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基于HT665車(chē)銑復(fù)合加工中心刀庫(kù)常見(jiàn)故障與維保方案研究

2024-7-10 來(lái)源：云南機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院作者：湯田　張強(qiáng)　陳錦麟

摘要：隨著裝備制造業(yè)機(jī)床的智能化程度越來(lái)越高，高端數(shù)控機(jī)床可控軸數(shù)也越來(lái)越多，逐漸出現(xiàn)了具有多種加工能力的復(fù)合機(jī)床。刀庫(kù)在其使用過(guò)程中扮演著重要角色，且在頻繁使用中不可避免地會(huì)出現(xiàn)各種各樣故障，故障出現(xiàn)后如果未及時(shí)排除會(huì)嚴(yán)重影響零件的加工效率。文章通過(guò)對(duì) EMCO HYPERTURN 665MC 車(chē)銑復(fù)合加工中心刀庫(kù)常見(jiàn)故障的分析，結(jié)合實(shí)際情況對(duì)故障進(jìn)行排除，分析刀庫(kù)、機(jī)械手故障以及維修建議，為實(shí)際維修操作提供指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞 ：車(chē)銑復(fù)合加工中心；故障分析；排除措施　

EMCO HYPERTURN 665MC 車(chē)銑復(fù)合中心是一種將車(chē)削、銑削、鉆削、鏜削、磨削等功能集于一身的復(fù)合型多功能數(shù)控機(jī)床，是專(zhuān)為滿足高精度、高效率要求而設(shè)計(jì)和制造的超高性能加工設(shè)備。因此，對(duì)操作人員的要求進(jìn)一步提高，不僅要求操作人員會(huì)操作機(jī)床，同時(shí)還要學(xué)會(huì)編程以及常見(jiàn)故障處理。刀庫(kù)是EMCO HYPERTURN 665MC 車(chē)銑復(fù)合加工中心（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“665MC 車(chē)銑復(fù)合加工中心”）的重要組成部分，在復(fù)雜的高精尖端零件加工過(guò)程中，運(yùn)用刀具的種類(lèi)復(fù)雜且繁多，刀具調(diào)用頻繁，刀庫(kù)不僅提高了零件的加工效率，也避免了人為換錯(cuò)刀出現(xiàn)零件報(bào)廢甚至造成事故的情況。本文以 665MC 車(chē)銑復(fù)合加工中心為例，對(duì)刀庫(kù)常見(jiàn)故障進(jìn)行分析闡述，并提出行之有效的維保方案，為相關(guān)研究提供依據(jù)。

1、常見(jiàn)刀庫(kù)分類(lèi)

刀庫(kù)種類(lèi)繁多，常用刀庫(kù)主要分為以下 3 類(lèi)：斗笠式刀庫(kù)（見(jiàn)圖 1），圓盤(pán)式刀庫(kù)（見(jiàn)圖 2、圖 3），鏈條式刀庫(kù)（見(jiàn)圖 4）。

圖1　斗笠式刀庫(kù)

圖2　圓盤(pán)式刀庫(kù) 　

圖3　圓盤(pán)式刀庫(kù)

圖4　鏈條式刀庫(kù)

1.1　斗笠式刀庫(kù)

斗笠式刀庫(kù)性價(jià)比高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維護(hù)使用方便，但存放的刀具較少，適用于小批量生產(chǎn)，一般用于經(jīng)濟(jì)型加工中心。在換刀工作過(guò)程中整個(gè)刀庫(kù)向主軸移動(dòng)，主軸刀具進(jìn)入刀庫(kù)卡槽時(shí)，利用氣動(dòng)原理，主軸內(nèi)部松刀機(jī)構(gòu)打開(kāi)推桿推出拉釘，主軸向上移動(dòng)，刀具脫離。刀庫(kù)轉(zhuǎn)動(dòng)到所需要的刀

具時(shí)，主軸向下移動(dòng)，主軸內(nèi)部推桿拉緊拉釘，刀具裝入主軸內(nèi)，刀庫(kù)退回，換刀速度較圓盤(pán)式刀庫(kù)、鏈條式刀庫(kù)慢，且刀具長(zhǎng)期放置在斗笠式刀庫(kù)里，由于錐柄配合部分裸漏在無(wú)保護(hù)，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(fù)安裝精度，從而影響零件的定位精度和加工精度。

1.2　圓盤(pán)式刀庫(kù)

