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1、加工中心刀库分类、特点及典型故障分析,中航工业西航设备部 赵臣,一、刀库的分类及特点二、刀库典型故障分析,2,讲课课件,一、刀库的分类及特点,1、按机械结构划分：,按机械结构 划分,3,讲课课件,1.1、盘式刀库,4,讲课课件,盘式刀库其特点是：结构紧凑，但因刀具单环排列，定向使用率较低，大容量刀库的外径较大，转动惯量大，因此这种刀库容量较小，一般不超过32把刀。其应用一般是在小型加工中心上。 在刀库刀具容量小的情况下，其选刀运动时间短，效率高，换刀可靠性较高。,5,讲课课件,1.2、链式刀库,6,讲课课件,特点：,链式刀库容量较大，当采用多环链式刀库时，刀库的外形较紧凑，占用空间小，适合做大
2、容量刀库。基于这些优点，链式刀库在加工中心应用的非常广泛。,7,讲课课件,2、按换刀方式划分：,按换刀 方式划分,8,讲课课件,2.1、主轴直接取刀换刀方式,9,讲课课件,10,讲课课件,11,讲课课件,A,B,Z2,12,讲课课件,13,讲课课件,14,讲课课件,15,讲课课件,换刀示意图,直线导轨,16,讲课课件,2.1、主轴直接取刀换刀方式,主轴直接换刀取刀方式一般应用在盘式刀库上，无机械手的盘式刀库俗称斗笠式刀库，其结构简单，成本较低，而且容易控制。因而在小型加工中心得到广泛的应用。这种刀库的特点是刀库具有前后两个位置，刀库前位时刀库最外的刀具正好与主轴套在同一条轴线上。通过气动或者液
3、压装置使刀库在两个位置上前后移动，通过两个行程开关确认刀库的前后位置。这种刀库另外一个特点是采用固定刀位管理，即每个刀套只用于安装一把固定刀具。固定刀位换刀过程需要两次完成，首先把主轴的刀具放回刀具的原来位置，然后再从刀库中取出要选择的刀具，这样换刀效率低，一般用于刀库容量比较少的刀库选刀控制。 其主要缺点是：容量小，在换刀抓松刀过程中主轴会对刀库刀盘有一定挤压力，容易造成刀库旋转体变形、断裂等现象。,17,讲课课件,2.2、机械手换刀方式,带机械手的刀库，换刀速度快，在零件程序运行的同时，刀库可以将下一把刀具提前转到换刀位置。换刀指令生效后，机械手将主轴刀套内的刀具与刀库换刀位置刀套内的目标
4、刀具直接交换。在整个换刀过程中对刀库冲击小， 带机械手的刀库增加了机械手的控制，因而相关的PLC应用程序也相对复杂，机械手的控制方法因厂家不同，通常采用以下几种控制方式：液压控制、异步电机控制、凸轮控制机械手 机械手换刀由于其在换刀过程中动作较多，使其换刀故障率较高，排故过程较复杂。,18,讲课课件,2.2、机械手换刀方式,19,讲课课件,程序给出指令开始换刀 换刀动作步骤： 1.主轴定向并移动到换刀点位置,同时刀库旋转到需要更换的刀具位置。 2.机械手1移向刀库侧进行1号卡爪抓刀动作。,3.机械手1在气缸/液压缸驱动下伸出，进行在刀库刀套内拔刀动作。 4.换刀机械手大臂翻转。由平行于刀套方向
5、翻转为平行于主轴。,5.机械手2向主轴侧移动，执行2号卡爪抓刀动作。 6.机械手2在气缸/液压缸驱动下执行主轴侧卸刀（拔刀）动作。,7.机械手大臂旋转180度，完成机械手1/2位置替换动作。 8.机械手1缩回，执行在主轴上装刀动作。,9.机械手1移出，1号卡爪离开主轴上刀具。 10.换刀机械手大臂翻转。由平行于 主轴方向翻转为平行于刀套方向。翻转过后2号卡爪刀具正对刀库空刀套。,11.机械手2缩回，执行刀库内装刀动作。 12.机械手2移动，2号卡爪离开刀套。换刀完成,20,讲课课件,按照刀具管理方式划分,随机刀位管理刀库,固定刀位管理刀库,21,讲课课件,3.1、固定刀位管理方式,固定刀位管理
6、是在加工前，将加工所需要的刀具依照工艺次序插入刀库刀套中，顺序不能有差，每一个刀具只对应一个刀套。加工时按照固定刀的位置进行调刀，还刀。 如：1号刀具对应安装在1号刀套内，20号刀具对应安装在20号到套内。在换刀过程中，如果主轴是1号刀需要更换20号刀具时，首先需要刀库转动到1号刀套位置进行1号刀具的还刀动作，还刀后刀库转动到20号刀具再进行取刀动作。不管一个刀具被调用多少次，其刀具、刀套对应位置都不会改变。 按固定刀位管理的刀库一般使用在容量较少的刀库上，其特点是刀具管理简单，换刀设计控制容易。,22,讲课课件,3.2、随机刀位管理方式,随机刀位管理刀库中刀具排列的顺序与工件的加工顺序无关。
