基于HT665车铣复合加工中心刀库常见故障与维保方案研究
2024-7-10 来源：云南机电职业技术学院 作者：汤田 张强 陈锦麟
摘要 ：随着装备制造业机床的智能化程度越来越高，高端数控机床可控轴数也越来越多，逐渐出现了具有多种加工能力的复合机床。刀库在其使用过程中扮演着重要角色，且在频繁使用中不可避免地会出现各种各样故障，故障出现后如果未及时排除会严重影响零件的加工效率。文章通过对 EMCO HYPERTURN 665MC 车铣复合加工中心刀库常见故障的分析，结合实际情况对故障进行排除，分析刀库、机械手故障以及维修建议，为实际维修操作提供指导。
关键词 ：车铣复合加工中心 ；故障分析 ；排除措施
EMCO HYPERTURN 665MC 车铣复合中心是一种将车削、铣削、钻削、镗削、磨削等功能集于一身的复合型多功能数控机床，是专为满足高精度、高效率要求而设计和制造的超高性能加工设备。因此，对操作人员的要求进一步提高，不仅要求操作人员会操作机床，同时还要学会编程以及常见故障处理。刀库是EMCO HYPERTURN 665MC 车铣复合加工中心（以下简称“665MC 车铣复合加工中心”）的重要组成部分，在复杂的高精尖端零件加工过程中，运用刀具的种类复杂且繁多，刀具调用频繁，刀库不仅提高了零件的加工效率，也避免了人为换错刀出现零件报废甚至造成事故的情况。本文以 665MC 车铣复合加工中心为例，对刀库常见故障进行分析阐述，并提出行之有效的维保方案，为相关研究提供依据。
1、常见刀库分类
刀库种类繁多，常用刀库主要分为以下 3 类：斗笠式刀库（见图 1），圆盘式刀库（见图 2、图 3），链条式刀库（见图 4）。
图1 斗笠式刀库
图2 圆盘式刀库
图3 圆盘式刀库
图4 链条式刀库
1.1 斗笠式刀库
斗笠式刀库性价比高、结构简单、维护使用方便，但存放的刀具较少，适用于小批量生产，一般用于经济型加工中心。在换刀工作过程中整个刀库向主轴移动，主轴刀具进入刀库卡槽时，利用气动原理，主轴内部松刀机构打开推杆推出拉钉，主轴向上移动，刀具脱离。刀库转动到所需要的刀
具时，主轴向下移动，主轴内部推杆拉紧拉钉，刀具装入主轴内，刀库退回，换刀速度较圆盘式刀库、链条式刀库慢，且刀具长期放置在斗笠式刀库里，由于锥柄配合部分裸漏在无保护，锥柄部分很容易黏上切屑、切削液、灰尘等脏物，直接影响刀具的重复安装精度，从而影响零件的定位精度和加工精度。
1.2 圆盘式刀库
圆盘式刀库换刀过程主要通过机械手进行，又被称为机械手刀库或刀臂式刀库，有时也叫盘式刀库，具有换刀速度快的特点，与斗笠式刀库相比机构复杂、造价较高、刀库容量稍大，一般用于标准立式加工中心。使用过程中要注意装载刀具不能超过刀库的承受极限，防止甩刀事故发生；刀具长度不能超过刀库设定极限，防止和其他刀具发生干涉造成损坏。该刀库的主要工作原理是：刀库将刀具运转至相应刀号，推杆把刀具垂直推出与主轴平行，同步主轴下降或上升至机械手抓刀位置，机械手同步从刀库和主轴向下取刀，机械手旋转 180°把刀具同步向上送入刀库和主轴，刀库推杆收回，刀具由垂直恢复至与刀库主轴平行放置。
1.3 链条式刀库
链条式刀库的主要特点是：结构紧凑，刀库容量大，链条的形状可根据机床的格局制成相适应的的各种形状，且刀库数量可以根据加工或者机床的需要对链条长度进行增减，但不影响换刀速度。链条式刀库采用机械手换刀，换刀速度快，刀具保护性好，但价格较昂贵，一般在较高端的机床上配备。
2、665MC 车铣复合加工中心自动换刀系统的组成665MC
车铣复合加工中心的换刀系统，主要包括自动换刀装置（机械手）和控制系统两大部分。665MC 车铣复合加工中心采用的是链式刀库，换刀的主要步骤是：刀库将刀具运转至相应刀号，主刀塔旋转 90°使机械手与主轴、刀座轴线平行，液压缸完成沿主轴轴线和刀库刀座轴线上的拔刀动作，随后沿自身轴线旋转 180°，使两把刀交换位置，再次前移把即将使用的刀插入主轴，将使用过的刀归还刀库，恢复初始位置，完成换刀步骤。实现自动换刀需给定换刀指令，如 M06 T01D01 通过 CNC 系统命令 PLC 工作。在接收到程序指令后，PLC 根据控制与检测原件反馈的信息，转动刀库选择刀具，液压系统控制机械手臂完成换刀动作。
3、665MC 车铣复合加工中心换刀时刀库及机械手常见故障
刀库及机械手换刀装置在频繁使用过程中，由于诸多因素的影响可能出现各种故障，严重影响零件的加工效率。
3.1 刀库不转
