工作研究
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宁 钊 薛虎成 屈蓬勃
（庆安集团有限公司，陕西 西安 710000）
本文以某型数控立式加工中心采用的圆盘式刀库为例，介绍一下圆盘式刀库工作原理及常见故障分析。 圆盘式刀库的结构特点 圆盘式刀库通常应用于小型立式加工中心，结构简单、便于维修。刀库容量通常为“15-30”把刀具，本机床刀库容量为24把刀，搭配换刀机械手进行刀具交换。刀套上下翻转依靠液压缸驱动完成，机械手旋转换刀动作由机械手电机带动凸轮机构完成。刀库选刀原理为：1号刀套为基准刀套，采用随机换刀方式，即将从主轴换下来的刀具直接放入圆盘式刀库的空刀套中，数控系统刷新生成新的刀库表，实时记录刀套与刀具之间的对应关系。另外由于圆盘式刀库的刀柄在刀库放置时7:24锥面 是敞开式的，无保护，时间长了或者工作环境恶劣，锥面容易被污染，影响刀具的重复安装精度，同时应注意刀库中的刀具应该在刀盘周围均匀放置，尽量使刀库受力均匀，以减少故障发生，延长刀库使用寿命。 本机床机械手采用的是凸轮联动式单臂双爪机械手，这种机械手结构由电机直接驱动，不需要较复杂的液压系统及密封、缓冲装置，没有漏油现象，可靠性高。机械手臂的旋转、拔刀、插刀动作是联动的，可缩短换刀时间。由机械手电机旋转带动机械手凸轮机构，依次完成机械手正转75°抓刀，机械手臂下落拔刀，机械手旋转180°，机械手上升插刀，机械手反转75°复位，从而机械手完成一次换刀循环。机械手凸轮机构由曲线凸轮和6个机械手滚轮组成，从而把机械手电机的旋转运动转化为机械手臂的旋转运动和上下运动。 此机床主轴松拉刀机构是由电磁阀控制的液压回路作用，推动松拉刀液压缸活塞与碟簧动作来完成拉刀松刀动作。拉刀时电磁阀YV1失电，油缸上腔接回油，下腔接压力油，活塞向上运动，带动拉杆向上移动，从而使拉抓进入刀柄尾部拉丁环槽内，将刀具刀柄拉紧，松刀时，电磁阀YV1得电，油缸上腔接压力油，下腔接回油，活塞向下运动，推动拉杆下移，将拉抓推至主轴孔径较大处可以松开刀柄拉钉。机床通过在拉杆上下移动的合理位置安装感应开关，可以检测主轴松拉刀状态是否正确，避免误动作。 机床换刀过程简介 本机床换刀过程如下： 1、机床Z 轴、Y 轴移动到换刀点，刀库旋转，按照系统指令准备待换刀具至交换位置 2、主轴定向 3、刀库门打开 4、机床X 轴移动至换刀点 5、刀套翻转油缸动作，待换刀具刀套由水平位置翻转至垂直位置 6、抓刀：机械手电机得电带动机械手正向旋转75°，同时抓住主轴刀具和刀库待换刀刀具 7、主轴松刀：主轴松拉刀油缸下降推动拉杆，使弹簧夹头松开刀具拉钉 8、拔刀：机械手下降，同时将主轴和刀库刀
具拔出 9、换刀：机械手旋转180°，主轴刀具和机械手刀具交换位置 10、插刀：机械手上升，同时将原主轴刀具送回刀库和将刀库待换刀具送入主轴 11、主轴拉刀：主轴松拉刀电磁阀失电，拉抓在弹簧作用下锁紧刀具 12、复位：机械手反转75°至初始位置，刀库刀套翻转至水平位置，刀库门关闭，机床离开换刀点，机床换刀完成。 故障实例与诊断维修 该立式加工中心多次发生换刀故障，以下就其中比较典型的案例进行分析。 故障1：该加工中心在换刀过程中动作中断，并报警：2020 OPM26 SPINDLE TOOL UMCLAMP/CLAMP LIMIT SWITCH AL 故障现象：机械手将刀具送入主轴和刀库刀套中，换刀停止并报警 故障诊断：通过观察现场，我们可以确认换刀故障发生在换刀第10步或者换刀第11步，报警提示主轴松拉刀信号有问题，打开PMC 状态诊断画面，检查主轴有刀锁紧信号，发现信号为0，