圓盤(pán)式刀庫(kù)換刀過(guò)程主要通過(guò)機(jī)械手進(jìn)行，又被稱(chēng)為機(jī)械手刀庫(kù)或刀臂式刀庫(kù)，有時(shí)也叫盤(pán)式刀庫(kù)，具有換刀速度快的特點(diǎn)，與斗笠式刀庫(kù)相比機(jī)構(gòu)復(fù)雜、造價(jià)較高、刀庫(kù)容量稍大，一般用于標(biāo)準(zhǔn)立式加工中心。使用過(guò)程中要注意裝載刀具不能超過(guò)刀庫(kù)的承受極限，防止甩刀事故發(fā)生；刀具長(zhǎng)度不能超過(guò)刀庫(kù)設(shè)定極限，防止和其他刀具發(fā)生干涉造成損壞。該刀庫(kù)的主要工作原理是：刀庫(kù)將刀具運(yùn)轉(zhuǎn)至相應(yīng)刀號(hào)，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(jī)械手抓刀位置，機(jī)械手同步從刀庫(kù)和主軸向下取刀，機(jī)械手旋轉(zhuǎn) 180°把刀具同步向上送入刀庫(kù)和主軸，刀庫(kù)推桿收回，刀具由垂直恢復(fù)至與刀庫(kù)主軸平行放置。

1.3　鏈條式刀庫(kù)

鏈條式刀庫(kù)的主要特點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)緊湊，刀庫(kù)容量大，鏈條的形狀可根據(jù)機(jī)床的格局制成相適應(yīng)的的各種形狀，且刀庫(kù)數(shù)量可以根據(jù)加工或者機(jī)床的需要對(duì)鏈條長(zhǎng)度進(jìn)行增減，但不影響換刀速度。鏈條式刀庫(kù)采用機(jī)械手換刀，換刀速度快，刀具保護(hù)性好，但價(jià)格較昂貴，一般在較高端的機(jī)床上配備。

2、665MC 車(chē)銑復(fù)合加工中心自動(dòng)換刀系統(tǒng)的組成665MC

車(chē)銑復(fù)合加工中心的換刀系統(tǒng)，主要包括自動(dòng)換刀裝置（機(jī)械手）和控制系統(tǒng)兩大部分。665MC 車(chē)銑復(fù)合加工中心采用的是鏈?zhǔn)降稁?kù)，換刀的主要步驟是：刀庫(kù)將刀具運(yùn)轉(zhuǎn)至相應(yīng)刀號(hào)，主刀塔旋轉(zhuǎn) 90°使機(jī)械手與主軸、刀座軸線平行，液壓缸完成沿主軸軸線和刀庫(kù)刀座軸線上的拔刀動(dòng)作，隨后沿自身軸線旋轉(zhuǎn) 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(guò)的刀歸還刀庫(kù)，恢復(fù)初始位置，完成換刀步驟。實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換刀需給定換刀指令，如 M06 T01D01 通過(guò) CNC 系統(tǒng)命令 PLC 工作。在接收到程序指令后，PLC 根據(jù)控制與檢測(cè)原件反饋的信息，轉(zhuǎn)動(dòng)刀庫(kù)選擇刀具，液壓系統(tǒng)控制機(jī)械手臂完成換刀動(dòng)作。

3、665MC 車(chē)銑復(fù)合加工中心換刀時(shí)刀庫(kù)及機(jī)械手常見(jiàn)故障

刀庫(kù)及機(jī)械手換刀裝置在頻繁使用過(guò)程中，由于諸多因素的影響可能出現(xiàn)各種故障，嚴(yán)重影響零件的加工效率。

3.1　刀庫(kù)不轉(zhuǎn)

