保（bǎo）刀套位置的準確性，所以維護（hù）時必須認真檢查（chá）刀套的具體動作，一旦發現異常則需及時處理。如果（guǒ）刀（dāo）套也無異（yì）常，則需將重點（diǎn）放（fàng）在液壓油缸上，這是由於它是直接控製刀庫移動的重要機構，實際排除時對（duì）其進行分解，如果發現活塞杆難以達到既定速度，整個換刀過程速（sù）度緩慢，則可能是由於缸壁和活（huó）塞之間配合間隙較（jiào）大，引起漏（lòu）油，從而引發報（bào）警（jǐng）超時。解除故障時，則直接更換（huàn）整套（tào）部件。

2.3 機械手傳動機構故障排除

該係統中的常見故障還有機（jī）械手傳（chuán）動（dòng）問題，即在執行自動換刀（dāo）指令時，不能及時做出反應，致使換刀操（cāo）作被（bèi）終止，報警信息呈現出機械手未回零點。針對該問題，一般采取手動複位即可（kě）解（jiě）決，但如果換刀警報信息又呈現出（chū）循環超時，則其原因還（hái）可能在於機械（xiè）手沒有回零點。而引起該（gāi）現象的主（zhǔ）要原因則在於（yú）刀（dāo）庫機械傳（chuán）動部位發生問題，針對這一問題，則需明確機械手（shǒu）的基本工作原理，即由電機驅（qū）動，中間機構主要是（shì）皮帶或多級齒（chǐ）輪傳動，係統在接到換刀指令後，其裝置電機再給機械手提（tí）供動力，最後實現換刀。在排除故障時，先將刀庫門打開，把防護蓋板拆卸下來，再對其傳動（dòng）機構（gòu）進行排查。如果是其中存在的問題，一方麵，可能是因為小齒輪脫落；另一（yī）方麵，可能是電機軸斷裂，導致動力傳遞受阻，從而發出警報，對此可以重點進（jìn）行電機更換，完成後一旦其齒輪齧（niè）合存在不（bú）順暢問題，則可（kě）能會導致電機阻力增加，並且會在換刀頻次逐漸（jiàn）增加下導（dǎo）致機軸斷裂，所以還需及時對齒輪間隙進行調整，從而徹底解決傳動機構故障。

2.4 故障分析的基本流（liú）程（chéng）

一是（shì）先將故障恢（huī）複按鍵按下，如果報警（jǐng）未解決，則需按下複位鍵，使警報消除。二是對主軸、刀（dāo）套等進行分析，查看是否存在刀具，如果（guǒ）存在則需（xū）判斷刀臂給刀具帶來的阻礙，如（rú）果存在則表示卡刀時間是處在交換中，這時隻需要移除刀具即可；如（rú）果刀具不存（cún）在，隻要把機械手手動返回（huí）到換刀等待位上，或者通過指（zhǐ）令使其自動返回等待（dài）位。三是在手動輸入程序控製模式下實現自動換刀操作，使其回等待（dài）位，並把刀具（jù）重新送回（huí）刀庫（kù）。或者還可以將鬆刀按鈕按下（xià），移除刀具（jù），再以手動形（xíng）式（shì）進行位置恢複。

3、優化（huà）措施

加工中心主要包含數控係統、換刀裝（zhuāng）置和機械設施，能實現對（duì）工件的高效化加工。一般機床（chuáng）類型和參數不同，對應的加工（gōng）中心也不同，設計（jì）者則（zé）需要以用戶提出的需求對機床部件和功能進行調整，即便是類別相同（tóng），也可能存在一（yī）些細微差別。比如，可以把展現出的形態作為基本依據，使加工中心被分為個多類型，如立（lì）式和臥式。加工中心（xīn）的所有元（yuán）素中，除了換刀係統，還有專門的基礎部件、主軸係（xì）統、數（shù）控係統等。其中主軸係統包含電機與傳動機構，重點決定（dìng）零件質量與（yǔ）加工效率（lǜ）；基礎部件包含床身和（hé）立柱，主（zhǔ）要承載工作負荷，對（duì）剛度具有（yǒu）一定要求。數控係統包含 PLC、伺服係統、電機等，這是整個機床的控製中心，實現（xiàn）對軸位精度和零件加工軌（guǐ）跡的有（yǒu）效（xiào）控製（zhì）。此外，其他的一些輔助性（xìng）係統則主要是進行（háng）冷卻、潤滑等（děng），主要是保障加工質量，使整個加工中心始終處（chù）在穩定的運行（háng）狀態中。但（dàn）如果中心（xīn）運行時間過（guò）長，則會在一定程度上加劇各部件的（de）磨損程度，繼而導致精度降低，使得刀具裝卸位置產生偏差，從而引起一些問（wèn）題。如刀具（jù）會在使用時（shí）間增加下產生較大磨損，導致加工精度（dù）受到影響，因此必須定期對其進行更（gèng）換；主（zhǔ）軸錐孔（kǒng）出現（xiàn）磨損也會導致加工精度下降，但因為其主軸精度修複難度較（jiào）高，對於維修技能（néng）的要求也比較高（gāo），所以基本上都采取定期更換的方式；刀具類型、數量和其傳送效果之間是正相關，一旦類（lèi）型或數量產生偏差就可能回到導致傳送位置產生偏差（chà），所（suǒ）以必須（xū）加大對這一方麵的重視度，及時檢查其數量和類型，使其能滿足設計規範（fàn）和使用要求。

4、結語

數（shù）控加工中心一旦出現換刀係統（tǒng）故障，則可能是由機械、液壓、電（diàn）氣等方（fāng）麵引起的自動換（huàn）刀裝置故障。對此，維修人員還必須全方位熟悉和（hé）掌握整個換刀係統（tǒng）的實際運行過程以及整體控製原理，確保在故障出現後（hòu）能夠及時調動專業思維依照警報內容分（fèn）析故障現象，通過基本的排除思路確定出故障點，最大程度上保證該係統的正常操作。

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