基于HT665車銑復合加工中心刀庫常見故障與維保方案研究
2024-7-10 來源：云南機電職業技術學院 作者：湯田 張強 陳錦麟
摘要 ：隨著裝備制造業機床的智能化程度越來越高，高端數控機床可控軸數也越來越多，逐漸出現了具有多種加工能力的復合機床。刀庫在其使用過程中扮演著重要角色，且在頻繁使用中不可避免地會出現各種各樣故障，故障出現后如果未及時排除會嚴重影響零件的加工效率。文章通過對 EMCO HYPERTURN 665MC 車銑復合加工中心刀庫常見故障的分析，結合實際情況對故障進行排除，分析刀庫、機械手故障以及維修建議，為實際維修操作提供指導。
關鍵詞 ：車銑復合加工中心 ；故障分析 ；排除措施
EMCO HYPERTURN 665MC 車銑復合中心是一種將車削、銑削、鉆削、鏜削、磨削等功能集于一身的復合型多功能數控機床，是專為滿足高精度、高效率要求而設計和制造的超高性能加工設備。因此，對操作人員的要求進一步提高，不僅要求操作人員會操作機床，同時還要學會編程以及常見故障處理。刀庫是EMCO HYPERTURN 665MC 車銑復合加工中心（以下簡稱“665MC 車銑復合加工中心”）的重要組成部分，在復雜的高精尖端零件加工過程中，運用刀具的種類復雜且繁多，刀具調用頻繁，刀庫不僅提高了零件的加工效率，也避免了人為換錯刀出現零件報廢甚至造成事故的情況。本文以 665MC 車銑復合加工中心為例，對刀庫常見故障進行分析闡述，并提出行之有效的維保方案，為相關研究提供依據。
1、常見刀庫分類
刀庫種類繁多，常用刀庫主要分為以下 3 類：斗笠式刀庫（見圖 1），圓盤式刀庫（見圖 2、圖 3），鏈條式刀庫（見圖 4）。
圖1 斗笠式刀庫
圖2 圓盤式刀庫
圖3 圓盤式刀庫
圖4 鏈條式刀庫
1.1 斗笠式刀庫
斗笠式刀庫性價比高、結構簡單、維護使用方便，但存放的刀具較少，適用于小批量生產，一般用于經濟型加工中心。在換刀工作過程中整個刀庫向主軸移動，主軸刀具進入刀庫卡槽時，利用氣動原理，主軸內部松刀機構打開推桿推出拉釘，主軸向上移動，刀具脫離。刀庫轉動到所需要的刀
具時，主軸向下移動，主軸內部推桿拉緊拉釘，刀具裝入主軸內，刀庫退回，換刀速度較圓盤式刀庫、鏈條式刀庫慢，且刀具長期放置在斗笠式刀庫里，由于錐柄配合部分裸漏在無保護，錐柄部分很容易黏上切屑、切削液、灰塵等臟物，直接影響刀具的重復安裝精度，從而影響零件的定位精度和加工精度。
1.2 圓盤式刀庫
圓盤式刀庫換刀過程主要通過機械手進行，又被稱為機械手刀庫或刀臂式刀庫，有時也叫盤式刀庫，具有換刀速度快的特點，與斗笠式刀庫相比機構復雜、造價較高、刀庫容量稍大，一般用于標準立式加工中心。使用過程中要注意裝載刀具不能超過刀庫的承受極限，防止甩刀事故發生；刀具長度不能超過刀庫設定極限，防止和其他刀具發生干涉造成損壞。該刀庫的主要工作原理是：刀庫將刀具運轉至相應刀號，推桿把刀具垂直推出與主軸平行，同步主軸下降或上升至機械手抓刀位置，機械手同步從刀庫和主軸向下取刀，機械手旋轉 180°把刀具同步向上送入刀庫和主軸，刀庫推桿收回，刀具由垂直恢復至與刀庫主軸平行放置。
1.3 鏈條式刀庫