665MC 車(chē)銑復(fù)合加工中心刀庫(kù)為鏈?zhǔn)降稁?kù)，驅(qū)動(dòng)主要靠電機(jī)帶動(dòng)鏈輪，鏈輪再帶動(dòng)鏈條使鏈條上的刀座進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。如果輸入換刀指令或按下?lián)Q刀按鍵，機(jī)械手有動(dòng)作而刀庫(kù)不運(yùn)動(dòng)，應(yīng)從以下幾方面排查故障：①接電動(dòng)機(jī)主軸與鏈輪軸的聯(lián)軸器是否有松動(dòng)，如果有松動(dòng)應(yīng)緊固聯(lián)軸器，磨損嚴(yán)重的情況下更換聯(lián)軸器。②刀庫(kù)電機(jī)是否能正常工作，如損壞需及時(shí)維修或更換。③電信號(hào)是否能正常穩(wěn)定的輸入，電壓是否過(guò)低，變頻器、繼電器等裝置是否工作，信號(hào)燈是否正常。如不正常需及時(shí)維修或更換電器元件（由于電器原件較復(fù)雜，原則上以更換為主）。④電網(wǎng)電壓過(guò)低，以前電壓不穩(wěn)定時(shí)會(huì)出現(xiàn)刀庫(kù)不轉(zhuǎn)或轉(zhuǎn)動(dòng)緩慢的情況，現(xiàn)在隨著國(guó)家電力系統(tǒng)的完善，此類(lèi)情況很少見(jiàn)，應(yīng)保證電網(wǎng)電壓在 380V，最少不低于 370 V。

3.2　刀庫(kù)正常轉(zhuǎn)動(dòng)但定位不準(zhǔn)

產(chǎn)生這種情況，首先可以排除電信號(hào)或者電氣系統(tǒng)產(chǎn)生的故障，重點(diǎn)排查以下幾種故障：①刀庫(kù)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)故障。主要存在于電動(dòng)機(jī)輸出的轉(zhuǎn)角上，需要重新設(shè)定維修。②傳動(dòng)機(jī)構(gòu)誤差，主要需要定期檢查刀庫(kù)的傳動(dòng)，包括重復(fù)定位精度、雙向來(lái)回?fù)Q刀定位精度等。當(dāng)?shù)稁?kù)傳動(dòng)精度超出偏差時(shí)，需要及時(shí)檢修。③刀庫(kù)電機(jī)制動(dòng)系統(tǒng)故障，需要及時(shí)調(diào)整制動(dòng)器螺釘。

3.3　刀庫(kù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)報(bào)警或刀庫(kù)不運(yùn)行

產(chǎn)生這種情況要依次排除以下幾種故障：

①刀庫(kù)門(mén)未關(guān)閉或未關(guān)緊（見(jiàn)圖 5），此時(shí)關(guān)緊刀庫(kù)門(mén)讓檢測(cè)機(jī)構(gòu)檢測(cè)到刀庫(kù)門(mén)已關(guān)好。②推刀桿未復(fù)位（見(jiàn)圖 6），當(dāng)利用推刀桿拆卸刀具后，沒(méi)有把推刀桿拉回原來(lái)位置而產(chǎn)生報(bào)警，此時(shí)把推刀桿恢復(fù)到原來(lái)位置即可（見(jiàn)圖 7，推桿指示燈亮起說(shuō)明推桿已復(fù)位）。③換刀模式選錯(cuò)或換刀指令錯(cuò)誤，需仔細(xì)檢查操作過(guò)程。④通道選錯(cuò)，本應(yīng)選擇通道 1 卻選成了通道 2，需切換通道。

圖5　刀庫(kù)門(mén)未關(guān)閉

圖6　推桿未復(fù)位

圖7　推桿復(fù)位

3.4　機(jī)械手故障

機(jī)械手常見(jiàn)故障有以下幾種：①機(jī)械手臂抓空，機(jī)械手不到位。產(chǎn)生這種情況可能是出現(xiàn)了換刀中斷，或是機(jī)械手長(zhǎng)時(shí)間累計(jì)誤差所致，此時(shí)可以通過(guò)機(jī)械方式解決。在刀庫(kù)頂部有 1 個(gè)凸輪機(jī)構(gòu)，通過(guò)插入內(nèi)六角扳手旋轉(zhuǎn)凸輪機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械手臂，使機(jī)械手臂復(fù)位，檢測(cè)信號(hào)燈由紅色變?yōu)榫G色證明旋轉(zhuǎn)到位。②機(jī)械手掉刀。主要檢查機(jī)械手臂鎖緊機(jī)構(gòu)是否有松動(dòng)，如果有松動(dòng)需進(jìn)行調(diào)整，然后考慮刀具是否過(guò)重，超過(guò)了機(jī)械手最大夾持重量。③機(jī)械手卡爪夾刀后不松刀，可能是因?yàn)殒i緊機(jī)構(gòu)過(guò)緊，需調(diào)松。④機(jī)械手運(yùn)動(dòng)過(guò)慢，此時(shí)需要檢測(cè)氣動(dòng)系統(tǒng)的壓力和流速，是否有泄漏，通過(guò)聽(tīng)主軸換刀機(jī)構(gòu)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(jiàn)，主要表現(xiàn)在機(jī)械手抓取主軸刀具時(shí)主軸不松刀，或者機(jī)械手裝刀時(shí)主軸不拉刀。可能出現(xiàn)的故障原因及解決方法如下：①主軸未接收到松刀信號(hào)。需要檢查感應(yīng)開(kāi)關(guān)是否正常，不正常情況下需要更換。②檢查液動(dòng)電磁閥液壓回路是否正常、有無(wú)滲漏等現(xiàn)象，如果有需及時(shí)更換。③頂桿是否彎曲變形，鎖緊機(jī)構(gòu)是否能正常工作，彈簧卡頭的彈力是否在合格范圍內(nèi)。此類(lèi)問(wèn)題屬于機(jī)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(diào)整氣壓，清潔主軸。