665MC 车铣复合加工中心刀库为链式刀库，驱动主要靠电机带动链轮，链轮再带动链条使链条上的刀座进行运动。如果输入换刀指令或按下换刀按键，机械手有动作而刀库不运动，应从以下几方面排查故障：①接电动机主轴与链轮轴的联轴器是否有松动，如果有松动应紧固联轴器，磨损严重的情况下更换联轴器。②刀库电机是否能正常工作，如损坏需及时维修或更换。③电信号是否能正常稳定的输入，电压是否过低，变频器、继电器等装置是否工作，信号灯是否正常。如不正常需及时维修或更换电器元件（由于电器原件较复杂，原则上以更换为主）。④电网电压过低，以前电压不稳定时会出现刀库不转或转动缓慢的情况，现在随着国家电力系统的完善，此类情况很少见，应保证电网电压在 380V，最少不低于 370 V。
3.2 刀库正常转动但定位不准
产生这种情况，首先可以排除电信号或者电气系统产生的故障，重点排查以下几种故障：①刀库电动机转动故障。主要存在于电动机输出的转角上，需要重新设定维修。②传动机构误差，主要需要定期检查刀库的传动，包括重复定位精度、双向来回换刀定位精度等。当刀库传动精度超出偏差时，需要及时检修。③刀库电机制动系统故障，需要及时调整制动器螺钉。
3.3 刀库监测系统报警或刀库不运行
产生这种情况要依次排除以下几种故障：
①刀库门未关闭或未关紧（见图 5），此时关紧刀库门让检测机构检测到刀库门已关好。②推刀杆未复位（见图 6），当利用推刀杆拆卸刀具后，没有把推刀杆拉回原来位置而产生报警，此时把推刀杆恢复到原来位置即可（见图 7，推杆指示灯亮起说明推杆已复位）。③换刀模式选错或换刀指令错误，需仔细检查操作过程。④通道选错，本应选择通道 1 却选成了通道 2，需切换通道。
图5 刀库门未关闭
图6 推杆未复位
图7 推杆复位
3.4 机械手故障
机械手常见故障有以下几种：①机械手臂抓空，机械手不到位。产生这种情况可能是出现了换刀中断，或是机械手长时间累计误差所致，此时可以通过机械方式解决。在刀库顶部有 1 个凸轮机构，通过插入内六角扳手旋转凸轮机构转动机械手臂，使机械手臂复位，检测信号灯由红色变为绿色证明旋转到位。②机械手掉刀。主要检查机械手臂锁紧机构是否有松动，如果有松动需进行调整，然后考虑刀具是否过重，超过了机械手最大夹持重量。③机械手卡爪夹刀后不松刀，可能是因为锁紧机构过紧，需调松。④机械手运动过慢，此时需要检测气动系统的压力和流速，是否有泄漏，通过听主轴换刀机构的气压声音可以判断是否正常。
3.5 上刀塔松刀故障
上刀塔主轴松刀故障也比较常见，主要表现在机械手抓取主轴刀具时主轴不松刀，或者机械手装刀时主轴不拉刀。可能出现的故障原因及解决方法如下：①主轴未接收到松刀信号。需要检查感应开关是否正常，不正常情况下需要更换。②检查液动电磁阀液压回路是否正常、有无渗漏等现象，如果有需及时更换。③顶杆是否弯曲变形，锁紧机构是否能正常工作，弹簧卡头的弹力是否在合格范围内。此类问题属于机械故障，比较直观，便于维修或更换。④气压不够，主轴管壁太脏太粘稠，需要调整气压，清洁主轴。
3.6 刀库乱刀故障665MC
车铣复合加工中心下刀塔是 12 刀位标准 VDI30的车削中心刀塔，一般不会出现乱刀，上刀塔只有 1 把刀，配备刀库为链式刀库。所以，在换刀过程中遇到突然断电或者突然中断就可能出现乱刀现象（刀库换刀位置与系统刀号不一致，或者主轴上刀具与系统刀号不一致）。此时应采取以下办法解除故障：①重启机床，刀架、刀库回零；②在系统数据寄存器中更改刀具数据。
4、665MC 车铣复合加工中心刀库的维保方案
刀库是机械零件加工中使用非常频繁的一个装置，在提高生产效率的同时，故障率也不低，可以说机床的一半故障可能出在刀库上，所以刀库和机械手的维护与保养显得尤为重要。在刀库的维护保养过程中要做到以下几点：①根据刀库容量与规格选择刀具，严禁把超长、超重的刀具放入刀库，防止刀具相互干涉或掉刀。②刀库装刀时，尽量通过主轴和机械手进行刀具入库，防止刀库乱刀，如果要在刀库直接装刀则需要仔细检查，避免刀库上的刀和系统刀号不对应造成事故；装刀时要把刀具安装到位，并检查锁紧装置是否牢固可靠，避免甩刀现象。③开机前检查刀库是否正常，回零后检查零位是否正确。④刀库清洁时尽量用吸尘器，少用气枪，防止铁屑吹进机械、电器元件内造成故障。保持刀具刀柄及刀座清洁，防止生锈。⑤开机时，机械手、上刀塔回零后需空运行、试换刀。检查各电器、机械元件是否正常，一旦发现不正常要及时处理。
5 结语
665MC 车铣复合加工中心是世界上最先进的车铣复合加工中心之一，其中，上下刀塔是使用最频繁的两部分，也是车铣复合加工中心最关键的组成部分，其产生的故障直接影响零件的加工效率和机床的使用效率。本文主要通过分析刀库、机械手等电器、机械部件在使用期间易出现的故障，常见的故障形式，提出解决故障的措施并开展深入探索与研究，为保证车铣复合加工中心刀库的正常运行提供参考，并为相关研究提供一定的实践依据。
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