加工中心自动换刀控制及常见故障分析

第27 卷第1期2 0 0 9 年1 月西安航空技术高等专科学校学报Journal of Xi an Aerotechnical CollegeVol 2 7 No 1Jan . 2 0 0 9 自动换刀装置控制原理及故障分析罗庚合1, 黄万长2( 1. 西安航空技术高等专科学校机械工程系, 陕西西安710077; 2. 陕西法士特齿轮有限公司, 陕西西安710077)摘要: 加工中心自动换刀装置提高了数控机床的加工效率, 但由于加工中心换刀装置的动作控制比较复杂, 包含机械、电气与PM C、液压和检测等技术, 所以自动换刀装置的故障率比较高, 主要介绍自动换刀装置的类别和控制,自动换刀装置的故障诊断方法, 列举了自动换刀装置的一些常见故障及维修示例。

关键词: 加工中心; 选刀; 刀具交换; 乱刀与掉刀; PM C 诊断; I/ O 状态诊断中图分类号: T H161+ . 21 文献标识码: A 文章编号: 1008- 9233( 2009) 01- 0014- 051 引言4、6、8、12 工位, 有用电动机驱动的正传和反转, 也有用液压系统通过电磁换相阀和顺序阀进行控制加工中心可分为车削中心、镗铣中心和钻削中心等, 加工中心在加工过程中, 要使用多种刀具, 因此必须有自动换刀装置, 以便选择不同刀具, 完成不同工序的加工工艺。

常用的刀库形式有圆盘式刀库, 链式刀库, 格子盒式刀库。

按有无机械手又可分为不带机械手的自动换刀装置和带机械手的自动换刀装置。

按刀库的旋转和机械手的动作驱动方式可分为有液压、气动控制系统和电气与机械联合控制的驱动系统。

随着加工中心数控机床的普及和应用, 自动换刀装置控制过程中的故障率也比较高。

由于自动换刀装置结构比较复杂、控制为机、电、液联合控制, 复杂系数高等原因。

所以加工中心自动换刀装置的故障维修比较困难。

简要叙述换刀装置的分类和特点, 以立式镗铣中心普遍使用的圆盘式加工中心自动换刀装置为例, 分析自动换刀装置的控制原理及常见故障的维修方法。

1加工中心自动换刀方式及乱刀简介（1）换刀方式简介加工中心自动换刀系统的控制主要分为两部分：刀库选刀控制（T 指令）和刀具交换控制（M06指令）。

目前刀库选刀控制最常见的方式主要有刀套编码方式和计算机记忆随机换刀。

刀套编码方式是对刀库各刀座预先编码，每把刀具放入相应刀座之后，就具有了相应刀座的编码，即刀具在刀库中的位置是固定的，斗笠式刀库便是此种控制方式。

计算机记忆随机换刀方式的特点是刀具号和刀座号对应地记忆在计算机的存储器或可编程控制器的存储器中，不论刀具放在哪个地址，都始终记忆着它的踪迹，这样刀具可以任意取出，任意送回，圆盘凸轮机械手刀库便是此种控制方式。

