ＴＯＹＯＳＫＴＶＴ－３０１Ｓ加工中心的卡刀故障分析及處理
2022-2-9 來源：江海職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)電汽車學(xué)院 揚(yáng)州通信 作者：朱敏紅 春兵
摘要：隨著數(shù)控加工中心的廣泛應(yīng)用，機(jī)床出現(xiàn)故障的頻次也在逐漸增加，而機(jī)床在自動換刀過程中出現(xiàn)的卡刀問題是機(jī)床發(fā)生故障的主要原因之一，快速地加以判斷并正確處理解決卡刀問題可大大提高生產(chǎn)效率。以 ＴＯＹＯＳＫＴＶＴ－３０１Ｓ加工中心在換刀過程中經(jīng)常出現(xiàn)的各種卡刀問題為例，進(jìn)行了理論分析，并結(jié)合長期積累的實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗，歸納總結(jié)了 故 障 的 原 因，提出了解決的方法，經(jīng)在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)用取得了較好的效果。
關(guān)鍵詞：加工中心；卡刀；故障分析；ＴＯＹＯＳＫＴＶＴ－３０１Ｓ
引言
隨著科技的進(jìn)步與發(fā)展，近年來數(shù)控加工中心在機(jī)械加工行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。與傳統(tǒng)的機(jī)械加工設(shè)備相比，數(shù)控加工中心具有 ＮＣ數(shù)控系統(tǒng)、刀具庫和自動換刀裝置，工件在一次裝夾后可自動連續(xù)地完成銑、鏜、鉆、鉸、攻絲等多種工序的加工［１］，實(shí)現(xiàn)了高效率、高精度的自動化加工。
數(shù)控加工中心之所以具有卓越的加工能力，起關(guān)鍵性作用的是數(shù)控系統(tǒng)、刀庫及自動換刀裝置等功能部件，特別是刀庫及自動換刀裝置，它是區(qū)別于其他加工設(shè)備最主要的配置。根據(jù)加工中心的故障分析統(tǒng)計，換刀機(jī)構(gòu) 的 故 障 占 整 個 機(jī) 床 故 障 的６０％以 上［２］。由于其自動換刀裝置結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，為機(jī)、電、液、氣聯(lián)合控制，復(fù)雜系數(shù)高，因此自動換刀裝置的故障維修比較困難［３］。本文就 ＴＯＹＯＳＫ ＴＶＴ－３０１Ｓ加工中心在換刀中的卡刀問題進(jìn)行分析及排故處理。
１、卡刀的發(fā)生
我們知道，在數(shù)控加工中心設(shè)備中，自動換刀裝置及刀具庫的使用最為頻繁，當(dāng)工件加工工序較多時，需要經(jīng)常性地更換刀具以完成加工。如果機(jī)床自身出現(xiàn)問題或者加工中出現(xiàn)一些異常時都會造成卡刀現(xiàn)象的發(fā)生。卡刀是指機(jī)床的機(jī)械手無法取下主軸上的刀具，同時數(shù)控系統(tǒng)出現(xiàn)報警提示［４］。在數(shù)控加工中心ＴＯＹＯＳＫ ＴＶＴ－３０１Ｓ 中，如 果 ＡＴＣ （Ａｕｔｏ ＴｏｏｌＣｈａｎｇＵｎｉｔ）在換刀過程中產(chǎn)生換刀的停止，出現(xiàn)“ＡＴＣｉｓｎｏｔｉｎｐｏｓｉｔｉｏｎａｌａｒｍ 或 Ｔｈｅｔｏｏｌｉｓｎｏｔｃｌａｍｐｅｄａｌａｒｍ 或ｓｐｉｎｄｌｅｉｓｗｒｏｎｇａｌａｒｍ”等 報警，導(dǎo)致機(jī)床不能順暢地完成整個換刀的動作，就是發(fā)生了卡刀現(xiàn)象。
