加工中心刀具交换的故障排查探讨

刘森忠，胡小兵

（南昌大学科学技术学院，江西 南昌 330029）

1 前言

随着数控技术的发展，数控加工中心在现代机械加工中起着愈来愈重要的作用，而刀具交换装置又是加工中心的重要功能部件之一，其功用是减少加工过程中的非切削时间，提高生产率，降低生产成本，因在加工过程中刀具交换装置需要频繁的运作，从而其发生故障的频率也会大大的提高。文章基于Fanuc 0i系统的机床，论述了加工中心刀具交换过程的故障排查。

2 选刀

2.1 选刀需满足的条件

机床上电，并且CNC准备好；无急停输入；所选刀具号与刀库最外端刀仓中等待换刀的刀具号不同；PLC程序处理的各种数据正确（“R503.0”为“0”）。如斗笠盘式刀库还要满足：Z轴上升到“换刀顶点”，即第三参考点并停止运动后；主轴定向完成；刀盘前进（伸出）到位，即“X8.0”为“1”；刀仓抬起到位（即“X8.1”为“1”适用于凸轮链式刀库）。

当上述条件满足时，在MDI方式下，编辑T代码，如：T8。按“循环启动”键，进行选刀。斗笠式盘式刀库由于结构的限制，先执行的T代码数据被存储起来，在换刀过程中，当Z轴上升到“换刀顶点”时，执行选刀动作。

2.2 不能选刀

不能选刀时，首先应检查刀库正转选刀输出“Y2.2”，反转选刀输出“Y2.3”为“1”时是否有直流+24 V输出。无输出，表示内部输出光电转换电路损坏；如有输出，表明内部输出正常，可进行下一步排查。

有直流+24 V输入时，下一步应检查集成电路板上的继电器是否吸合。当发现不吸合时，可能是继电器线圈损坏或没有DC24 V电源输入，可用万用表或指示灯进行检查；如吸合，表明外部接线正常，则进行下一步排查。

排查到此时还未发现问题时，应继续检查交流接触器是否吸合。如发现不吸合，表示交流接触器线圈损坏或没有AC110V电源输入，可用万用表或指示灯进行检查具体问题位置；如吸合，表明内部控制接线正常，此时进行下一步检查。

最后检查电机端电源，检查空气开关有无跳闸、电源缺相等。如还有问题，说明线路控制完全正常，电机有可能烧坏。若将电机脱离机械后，电机能转表示与电气无关，应检查机械部分。

2.3 选刀不准确

2.3.1 斗笠盘式刀库

首先，检查交流接触器是否有粘连现象，如有则应更换。接触器没有问题，再检查机械机构是否有磨损，如有则维修机械传动及刹车机构。最后，在PMCPRM功能画面中检查以下设置：（进行修改时，一定要压下急停开关）D502：新选的刀号；N015：C56为刀库总容量。例如，12位刀库就将其设为12，C58为当前刀库最外面的刀仓号。

2.3.2 凸轮链式刀库

首先，检查交流接触器是否有粘连现象，如有则更应换。接触器没有问题，再检查机械机构是否有磨损，如有则维修机械传动及刹车机构。最后，查看刀库管理数据是否混乱，如是则重新预置管理数据。

凸轮链式刀库具有预选刀功能，在选刀的时候，可先执行T__代码再执行M06代码，在T代码和M06代码之间可以有别的程序。只有选刀完成时，系统才能够读取新的T代码，并重新进行选刀，若刀盘正在选刀中，输入新的T代码，将出现1512号报警（A15.7，CONCATENATION SELECT TCODE EXCESS ONE；在选刀过程中读入了新的T代码）。

3 自动换刀

3.1 查看自动换刀子程序O9001（即M06调用的程序）

在查看自动换刀子程序时需要注意：在机械坐标系G53中不能设数值；执行刀具交换后，程序自动定义成G53、G49、G90代码；O9001、O9002程序是自动换刀和单步换刀的子程序，不可轻易改动，否则将导致自动换刀M06指令和单步换刀M11指令不能正常执行或机械手误动作。

3.2 自动换刀被异常中断（M06没完成），手动恢复刀盘步骤

3.2.1 系统没有断电时

根据报警信息提示排除相关故障，不要执行手动回参考点和主轴定向，选择手动数据输入（MDI）方式，编辑M11代码，按“循环启动”键，将单步执行O9002程序恢复刀库，待恢复完成后，按照正常操作程序进行机床操作。

3.2.2 系统断电时

机床重新上电后，根据报警信息提示排除相关故障，不要执行手动回参考点和主轴定向，选择手动数据输入（MDI）方式，编辑M11代码，按“循环启动”键，将单步执行O9002程序恢复刀库。

在下一次换刀时，正对主轴的刀仓内不能有刀具。若有刀具将PMC参数D800由“0”改为“1”，将Z轴移动到最高点后（当刀盘伸出时刀柄与主轴不干涉为标准），手动按下刀盘前进电磁阀（位于机床左侧立轴上或防护罩上的气动三元件安装板上）上的手动按钮（通常位于阀休的上部，为红色或黑色）接通刀盘前进电磁阀的气路使刀盘前进，刀盘前进到位后手动取下正对主轴的刀仓内的刀具；再手动按下刀盘后退电磁阀（与刀盘前进电磁阀一体）上的手动按钮（通常位于阀体的上部，通常为红色或黑色）。接通刀盘后退电磁阀的气路使刀盘后退，在刀盘后退到位后将PMC参数D800由“1”改为“0”。在进行此项操作时气路气压必须保持在0.5～0.6 MPa之间，同时气路必须处于畅通状态。当使用电动刀库时，在下一次换刀时正对主轴的刀仓内不能有刀具。若有刀具将PMC参数D800由“0”改为“1”，将Z轴移动到第三参考点后（MDI方式下编辑“G30 P3 Z0；”并运行），JOG操作方式下手动按下操作面板上的刀盘前进后退按钮使刀盘前进，手动取下正对主轴的刀仓内的刀具；在JOG操作方式下手动按下操作面板上的刀盘前进后退按钮使刀盘后退。在刀盘后退到位后将PMC参数D800由“1”改为“0”。检查PMC诊断X8.2是否为“0”，若为“1”点动控制柜内的KM11使刀盘旋转直到X8.2由“1”变为“0”。

最后，检查PMC参数C56中的值是否与正对主轴的也仓号一致，若不一致将此参数改为一致。

4 结束语

遇到加工中心换刀故障时，因先查明故障原因及部位，做好参数备份，不可随意改动机床系统参数，在进行故障排查应走一步观察一步，待安全后再走下一步，注意人身及设备的安全。

[1]戚洪利.自动换刀装置及其控制的研究[D].兰州理工大学生，2007.

[2]朱文艺，张庆乐.数控加工中心自动换刀机构动作过程及控制原理研究[J].武汉工程职业学院学报，2009，21（1）：5-9.

[3]谭光恒.大型刀库及自动换刀装置的研制[J].机械工程师，2010，（7）：40-41.