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斗笠式刀库动作过程分析
2013-3-27  来源:  作者:石家庄市职业技术教育中心 王玲

      0 引言

 

      加工中心的一个很大优势在于它有ATC 装置,使加工变得更具有柔性化。加工中心常用的刀库有斗笠式、凸轮式、链条式等,其中斗笠式刀库由于其形状像个大斗笠而得名,一般存储刀具数量不能太多,10~24 把刀具为宜,具有体积小、安装方便等特点,在立式加工中心中应用较多。

 

      1 斗笠式刀库的动作过程

 

      斗笠式刀库在换刀时整个刀库向主轴平行移动,首先,取下主轴上原有刀具,当主轴上的刀具进入刀库的卡槽时,主轴向上移动脱离刀具;其次主轴安装新刀具,这时刀库转动,当目标刀具对正主轴正下方时,主轴下移,使刀具进入主轴锥孔内,刀具夹紧后,刀库退回原来的位置,换刀结束。刀库具体动作过程如下:

 

      1.1 刀库处于正常状态,此时刀库停留在远离主轴中心的位置。此位置一般安装有信号传感器(为了方便理解,定义为A),传感器A发送信号输送到数控机床的PLC 中,对刀库状态进行确认。

 

      1.2 数控系统对指令的目标刀具号和当前主轴的刀具号进行分析。如果目标刀具号和当前主轴刀具号一致,直接发出换刀完成信号。如果目标刀具号和当前主轴刀具号不一致,启动换刀程序,进入下一步。

 

      1.3 主轴沿Z 方向移动到安全位置。一般安全位置定义为Z 轴的第一参考点位置,同时主轴完成定位动作,并保持定位状态;主轴定位常常通过检测主轴所带的位置编码器一转信号来完成。

 

      1.4 刀库平行向主轴位置移动。刀库刀具中心和主轴中心线在一条直线上时为换刀位置,位置到达通过信号传感器(B)反馈信号到数控系统PLC 进行确认。

 

      1.5 主轴向下移动到刀具交换位置。一般刀具交换位置定义为Z轴的第二参考点,在此位置将当前主轴上的刀具还回到刀库中。

 

      1.6 刀库抓刀确认后,主轴吹气松刀。机床在主轴部分安装松刀确认传感器(C),数控机床PLC 接收到传感器C发送的反馈信号后,确认本步动作执行完成,允许下一步动作开始。

 

      1.7 主轴抬起到Z轴第一参考点位置。此操作目的是防止刀库转动时,刀库和主轴发生干涉。

 

      1.8 刀库旋转使能。数控系统发出刀库电机正/ 反转启动信号,启动刀库电机的转动,找到指令要求更换的目标刀具,并使此刀具位置的中心与主轴中心在一条直线上。

 

      1.9 主轴沿下移到Z 轴的第二参考点位置,进行抓刀动作。

 

      1.10 主轴刀具加紧。加紧传感器(D)发出确认信号。

 

      1.11 刀库向远离主轴中心位置侧平移,直到PLC 接收到传感器A 发出的反馈确认信号。

 

      1.12 主轴定位解除,换刀操作完成。

 

      刀库仅有以上四个传感器是不够的,为了保证数控机床的安全,保证刀库的换刀顺利完成,在斗笠式刀库中一般还安装刀库转动到位确认传感器(E),保证刀库转动停止时,刀具中心线位置和主轴中心线在一条直线上。

 

      2 斗笠式刀库换刀过程常见故障分析

 

      数控机床刀库部分故障率相对较高,根据以往的工作经验,对斗笠式刀库在换刀过程中常见故障现象及原因总结以下几条:

 

      例1 故障现象:数控系统发出换刀指令,刀库不动作。

 

        

   

      例2 故障现象:刀库移动到主轴中心位置,但不进行接下的动作。

 

      原因分析:①检查刀库到主轴侧的确认信号传感器BE 是否良好?发送到数控系统PLC 中的信号状态是否正常?此故障现象多由于传感器不良造成;②如果传感器状态及信号都正常,请检查主轴刀具是否加紧?③检查主轴定位是否完成?④确认第一参考点返回是否完成?

 

      例3 故障现象:刀库从主轴取完刀,不旋转到目标刀位。

 

      原因分析:一般刀库的旋转电机为三相异步电动机带动,如果发生以上故障,要进行以下检查:①参照机床的电气图纸,利用万用表等检测工具检查电机的启动电路是否正常?②检查刀库部分的电源是否正常?交流接触器与开关是否正常?一般刀库主电路部分的动力电源为3 相交流380V电压,交流接触器线圈控制部分的电源为交流110V或直流24V,检查此部分的电路并保证电路正常;③如果在保证以上部分都正常的情况下,检查刀库驱动电机是否正常?④如果以上故障都排除,请考虑刀库机械部分是否有干涉的地方?刀库旋转驱动电机和刀库的连接是否脱离?

 

      例4 故障现象:主轴抓刀后,刀库不移回初始位置。

 

      原因分析:①检查气源压力是否在要求范围?②检查刀库驱动电机控制回路是否正常?刀库控制电机正、反转实现刀库的左、右平移,如果反转控制部分故障,容易出现以上故障;③检查刀库控制电机;③检查主轴刀具抓紧情况,主轴刀具抓紧通过加紧传感器D 发出回馈信号到数控系统,如果数控系统接受不到传感器D 发送的加紧确认信号,刀库不执行下面的动作;④检查刀库部分是否存在机械干涉现象。

 

      加工中心采用斗笠式刀库换刀,一般刀库的平移过程通过汽缸动作来实现,所以在刀库动作过程中,保证气压的充足与稳定非常重要,操作者开机前首先要检查机床的压缩空气压力,保证压力稳定在要求范围内。对于刀库出现的其他电气问题,维修人员参照机床的电气图册,通过分析斗笠式刀库的动作过程,一定能找出原因,解决问题,保证设备的正常运转。

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