２、卡刀原因分析及排故處理
因為卡刀故障經(jīng)常發(fā)生，頻率相對較高，而產(chǎn)生故障的原因又多種多樣，卡刀發(fā)生時間長達(dá)幾小時或幾十小時不等，對生產(chǎn)產(chǎn)生極大的影響。為了解決卡刀問題，依據(jù)長期的生產(chǎn)實(shí)踐和經(jīng)驗積累，將生產(chǎn)中經(jīng)常出現(xiàn)的卡刀故障從以下幾方面加以分析并進(jìn)行排故處理。
２．１ 機(jī)床主軸故障及排故處理
主軸的松拉刀機(jī)構(gòu)是主軸的重要組件之一，由于非接觸式信號檢測元件自身靈敏度下降或安裝不合適，隨著主軸的運(yùn)轉(zhuǎn)、振動和熱變形，導(dǎo)致機(jī)床卡刀、無信號［５］。
２．１．１ 主軸側(cè)換刀點(diǎn)偏離換刀原點(diǎn)
故障原因：主軸非法撞機(jī)，如操作人員業(yè)務(wù)不熟，出現(xiàn)刀具與刀號不符或程序有誤等問題，導(dǎo)致刀具撞在工作臺上；另一種原因是長時間磨耗使Ｚ 軸絲杠與導(dǎo)軌間隙偏大，或伺服電機(jī)制動致使Ｚ 軸電機(jī)編碼器靈敏度降低等。
排故及處理：觀察卡刀位置并用手轉(zhuǎn)動刀具以判斷刀的受力情況，如果主軸定位塊與ＡＲＭ定位塊受力，且 ＡＲＭ 是斜向下主軸端的，那就考慮是主軸端下降了，應(yīng)重新調(diào)整設(shè)置Ｚ軸換刀點(diǎn)位置，修改設(shè)置Ｇ３０的Ｚ 軸原點(diǎn)。
２．１．２ 主軸定位角度偏移
故障原因：同步帶或同步輪松懈、磨損或斜槽內(nèi)太臟，也可能是非法撞機(jī)。
排故及處理：點(diǎn)動（修改 Ｋ０．７／Ｋ０．６）或手動旋轉(zhuǎn)ＡＲＭ 至取刀位置，如圖１所示，在主軸處做記號，然后執(zhí)行 Ｍ１９ 或 按 ＯＲＩＥＮＴＡＴＩＯＮ 使主軸 定位。通過比較偏移角度，在參數(shù)４０３１中更改數(shù)據(jù)。
２．１．３ 主軸拉刀拉爪破損
故障原因：因刀具上拉釘?shù)膿p壞、加工時產(chǎn)生的振動沖擊、拉桿力不足及拉釘受力不夠等原因都可能使拉爪磨損或破碎。
圖１ 主軸定位角度
排故及處理：一套拉爪有４片，并標(biāo)有順序編號。當(dāng)拔刀或裝刀有異常時，應(yīng)立刻檢查或調(diào)整拉爪位置，否則可能損壞拉爪，更換時必須從頂部和拉桿一起取下。
２．２ 換刀臂故障及排故處理
換刀臂是自動換刀裝置的核心組成部分，其主要作用是將安裝在主軸上的刀具拔出、運(yùn)送、存儲 在刀庫，并把存儲在刀庫中的刀具運(yùn)出和裝入主軸［６］。加工中心換刀臂卡刀故障的頻繁度僅次于主軸，意外斷電、氣壓不足、頻繁換刀、加工中出現(xiàn)的異常以及換刀部件的機(jī)械磨損都會造成換刀臂卡刀［７］。
２．２．１ ＡＲＭ 原點(diǎn)感應(yīng)不良
故障原因：受高壓冷卻水、鐵屑、油污的影響，傳感器有時會出現(xiàn)感應(yīng)不靈敏或感應(yīng)錯誤。
排故及處理：如果太臟就得用氣槍吹干凈；如果偏移角度就應(yīng)調(diào)整位置。一旦 ＡＴＣ在循環(huán)中 ＳＥＮＳＯＲ有誤感應(yīng)，應(yīng)立即按下急停按鈕。
２．２．２ 卡刀塊磨損