（2）乱刀简介乱刀是指换刀指令刀号与刀库刀座号不一致现象。

例如：程序指定M06 T03，而换刀机械手在换刀时却抓取了5号刀座的刀具称为乱刀现象。

2乱刀原因分析加工中心出现乱刀故障可能由以下几种原因引起：（1）在正常换刀时由于换刀气压不足，导致换刀过程卡住，在手动刀库复位后可能产生刀库亂刀。

（2）由于机床机械结构损坏，或者数控系统参数丢失导致刀库乱刀。

（3）机械手在换刀过程中，由于操作人员按下机床复位键或者急停键，导致换刀意外终止，可能产生刀库错乱。

3、刀库乱刀现象的解决方法（1）斗笠式刀库乱刀解决方法①打开机床电控柜，机床上电②在MDI方式输入换刀指令M06 Txx，观察电控柜中的哪个继电器动作，刀库的正反转是由两个继电器控制，如果此时刀库是顺时针旋转，再输入一个换刀指令，使刀库逆时针旋转，观察电控柜中的哪个交流接触器动作③使机床数控系统断电，拿一根绝缘棒手动按下控制刀库旋转的交流接触器，如顺时针方向乱刀，则按下控制刀库逆时针方向旋转的交流接触器；如逆时针方向乱刀，则按下控制刀库顺时针方向旋转的交流接触器，直到刀库转到与输入的换刀刀号一致的位置注意的问题：1）开机后取下主轴和刀库所有的刀具，避免调整后换刀时发生主轴与刀库中刀具相撞的危险2）注意使用绝缘棒，避免触电的危险3）调整时要有人帮助观察刀库转动的位置是否到达换刀指令指定的刀具号位置4）调整好后输入一个换刀指令，观察刀盘前进与主轴松刀动作时主轴卡刀槽是否与刀库卡刀槽位置一致，否则会发生主轴刀具与刀库相撞的危险（2）圆盘凸轮机械手刀库乱刀现象的解决方法在出现刀号混乱的情况下应立即进行刀具的整理操作，具体步骤如下所示：①取出刀库中的全部刀具，将刀具按刀具表中相对应的关系重新插入刀库中或按刀库中刀具的实际状态修改刀具表（需打开参数开关，参数开关在数控系统CPU板上）。

动75度，回到机械手原始位置，此时机械手原位开关发出信号，倒刀电磁阀线圈 YV3B 断电，回刀电磁阀线圈YV5C 通电，气缸向下运动推动刀杯向上翻转90度，回 刀定位开关SX5B 检测到信号，为自动加工作准备，完成整个换刀控制过程。

如图 Id 所示。

4、自动换刀装置常见故障及解决方法（1）机械手卡死处理方法加丄中心在加工完零件自动换刀时，出现机械手卡死现象，屏幕出现2103# 报警，无法继续自动加工。

方法一：•设备禁止断电。

•在MDI 方式下输入M39 （强制换刀指令），按循环启动按钮进行强制换刀， 若机械手依然卡死，则参照方法二处理。

方法二：•设备禁止断电。

•在J0G 方式下松开主轴夹具，拆下机械手电机顶罩，手动逆时针盘电机，中途卸下刀座，继续盘电机至原位，消除2103#报警。

-TrtTOTT «C1L_ 9 1 - -UU 1 匸 14-1•按屏幕显示刀号在主轴装入刀座，HD：主轴刀号，XX:等待刀号。

•在MDI方式下输入M06换刀指令，装入另一刀座，若是T2刀座注意定位。

机床空运行一循环，确认主轴刀具与程序制定刀具一致性。

最后正确装夹工件自动加工。

（2）自动换刀时主轴掉刀故障处理方法在换刀时主轴刀座从机械手掉下，自动加工被迫停止。

•检查主轴换刀点是否偏移。

•主轴编码器与主轴连接是否松动，主轴编码器转位信号是否正确。

•检查机械手扣刀开关SX33位置。

•手盘电机察看机械手与主轴刀具换刀点是否干涉。

（3）刀库倒刀时刀座从刀杯内掉落故障处理方法•刀库换刀位置刀杯内弹簧疲劳变形，夹紧力不够，调整弹簧预紧力。

•倒刀气缸拉杆与刀杯定位偏移，倒刀定位开关SX5B信号无，调整螺钉及开关位置，恢复倒刀动作。

•刀座超过允许的重量限制。

（4）刀库乱刀故障处理方法不正确的操作使系统PMC参数丢失或刀库装置维修后，会出现换刀过程中乱刀现象，造成撞刀事故。

•恢复系统PMC参数，调整刀库计数开关、机械手初始开关及倒刀开关位置, 恢复换刀动作。

A c a d e m i c F o r u m /学术论坛89王登亮，王　超（江西铃格有色金属加工有限公司，江西　南昌　330013）摘要：主要介绍马扎克5000-II 型机床换刀系统的机械结构、工作原理、常见故障原因及问题处理措施。

关键词：换刀系统；ATC；刀库；主轴；内冷管1　背景介绍我们公司机加工厂成立于2015年初，机加设备维修班成立时间更短，维修人员平均年龄不到29岁，他们踏出校园大门怀揣着对生活的美好梦想一起组建了机加维修班，这过程工存在许多问题；换刀系统是加工中心生产加工过程中关键的环节，直接影响加工效率、质量、设备稳定性。

公司现有5000-II 型马扎克加工中心14台，主要生产铝合金变速箱壳体，是我们公司生产主力设备。

随着公司产能提升、降本增效要求不断提供，目前设备状态远远达不到使用及费用控制要求；统计2018年1-12月换刀系统故障平均595 min/月，18年发生的维修费用合计约18.62万。

