基于换刀流程图的斗笠式刀库故障维修

郑英

(湖南交通职业技术学院，湖南长沙410004)

立式加工中心通常采用斗笠式刀库，由于其性价比较高，特别是在经济型立式加工中心上得到了广泛的应用。据不完全统计，加工中心刀库故障约占其故障总量的40% 以上［1］，其工作是否可靠与高效，直接关系到加工的生产效率与质量。因此，探讨加工中心用斗笠式刀库的维修与保养具有现实意义。

1 斗笠式刀库的一般换刀流程

各厂家生产的斗笠式刀库结构大同小异，其换刀工作流程基本上可用图1 所示的流程图来表示。换刀过程是从已存贮在NC 中的用户数控程序(或MDI 方式下人工输入的换刀指令)的换刀指令开始，共约14 步才能完成换刀的全过程。其中有判断约8 次，报警约7 个。只有“机床在换刀点”判断没有报警，原因是该判断与刀库的工作关系不大，只与机床的坐标及系统的参数有关。除“机床在换刀点”判断外，其余7 次判断不满足时，均给出相应的换刀报警号。

值得注意的是:不同厂家生产的机床，其机械结构可能是不同的，但其刀库要完成的基本动作是相同或相似的，也就是流程图中所描述的流程是相同或相似的，但其报警代号可能不同，通常由机床厂家根据需要确定。所以在使用此流程图帮助维修斗笠式刀库的故障时，应只用文中的维修思想或方法，不一定用具体的内容。

图1 斗笠式刀库一般换刀流程图

2 故障维修实例

2.1 故障实例刀库简介

现以长征机床厂生产的立式加工中心(型号为KVC1200)为例，运用前述换刀流程图来探讨其在使用过程中刀库的常见故障及维修方法。

该机床采用的是台湾吉辅生产的T 型斗笠式刀库，库容20 把，无换刀机械手，采用固定刀座号的编码方式。对于此类刀库，主轴内刀具必须放回刀库后才能取下一把刀。其换刀流程如图1 所示。

该斗笠式刀库换刀故障有两种不同的形式:第一种故障属于刀库初始化故障，形式是主轴内的刀具号与刀库换刀位置对应的刀座号不相对应，换刀动作一切正常，这种故障一般为软故障;另一种故障形式是主轴内的刀具号与刀库换刀位置对应的刀座号相对应，但换刀动作不能完成，即换刀过程到某一步后突然停止，不再往下执行并报警。

2.2 典型故障案例

(1)主轴内刀号与刀库换刀位置刀座号不对应(初始化故障)

由于斗笠式刀库通常采用的是固定刀座号编码，当主轴内有刀时，对应刀具的刀座号应正好在刀库的换刀位置，但由于多种原因，可能使主轴内的刀具号与换刀位置对应的刀座号并不对应。

分析流程图可知:机床通常只能判断主轴内当前刀号与数控程序所选刀号是否一致，如果数控程序所选刀号在主轴内，将不会有换刀动作，机床直接开始加工;当数控程序所选刀号与主轴内原有刀号不一致时，机床必先换刀。如果刀具并不取自对应的刀座号时，机床将按流程正常工作，并不会出现任何报警，所有换刀动作均能完成，这对加工来说，将根本不能完成加工任务甚至直接导致加工产品报废。特别应注意的是:当数控程序所选刀号与主轴内原有刀号不一致时机床去换刀，如果刀库内在换刀位置的刀座号内又有一把刀，这一现象绝不允许发生，一旦发生对刀库来说将是破坏性的损坏。

图2 描述的是该机床经常出现的故障之一，即在开机后换刀时，程序里规定的刀号并不取自于对应的刀座号，而是与对应的刀座号相差一个固定的差值。图2 (a)中所示为1 号刀(方框中数字为刀具号)进入了5 号刀座(圆圈内数字为刀座号)，2 号刀进入了6 号刀座，即顺时针方向错开了4 个刀号。图2(b)显示1 号刀进入了5 号刀座，20 号刀进入了2号刀座，即刀库的旋转方向正好与要求的方向相反。

分析图2 (a)可知:系统把5 号刀座当成了1号刀座，6 号刀座当成了2 号刀座，其余类推。很明显，这种故障是因为刀座的初始化位置不对造成。解决的办法是:将一号刀座手动转到换刀位置，重新将刀库进行初始化设置即可排除故障。

分析图2 (b)可知:此时刀库的旋转方向刚好与正确的方向相反，这是由于刀库旋转电机的转向与要求的方向相反所致。解决的办法是:先将刀库旋转电机的三相电源任意交换两相，再将1 号刀座手动转到换刀位置，最后将刀库进行初始化设置即可排除故障。

图2 程序刀号与刀座号不对应故障图

(2)主轴准停后，刀库伸出后不换刀

这是该机床经常出现的故障，当数控系统执行换刀指令时，将按流程图依次执行各个步骤，到刀库伸出到位检查为止，机床不再往下动作。

分析换刀流程图可知，出现这一故障时，流程图前面的判断与选择已经完成，主轴已来到换刀点，并且实现了主轴准停，也只有这些条件完成才具备刀库动作的条件。导致这一故障的直接原因可能是刀库伸出有问题，故障原因主要包括刀库伸出的位置是否到位、到位行程开关是否有效、到位信号是否传回到PLC 3 种基本情况。

检查与维修这一故障的第一件事是在机床参数中找到刀库伸出到位信号地址，检测地址中反馈的数据是否有效。方法是找到对应的刀库参数后，将刀库人为地进行伸出与收回操作，检查刀库参数是否在“0”与“1”间变动，如果是，则说明此时刀库伸出信号已能正确检测，重启系统应能往下工作。如果刀库到位参数没能正确检测，则应检查到位行程开关是否有效，如果确认到位开关有效，但到位参数还是没能正确检测，则应检查从到位开关至PLC 信号采集模块的连接线，一切正常后通常故障即可排除。

(3)主轴下移取刀，但当主轴下移到下止点与刀库内刀具对准后，主轴内吹气不停，不抓刀，主轴也不上移

对照流程图1，到此步说明刀库选刀已经完成，下一步就是主轴下移准备抓刀。根据故障现象，主轴内锥面已经与刀柄外锥面配合，且主轴内吹出的压缩空气正把主轴内锥孔表面与刀柄表面吹干净，依流程图可知，下一步应为紧刀程序，即主轴内的刀柄拉杆在蝶形弹簧的作用下上移，从而通过刀柄拉钉把刀具拉紧在主轴内锥孔内。

分析故障现象可知，问题出在主轴内的刀柄拉杆没有把刀具上的拉钉拉紧，或者没有把拉紧信号传给PLC，从而使主轴内吹气不断。由于蝶形弹簧是在压下气缸的作用下把拉钉松开的，要想拉紧拉钉，必须使气缸收回，从而使蝶形弹簧作用而拉紧拉钉，所以此时应检测气缸能否正确回程。当气缸能正确回程后，蝶形弹簧自然就把拉钉拉紧，从而完成紧刀动作，之后即执行刀库收回过程，然后继续完成后续的换刀过程。

3 小结

从维修实例可知:依据斗笠式刀库的工作流程图，即可直接判断故障可能指向的部位或过程，再结合机械与电气原理，即可迅速完成刀库故障的维修与保养。

［1］郑英，刘让贤，王艳．基于流程图的加工中心模块化数控编程［J］．组合机床与自动化加工技术，2007(1):97－99．

［2］FANUC 0i MC 维修手册［M］．FANUC(中国)有限公司，2005．

［3］SIEMENS 802Dsl 参数说明书［M］．西门子自动化(中国)有限公司，2007．