鏈條式刀庫的主要特點是：結構緊湊，刀庫容量大，鏈條的形狀可根據機床的格局制成相適應的的各種形狀，且刀庫數量可以根據加工或者機床的需要對鏈條長度進行增減，但不影響換刀速度。鏈條式刀庫采用機械手換刀，換刀速度快，刀具保護性好，但價格較昂貴，一般在較高端的機床上配備。
2、665MC 車銑復合加工中心自動換刀系統的組成665MC
車銑復合加工中心的換刀系統，主要包括自動換刀裝置（機械手）和控制系統兩大部分。665MC 車銑復合加工中心采用的是鏈式刀庫，換刀的主要步驟是：刀庫將刀具運轉至相應刀號，主刀塔旋轉 90°使機械手與主軸、刀座軸線平行，液壓缸完成沿主軸軸線和刀庫刀座軸線上的拔刀動作，隨后沿自身軸線旋轉 180°，使兩把刀交換位置，再次前移把即將使用的刀插入主軸，將使用過的刀歸還刀庫，恢復初始位置，完成換刀步驟。實現自動換刀需給定換刀指令，如 M06 T01D01 通過 CNC 系統命令 PLC 工作。在接收到程序指令后，PLC 根據控制與檢測原件反饋的信息，轉動刀庫選擇刀具，液壓系統控制機械手臂完成換刀動作。
3、665MC 車銑復合加工中心換刀時刀庫及機械手常見故障
刀庫及機械手換刀裝置在頻繁使用過程中，由于諸多因素的影響可能出現各種故障，嚴重影響零件的加工效率。
3.1 刀庫不轉
665MC 車銑復合加工中心刀庫為鏈式刀庫，驅動主要靠電機帶動鏈輪，鏈輪再帶動鏈條使鏈條上的刀座進行運動。如果輸入換刀指令或按下換刀按鍵，機械手有動作而刀庫不運動，應從以下幾方面排查故障：①接電動機主軸與鏈輪軸的聯軸器是否有松動，如果有松動應緊固聯軸器，磨損嚴重的情況下更換聯軸器。②刀庫電機是否能正常工作，如損壞需及時維修或更換。③電信號是否能正常穩定的輸入，電壓是否過低，變頻器、繼電器等裝置是否工作，信號燈是否正常。如不正常需及時維修或更換電器元件（由于電器原件較復雜，原則上以更換為主）。④電網電壓過低，以前電壓不穩定時會出現刀庫不轉或轉動緩慢的情況，現在隨著國家電力系統的完善，此類情況很少見，應保證電網電壓在 380V，最少不低于 370 V。
3.2 刀庫正常轉動但定位不準
產生這種情況，首先可以排除電信號或者電氣系統產生的故障，重點排查以下幾種故障：①刀庫電動機轉動故障。主要存在于電動機輸出的轉角上，需要重新設定維修。②傳動機構誤差，主要需要定期檢查刀庫的傳動，包括重復定位精度、雙向來回換刀定位精度等。當刀庫傳動精度超出偏差時，需要及時檢修。③刀庫電機制動系統故障，需要及時調整制動器螺釘。
3.3 刀庫監測系統報警或刀庫不運行
產生這種情況要依次排除以下幾種故障：
①刀庫門未關閉或未關緊（見圖 5），此時關緊刀庫門讓檢測機構檢測到刀庫門已關好。②推刀桿未復位（見圖 6），當利用推刀桿拆卸刀具后，沒有把推刀桿拉回原來位置而產生報警，此時把推刀桿恢復到原來位置即可（見圖 7，推桿指示燈亮起說明推桿已復位）。③換刀模式選錯或換刀指令錯誤，需仔細檢查操作過程。④通道選錯，本應選擇通道 1 卻選成了通道 2，需切換通道。
圖5 刀庫門未關閉
圖6 推桿未復位
圖7 推桿復位
3.4 機械手故障