故障原因：如圖２所示，卡刀塊在 ＡＴＣ 循環(huán)過程中 Ａ 側(cè)不但受到抓刀時水平方向的力，還受到裝刀和取刀時豎直方向的力，這種高速、頻繁的作用力很容易使 Ａ 側(cè)受到磨損，這個位置的磨損將使刀具不能被平穩(wěn)抓緊。
排故及處理：做好機(jī)床的日常檢查維護(hù)工作，操作謹(jǐn)慎，避免野蠻作業(yè)，必要時更換卡刀塊。
圖２ 卡刀塊
２．２．３ 鎖刀桿滑動不順暢
故障原因：如圖３所示，彈簧Ｃ和墊套Ｂ在鎖刀桿Ａ上應(yīng)保持良好潤滑，以實(shí)現(xiàn)動作順暢。當(dāng)鎖刀桿出現(xiàn)磨損，彈簧變形、斷裂或銹蝕，都會導(dǎo)致?lián)Q刀過程中刀具甩出或不能平穩(wěn)地抓緊刀具，取刀或裝刀時就會被卡住。
排故及處理：鎖刀桿和彈簧應(yīng)保證較高的表面質(zhì)量，提高尺寸精度，降低表面粗糙度，以確保其高耐用度。
圖３ 鎖刀桿、墊套及彈簧
另外，由于換刀臂因素產(chǎn)生的故障還有刀具夾緊力不合適、交換刀時掉刀、換刀動作不到位或不回位、換刀臂提前動作等情況。
２．３ 刀庫故障及排故處理
刀庫用于存儲加工過程中需要的各種刀具，并根據(jù)程序指令把下一工序?qū)⒁褂玫牡毒邷?zhǔn)確地送到換刀位置，還要接收從主軸換下的上一工序所用的刀具［８］。刀庫系統(tǒng)卡刀現(xiàn)象也較常見，如出現(xiàn)掉刀、亂刀等故障。
２．３．１ 刀套定位塊松動
故障原因：機(jī)床使用一段時間后，ＡＲＭ 在取刀裝刀過程中，由于未能與刀庫動作協(xié)調(diào)一致，刀套定位塊就會被撞松或錯位，如圖４所示。
排故及處理：定期檢查刀套定位塊的工作狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)異常及時緊固或更換。
圖４ 松動的刀套定位塊
２．３．２ 刀套內(nèi)鋼珠失效
故障原因：因刀具拉釘磨損，撞擊變形或產(chǎn)生毛刺而損壞，或刀具裝入刀套時的角度不垂直，長時間頻繁受力將使鋼珠功能失效。
排故及處理：鋼珠脫落或鋼珠雖在但因其中小彈簧斷裂、銹死或鋼珠安裝孔偏大，都將產(chǎn)生掉刀或拉不緊刀故障，應(yīng)根據(jù)具體情況選擇更換維修鋼珠、彈簧或刀套。
２．４ 刀具故障及排故處理
故障原因：刀柄與拉釘?shù)倪B接螺紋因抓刀、松刀交替?zhèn)鬟f的軸向應(yīng)力而松動或斷裂，刀柄的長期頻繁使用也會造成刀柄定位錐面的磨損。
排故及處理：定期檢查拉釘與刀柄，發(fā)現(xiàn)有松動或明顯磨損情況時應(yīng)及時恢復(fù)或更換。
另外，刀具因素產(chǎn)生的故障還有刀具超長或超重、刀柄形式或拉釘規(guī)格型號與機(jī)床主軸或與換刀臂不匹配等情況。
３、結(jié)語
由于 ＡＴＣ上 的很多部件是非標(biāo)的，當(dāng)零部件磨損需要更換時，應(yīng)盡可能選擇原廠家的。否則更換的部件如果受到工件材料、加工工藝以及制造精度等的影響時，會導(dǎo)致故障產(chǎn)生的頻率提高，所以定制非標(biāo)準(zhǔn)件時，應(yīng)嚴(yán)把質(zhì)量檢驗關(guān)，并且長期使用不良的備件還會使得故障發(fā)生惡性循環(huán)。除本文所述情況外，機(jī)床操作控制系統(tǒng)、氣源氣壓是否正常等也是影響換刀卡刀的因素之一。
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