7、换刀过程中主轴上刀具就近放入刀库内空刀套上，通过计算确定刀库中刀具与实际刀套对应位置，在换取刀具时刀库直接转动到相应刀套位置进行换刀动作。 其特点是：换刀速度快，同一把刀每次换刀对应的刀套位置不确定，刀库管理复杂。,23,讲课课件,二、刀库典型故障分析,24,讲课课件,一、常见自动换刀装置实例 实际中加工中心刀库及换刀机械手结构较复杂，且在工作中又频繁运动，所以故障率较高，目前机床上有50以上的故障都与之有关，如刀库运动故障，定位误差过大，机械手夹持刀柄不稳定，机械手动作误差过大等，这些故障最后都造成换刀动作卡位，整机停止工作。因此刀库及换刀机械手的维护十分重要。,25,讲课课件,刀库及换刀机
8、械手的维护要点 严禁把超重、超长的刀具装入刀库，防止在机械手换刀时掉刀或刀具与工件、夹具等发生碰撞。 顺序选刀方式必须注意刀具放置在刀库中的顺序要正确，其他选刀方式也要注意所换刀具是否与所需刀具一致，防止换错刀具导致事故发生。 用手动方式往刀库上装刀时，要确保装到位，装牢靠，并检查刀座上的锁紧装置是否可靠。 经常检查刀库的回零位置是否正确，检查机床主轴回换刀点位置是否到位，发现问题要及时调整，否则不能完成换刀动作。 要注意保持刀具刀柄和刀套的清洁。 开机时，应先使刀库和机械手空运行，检查各部分工作是否正常，特别是行程开关和电磁阀能否正常动作。检查机械手液压系统的压力是否正常，刀具在机械手上锁紧
9、是否可靠，发现不正常时应及时处理。,26,讲课课件,刀库故障 1.刀库不能转动的原因可能有：,联接电机轴与蜗杆轴的联轴器松动； 变频器故障，应检查变频器的输入、输出电压是否正常； PLC无控制输出，可能是接口板中的继电器失效； 机械连接过紧； 电网电压过低。,2.刀库转不到位的原因可能有：,电动机转动故障，传动机构误差。,3.刀套不能夹紧刀具原因可能是,A.刀套上的调整螺钉松动。 B.拉刀机构弹簧太松，造成卡紧力不足。 C.松刀机构回退故障。 D.刀具超重。,4.刀套上下不到位原因可能是,A.装置调整不当或加工误差过大而造成拨叉位置不正确。 B.限位开关安装不正确或调整不当而造成反馈信号错误。
10、,27,讲课课件,5.刀具夹紧后松不开,A.松锁的弹簧压合过紧或碟簧断裂，导致刀杆伸缩量不够。 B.松刀压力不够。 C.松刀缸故障等。,6.刀具交换时掉刀,A.换刀时主轴箱没有回到换刀点或换刀点漂移，机械手抓刀时没有到位，就开始拔刀，都会导致换刀时掉刀。这时应重新移动主轴箱，使其回到换刀点位置，重新设定换刀点。 B.机械手或刀库内卡到爪夹紧力不够。,28,讲课课件,二、刀具表的建立与调整 如果是在SIEMENS操作系统的设备上出现刀库乱刀情况，以SIEMENS-840D操作系统为例：可根据以下示例，进行刀库调整。,29,讲课课件,移动刀具,MDI: $TC_MPP69998,1=0,刀具管理,
11、本地缓存,重置,开始,刀具列表,本地号,刀具名称,刀沿号,刀具类型,30,讲课课件,新建刀具,装载,寻找本地空刀位,开始,31,讲课课件,新建刀具,刀具列表,32,讲课课件,故障1、刀库乱刀 故障：HMC1000换刀时出现显示刀位号和实际不一致 刀库形式：带机械手链式刀库、刀具管理方式为随机刀位管理。 故障形式：刀具对应刀库位置错乱故障。 操作系统：FANUC系统 这个故障实际上就是刀具识别错误，在PLC内部设置的刀号数据表始终与刀库的实际位置相对应，对刀具的识别实质上转变为对刀库位置的识别，当刀库旋转时，每个刀座通过换刀位置（基准位置）产生一个脉冲信号送至PLC作为计数脉冲，同时在PLC内部