3.6　刀庫(kù)亂刀故障665MC

車(chē)銑復(fù)合加工中心下刀塔是 12 刀位標(biāo)準(zhǔn) VDI30的車(chē)削中心刀塔，一般不會(huì)出現(xiàn)亂刀，上刀塔只有 1 把刀，配備刀庫(kù)為鏈?zhǔn)降稁?kù)。所以，在換刀過(guò)程中遇到突然斷電或者突然中斷就可能出現(xiàn)亂刀現(xiàn)象（刀庫(kù)換刀位置與系統(tǒng)刀號(hào)不一致，或者主軸上刀具與系統(tǒng)刀號(hào)不一致）。此時(shí)應(yīng)采取以下辦法解除故障：①重啟機(jī)床，刀架、刀庫(kù)回零；②在系統(tǒng)數(shù)據(jù)寄存器中更改刀具數(shù)據(jù)。

4、665MC 車(chē)銑復(fù)合加工中心刀庫(kù)的維保方案

刀庫(kù)是機(jī)械零件加工中使用非常頻繁的一個(gè)裝置，在提高生產(chǎn)效率的同時(shí)，故障率也不低，可以說(shuō)機(jī)床的一半故障可能出在刀庫(kù)上，所以刀庫(kù)和機(jī)械手的維護(hù)與保養(yǎng)顯得尤為重要。在刀庫(kù)的維護(hù)保養(yǎng)過(guò)程中要做到以下幾點(diǎn)：①根據(jù)刀庫(kù)容量與規(guī)格選擇刀具，嚴(yán)禁把超長(zhǎng)、超重的刀具放入刀庫(kù)，防止刀具相互干涉或掉刀。②刀庫(kù)裝刀時(shí)，盡量通過(guò)主軸和機(jī)械手進(jìn)行刀具入庫(kù)，防止刀庫(kù)亂刀，如果要在刀庫(kù)直接裝刀則需要仔細(xì)檢查，避免刀庫(kù)上的刀和系統(tǒng)刀號(hào)不對(duì)應(yīng)造成事故；裝刀時(shí)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(xiàn)象。③開(kāi)機(jī)前檢查刀庫(kù)是否正常，回零后檢查零位是否正確。④刀庫(kù)清潔時(shí)盡量用吸塵器，少用氣槍?zhuān)乐硅F屑吹進(jìn)機(jī)械、電器元件內(nèi)造成故障。保持刀具刀柄及刀座清潔，防止生銹。⑤開(kāi)機(jī)時(shí)，機(jī)械手、上刀塔回零后需空運(yùn)行、試換刀。檢查各電器、機(jī)械元件是否正常，一旦發(fā)現(xiàn)不正常要及時(shí)處理。

5 結(jié)語(yǔ)

665MC 車(chē)銑復(fù)合加工中心是世界上最先進(jìn)的車(chē)銑復(fù)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(chē)銑復(fù)合加工中心最關(guān)鍵的組成部分，其產(chǎn)生的故障直接影響零件的加工效率和機(jī)床的使用效率。本文主要通過(guò)分析刀庫(kù)、機(jī)械手等電器、機(jī)械部件在使用期間易出現(xiàn)的故障，常見(jiàn)的故障形式，提出解決故障的措施并開(kāi)展深入探索與研究，為保證車(chē)銑復(fù)合加工中心刀庫(kù)的正常運(yùn)行提供參考，并為相關(guān)研究提供一定的實(shí)踐依據(jù)。

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