为降低设备故障率、减少设备维修费用、提高生产效率。

18年上半年我们成立攻坚改善小组针对整个换刀系统故障进行统计、分析，从A 矩阵的损失分类统计到B 矩阵的因果关系分类到C 矩阵的货币化转化，把故障转化为实实在在的费用损失，选定攻击对象，有的放矢。

2　工作原理简述换刀系统包含刀库、刀库门、换刀机构、主轴等系统；各个系统精准的配合最终完成一次完美的换刀动作，换刀中弧面凸轮通过控制机械手上轴承来控制机械手的转动；平面凸轮通过连杆机构控制机械手的伸缩与收回。

而换刀机构上刀具的夹紧靠摆臂手上的夹指完成。

换刀系统动作顺序为NC 系统接收到换刀指令后，PLC 输出动作到ATC 门、刀库、ATC 单元、主轴等做出相应准备：门打开、主轴移动到第二参考点或者换刀点、主轴定向、刀库备刀至换刀位、换刀气缸将被选刀移至主轴侧、ATC 单元旋转到换刀角度、主轴抓刀单元松开到位、ATC 单元自动移出并旋转至主轴上完成主轴上刀具与待刀位刀具之间的交换、主轴抓刀单元夹紧到位、ATC 臂回到起点。

发那克（FANUC）故障与维修经验总结发那克(FANUC)故障与维修经验总结cnc,电脑锣数控机床的故障分析:数控机床的应用越来越广泛，其加工柔性好，精度高，生产效率高，具有很多的优点。

但由于技术越来越先进、复杂，对维修人员的素质要求很高，要求他们具有较深的专业知识和丰富的维修经验，在数控机床出现故障才能及时排除。

我公司有几十台数控设备，数控系统有多种类型，几年来这些设备出现一些故障，通过对这些故障的分析和处理，我们取得了一定的经验。

下面结合一些典型的实例，对数控机床的故障进行系统分析，以供参考。

一、NC系统故障1．硬件故障有时由于NC系统出现硬件的损坏，使机床停机。

对于这类故障的诊断，首先必须了解该数控系统的工作原理及各线路板的功能，然后根据故障现象进行分析，在有条件的情况下利用交换法准确定位故障点。

例一、一台采用德国西门子SINUMERIK SYSTEM3的数控机床，其PLC采用S5─130W／B，一次发生故障，通过NC 系统PC功能输入的R参数，在加工中不起作用，不能更改加工程序中R参数的数值。

通过对NC系统工作原理及故障现象的分析，我们认为PLC的主板有问题，与另一台机床的主板对换后，进一步确定为PLC主板的问题。

经专业厂家维修，故障被排除。

例二、另一台机床也是采用SINUMERIK SYSTEM3数控系统，其加工程序程序号输入不进去，自动加工无法进行。

经确认为NC系统存储器板出现问题，维修后，故障消除。

例三、一台采用德国HEIDENHAIN公司TNC155的数控铣床，一次发生故障，工作时系统经常死机，停电时经常丢失机床参数和程序。

经检查发现NC系统主板弯曲变形，经校直固定后，系统恢复正常，再也没有出现类似故障。

2．软故障数控机床有些故障是由于NC系统机床参数引起的，有时因设置不当，有时因意外使参数发生变化或混乱，这类故障只要调整好参数，就会自然消失。

还有些故障由于偶然原因使NC系统处于死循环状态，这类故障有时必须采取强行启动的方法恢复系统的使用。

CNC加工中心换刀失灵
（飞舵加工）
CNC加工中心具有自动换刀系统，可以实现自动换刀，完成复杂工件的多工序加工。

这就是CNC加工中心对于普通机床的优势所在。

自动换刀代替了手动换刀，减少人力劳动，提高了加工效率。

但是如果CNC加工中心换刀失灵，那对于加工中心就是个毁灭性的打击，将使加工中心无法工作，耽误加工生产。

下面给大家分析CNC加工中心换刀失灵的原因及解决方法。

造成CNC加工中心换刀失灵主要原因有：机械手没有回到原点；或系统没有采集到机械手原点信号；刀套翻转气缸电磁阀故障，没执行刀套回位动作；刀套翻转气缸的气路故障；刀套翻转机构机械故障。

CNC加工中心换刀失灵解决方法：检查刀库线路以及气路是否正常；检查过手动松夹刀是否有问题；检查CNC加工中心气压是否正常；输入单个指令使刀套上下，查看是否正常。

自动换刀是CNC加工中心的优势，换刀失灵只是偶然的故障，要尽快解决好才能最大发挥CNC加工中心的作用，更快更多地加工生产出高精度的产品。