12、设置一个刀库位置计数器，当刀库正转时，每发一个脉冲使计数器加一计数，当反转时，每发一个脉冲则计数器减一计数，计数器的计数始终在刀库容量值之间循环，而通过换刀位置时的计数值（当前值）总是指示刀库的现在位置。当出现故障时，可根据PLC程序来确定计数器的计数值是放在哪个寄存器里，然后通过显示介面调出C参数把计数器值改为和实际位置一致便可排除故障。,33,讲课课件,故障2、换刀动作中断 故障：米克朗加工中心的换刀故障 故障现象：换刀中止，无法继续进行换刀。 刀库形式：带机械手链式刀库、刀具管理方式为随机刀位管理。 故障形式：由于各种原因造成的换刀动作中断。 分析处理： 此设备的刀库动作是气压动力，所以
13、换刀中止的绝大因素是因为气压阻塞，并无法手动还原原始位置，即使还原了初始位置，有可能系统记忆了错误的换刀位置从而再次停止报警，所以就要进行刀库初始化。依照刀库操作手册将刀库门打开，将magazine panel下面的板子拆除后发现一个传感器盒，按住上面的Teach按钮后待其上面红灯闪烁，后将机械手臂手动开出待红灯闪烁50下之后，再将机械手臂手动返回，此时等机械臂走完全程（机械臂慢速推出、退回，停到中间位置），上述过程手动时Teach键不能松开，而且手动操作刀库时需要输入密码：250258，至此刀库机械臂的初始化完成。,34,讲课课件,故障3、换刀动作中断 在换刀中断故障排除过程中，我们首先需要
14、将刀库机械手的各个位置还原到正常位置。之后还要对刀表内主轴以及机械手上刀具进行核对设置。避免再次换刀中出现撞刀、乱刀现象。一般加工中心上都有手动进行换刀动作的操作，在排故过程中，主要是依靠手动操作刀库来进行还原刀库机械手正常位置。 以SAJO12000加工中心换刀中断恢复正常位置为例：,35,讲课课件,2、换刀动作中断 SAJO12000加工中心 换刀手动操作：,注意！ 在手动进行刀库恢复时，一定要注意刀库各动作的顺序，防止出现手动操作时撞击、飞刀等现象。,36,讲课课件,2、换刀动作中断,注意！ 在手动进行刀库恢复时，一定要注意刀库各动作的顺序，防止出现手动操作时撞击、飞刀等现象。,37,讲
15、课课件,故障4、加工中心自动换刀过程中常见故障的诊断与维修 1.故障现象：某加工中心采用凸轮机械手换刀，换刀过程中 ，动作中断，发出2035#报警，显示内容：机械手伸出故障。 2.分析过程：根据报警内容，机床是因为无法执行下一步“从主轴和刀库中拔出刀具”，而使换刀过程中断并报警。机械手未能伸出完成从主轴和刀库中拔刀动作。,38,讲课课件,3. 产生故障的原因及处理： (1)“松刀”感应开关失灵，在换刀过程中，各动作的完成信号均由感应开关发出，只有上一动作完成后才能进行下一动作。第3步为“主轴松刀”，如果感应开关未发信号，则机械手“拔刀”就不会动作。检查两感应开关，信号正常。 (2)“松刀”电磁
16、阀失灵，主轴的“松刀”，是由电磁阀接通液压缸来完成的。如电磁阀失灵，则液压缸未进油，刀具就“松”不了。检查主轴的“松刀”电磁阀动作均正常。 (3)“松刀”液压缸因液压系统压力不够或漏油而不动作，或行程不到位，检查刀库松刀液压缸，动作正常，行程到位；打开主轴箱后罩，检查主轴松刀液压缸，发现也已到达松刀位置，油压也正常，液压缸无漏油现象。 (4)机械手系统有问题，建立不起“拔刀”条件，其原因可能是：电机控制电路有问题。检查电动机控制电路系统正常。,39,讲课课件,(5)主轴系统有问题，刀具是靠碟簧通过拉杆和弹簧卡头而将刀具柄尾端的拉钉拉紧的；松刀时，液压缸的活塞杆顶压顶杆，顶杆通过空心螺钉推动拉杆
17、，一方面使弹簧卡头松开刀具的拉钉，另一方面又顶动拉钉，使刀具右移而在主轴锥孔中变“松”。 主轴系统不松刀的原因有以下5点： 刀具尾部拉钉的长度不够，致使液压缸虽已运动到位，而仍未将刀具顶“松”； 拉杆尾部空心螺钉位置起了变化，使液压缸行程满足不了“松刀”的要求； 顶杆出了问题，已变形或磨损； 弹簧卡头出故障，不能张开： 主轴装配调整时，刀具移动量调得太小，致使在使用过程中一些综合因素导致不能满足“松刀”条件。,40,讲课课件,4.处理方法：拆下“松刀”液压缸，检查发现：这一故障系制造装配时，空心螺钉的“伸出量”调整得太小，故“松刀”液压缸行程到位，而刀具在主轴锥孔中“压出”不够，刀具无法取出。调整空心螺钉的“伸出量”，保证在主轴“松刀”液压缸行程到位后，刀柄在主轴锥孔中的压出量为0.40.5mm。经以上调整后，故障排除。,41,讲课课件,谢谢,42,讲课课件,