由此我们分析故障原因可能是： 1、拉刀感应开关失灵或者线缆损坏。在换刀过程中，系统判定各动作的完成均需要相关感应开关信号，只有上一步动作完成信号系统接收到后，才能有下一步动作，若没有接收到完成信号，则换刀停止，机床报警。 2、松拉刀电磁阀失灵。我们知道该机床拉刀时电磁阀失电，油缸上腔接回油，下腔接压力油，活塞向上运动，带动拉杆向上移动，从而使拉抓进入刀柄尾部拉丁环槽内，将刀具刀柄拉紧，如若电磁阀失灵，活塞无动作，则主轴拉刀无法完成。 3、拉抓位置调整不佳。当拉抓位置调整不佳时，拉杆向上移动到将刀具拉紧时感应开关仍无法触发感应，机床报警。 故障处理：保护好主轴刀具，手动方式下松开机械手电机抱
闸，将机械手旋转至初始位置，检查主轴刀具状态，发现刀具已拉紧，主轴手动方式松拉刀，发现偶尔还是有报警，初步判定，拉杆位置与感应开关配合不佳，维修方案有两种：一是调整松拉刀感应开关位置，使之与拉杆配合良好。另一种是调整主轴拉爪，从而改变主轴紧刀时拉杆的位置，使之与感应开关配合良好。在使用第二种方法时应注意，一定要保证主轴松拉刀能够安全可靠的实现，不能因为调整拉抓过多而造成拉抓对刀具的干涉或者主轴拉不紧刀具。本机床由于采用电主轴，整体护罩，调整感应开关位置拆卸工作量大，故障停机时间较长，故采用第二种方案，
重新调整拉抓，机床恢复正常。 故障2：偶发性机械手抓刀不成功，无报警 故障现象：机械手抓刀失败，换刀停止，机床无报警 故障诊断：通过观察现场，我们可以确认换刀故障发生在换刀第6步，现场情况为机械手卡爪定位块与主轴刀具定位槽位置不啮合，抓刀失败。初步判断为主轴定向不好，需要重新调整，重新调整后，换刀故障依然偶有发生且状态和之前一样，由此判定机床主轴定向不准，有漂移现象。由此我们分析故障可能原因
如下：1、电主轴编码器故障；2、电主轴反馈电缆性能不良；3、主轴放大器故障。 故障处理：按照先外围后内部的原则，首先更换电主轴反馈电缆，返现主轴定向漂移现象消除，确认电缆损坏。更换电缆后，
重新调整主轴定向参数，本机床采用的是FANUC 0IC 系统，调整步骤如下： 1、将机床移动至换刀点，
主轴定向，打开刀库门 2、手动将刀具装至机械手卡爪上，打开机械手抱闸，采用手动方式将刀具送往主轴
旋转机械故障诊断3、根据刀具卡槽位置在主轴上做好标记，将机械手、刀库均复位，取下手动安装到机械手卡爪上的刀具
4、MDI 方式下，打开参数写保护，调整主轴定向参数4077#，关闭参数写保护，输入主轴定向指令M19，使得主轴定向位置与
标记位置一致。试换刀正常后机床恢复。 结束语： 刀库及换刀装置结构较为复杂，且在工作中动作频繁，所以
故障率较高。我们在处理加工中心换刀故障时，首先要清楚设备换刀流程，故障发生在那一步，再根据故障现场状态和机床报警
信息分析可能导致报警的原因，按照由外到内，由易到难的常用维修原则，快速准确的判断出故障原因，恢复设备正常运行。
参考文献： [1]BEIJING-FANUC 0I-C 参数说明书 B-64120C/02.
[2]韦伟松 .数控机床故障诊断与维修. 作者简介： 宁钊（1983-），男，汉族，陕西咸阳人，大学本科，工程师，
研究方向：数控设备管理与维修。 薛虎成（1985-），男，汉族，陕西咸阳人，大学本科，工程
师，研究方向：数控设备管理与维修。 屈蓬勃（1969-），男，汉族，陕西西安人，技师，研究方向：
数控设备维修。
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