機械手常見故障有以下幾種：①機械手臂抓空，機械手不到位。產生這種情況可能是出現了換刀中斷，或是機械手長時間累計誤差所致，此時可以通過機械方式解決。在刀庫頂部有 1 個凸輪機構，通過插入內六角扳手旋轉凸輪機構轉動機械手臂，使機械手臂復位，檢測信號燈由紅色變為綠色證明旋轉到位。②機械手掉刀。主要檢查機械手臂鎖緊機構是否有松動，如果有松動需進行調整，然后考慮刀具是否過重，超過了機械手最大夾持重量。③機械手卡爪夾刀后不松刀，可能是因為鎖緊機構過緊，需調松。④機械手運動過慢，此時需要檢測氣動系統的壓力和流速，是否有泄漏，通過聽主軸換刀機構的氣壓聲音可以判斷是否正常。
3.5 上刀塔松刀故障
上刀塔主軸松刀故障也比較常見，主要表現在機械手抓取主軸刀具時主軸不松刀，或者機械手裝刀時主軸不拉刀。可能出現的故障原因及解決方法如下：①主軸未接收到松刀信號。需要檢查感應開關是否正常，不正常情況下需要更換。②檢查液動電磁閥液壓回路是否正常、有無滲漏等現象，如果有需及時更換。③頂桿是否彎曲變形，鎖緊機構是否能正常工作，彈簧卡頭的彈力是否在合格范圍內。此類問題屬于機械故障，比較直觀，便于維修或更換。④氣壓不夠，主軸管壁太臟太粘稠，需要調整氣壓，清潔主軸。
3.6 刀庫亂刀故障665MC
車銑復合加工中心下刀塔是 12 刀位標準 VDI30的車削中心刀塔，一般不會出現亂刀，上刀塔只有 1 把刀，配備刀庫為鏈式刀庫。所以，在換刀過程中遇到突然斷電或者突然中斷就可能出現亂刀現象（刀庫換刀位置與系統刀號不一致，或者主軸上刀具與系統刀號不一致）。此時應采取以下辦法解除故障：①重啟機床，刀架、刀庫回零；②在系統數據寄存器中更改刀具數據。
4、665MC 車銑復合加工中心刀庫的維保方案
刀庫是機械零件加工中使用非常頻繁的一個裝置，在提高生產效率的同時，故障率也不低，可以說機床的一半故障可能出在刀庫上，所以刀庫和機械手的維護與保養顯得尤為重要。在刀庫的維護保養過程中要做到以下幾點：①根據刀庫容量與規格選擇刀具，嚴禁把超長、超重的刀具放入刀庫，防止刀具相互干涉或掉刀。②刀庫裝刀時，盡量通過主軸和機械手進行刀具入庫，防止刀庫亂刀，如果要在刀庫直接裝刀則需要仔細檢查，避免刀庫上的刀和系統刀號不對應造成事故；裝刀時要把刀具安裝到位，并檢查鎖緊裝置是否牢固可靠，避免甩刀現象。③開機前檢查刀庫是否正常，回零后檢查零位是否正確。④刀庫清潔時盡量用吸塵器，少用氣槍，防止鐵屑吹進機械、電器元件內造成故障。保持刀具刀柄及刀座清潔，防止生銹。⑤開機時，機械手、上刀塔回零后需空運行、試換刀。檢查各電器、機械元件是否正常，一旦發現不正常要及時處理。
5 結語
665MC 車銑復合加工中心是世界上最先進的車銑復合加工中心之一，其中，上下刀塔是使用最頻繁的兩部分，也是車銑復合加工中心最關鍵的組成部分，其產生的故障直接影響零件的加工效率和機床的使用效率。本文主要通過分析刀庫、機械手等電器、機械部件在使用期間易出現的故障，常見的故障形式，提出解決故障的措施并開展深入探索與研究，為保證車銑復合加工中心刀庫的正常運行提供參考，并為相關研究提供一定的實踐依據。
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