1 、换刀系统故障原因分析
本台立式加工中心的正常换刀过程如下所述:在机床系统接到指令后,主轴回到换刀点的位置进行准停,之后刀库向右移动到主轴处将其上的刀具取下,当主轴上面的刀具进入刀库卡槽时,主轴向上移动脱离刀库,随后刀库旋转至对应刀号,将指令中所指定的刀具对准主轴正下方,主轴下移,使刀具进入主轴锥孔内,刀具夹紧后,刀库退回到原来位置,换刀过程结束。由上述得知,换刀的关键点是主轴必须准停,即其一是Z 向位置必须在换刀点位置,一般将 Z 向零点设为 Z 向换刀点,如若零点位置改变,则换刀点位置改变,无法换刀;其二是主轴端面键必须与X向平行,如若位置有偏差,也无法换刀。其它如刀库能否正常旋转选刀、气压是否足够等均换刀的必备条件。所以故障的原因应分析如下几个方面:
在刀库能正常旋转选刀、气压足够的情况下,应分析:
(1)手动方式下能否换刀;
(2)刀库是否可以正常移动;
(3)能否正常选刀;
(4)主轴准停后,Z 向的位置是否在之前设定好的换刀点的位置;
(5)系统中设置的换刀点的位置是否改变;
(6)主轴准停后,端面键是否与 X 轴平行。
2、 具体排查措施
(1)在“手动”方式下,按下换刀按钮,机床能够正常手动换刀。主轴内部的换刀缸没有问题。
(2)按下机床右侧的控制刀库气压缸的换向阀按钮,刀库可以正常地左右移动到位。说明此组系统不存在问题。
(3)在MDI 状态下,输入 M06 T01,系统在接收到换刀信号后,刀库旋转,只要安装在 1 号刀位上的圆形小凸块靠近(距离为0.3 mm 左右)无触点开关(接近开关),数控系统就默认为 1号刀,并以此为计数基准,“马氏机构”转过几次,当前就是几号刀。在没有刀具的情况下观察整个换刀过程是否能完成,结果在选刀环节刀库一直旋转。如果记忆初始位置的小凸块脱落或刀库的接近开关存在问题,系统便无法判断出指令中的刀具号,所以出现的问题就是系统一直处于选刀状态。经仔细检查,是刀库的接近开关脱落(如图1 所示)。
(4)将控制面板上的“主轴定向”键按下,发现主轴的两个凸出键并没有与 X轴方向平行,也就是主轴在定向后没有转到位。主轴准停的原理是本机床采用霍尔元件检测定向,引起主轴准停位置不准的原因可能是主轴准停装置电气系统参数变化、定位不牢靠或主轴径向跳动超差。首先检查外部硬件,并没有发现固定螺钉松动或定位键被损坏,即引起主轴准停错误的原因极有可能是电气系统参数发生了变化。通过查阅此台机床参数设置说明书可知制机床主轴定位的参数为主轴伺服驱动器的PA-39 号参数,参数的值上升越多主轴向反方向偏转的角度越大[3]。
(5)将铣刀柄装入主轴锥孔,Z 轴移动至换到平面,机械坐标显示值为 Z-104.6,手动将刀库缓慢靠近主轴,发现换刀点偏高(如图2所示),即换刀点位置发生了变化。换刀点位置与机床零点有关,此值在参数中设置,一经设置,在不重新设置的情况下便不会再改变。由于机床每次开机需进行回零的操作,当机床零点位置由于种种原因发生改变时,当前的换刀点便会和原设好的换刀点有误差。对于不需回零的机床刀库而言,即使机床的零点位置发生改变,也不会影响换刀点的位置,只是当机床的MOS电池不起作用、数据丢失的情况下才需要调整零点的位置,进而重新调整换刀点的位置。这台机床每次开机后需进行回零操作,所以问题显然是机床零点位置的变化导致换刀点位置发生了改变。
根据以上排查结果及故障原因,制定出如下解决方案:
首先调节主轴定向,将主轴伺服驱动器 PA-39参数改为 1 800后,主轴定向到位;其次在手动方式下,将刀库移动至接近换刀位置,观察主轴位置在哪
个点可正常换刀,经过测试换刀点在 Z-120.6 时合适,将机床的零点限位挡块向下移动 16 mm,使主轴在 Z-104.6 mm时可以到达换刀位置,经过调试主轴可以到达换到位置;最后将脱落的接近开关安装好(如图 3 所示)。
图3修复后的接近开关
维修结果:换刀过程可顺利完成(如图 4 所示)。
图4修复后可正常换刀