加工中心刀具交換的故障排查探討

劉森忠，胡小兵

（南昌大學科學技術學院，江西 南昌 330029）

1 前言

隨著數控技術的發展，數控加工中心在現代機械加工中起著愈來愈重要的作用，而刀具交換裝置又是加工中心的重要功能部件之一，其功用是減少加工過程中的非切削時間，提高生產率，降低生產成本，因在加工過程中刀具交換裝置需要頻繁的運作，從而其發生故障的頻率也會大大的提高。文章基于Fanuc 0i系統的機床，論述了加工中心刀具交換過程的故障排查。

2 選刀

2.1 選刀需滿足的條件

機床上電，并且CNC準備好；無急停輸入；所選刀具號與刀庫最外端刀倉中等待換刀的刀具號不同；PLC程序處理的各種數據正確（“R503.0”為“0”）。如斗笠盤式刀庫還要滿足：Z軸上升到“換刀頂點”，即第三參考點并停止運動后；主軸定向完成；刀盤前進（伸出）到位，即“X8.0”為“1”；刀倉抬起到位（即“X8.1”為“1”適用于凸輪鏈式刀庫）。

當上述條件滿足時，在MDI方式下，編輯T代碼，如：T8。按“循環啟動”鍵，進行選刀。斗笠式盤式刀庫由于結構的限制，先執行的T代碼數據被存儲起來，在換刀過程中，當Z軸上升到“換刀頂點”時，執行選刀動作。

2.2 不能選刀

不能選刀時，首先應檢查刀庫正轉選刀輸出“Y2.2”，反轉選刀輸出“Y2.3”為“1”時是否有直流+24 V輸出。無輸出，表示內部輸出光電轉換電路損壞；如有輸出，表明內部輸出正常，可進行下一步排查。

有直流+24 V輸入時，下一步應檢查集成電路板上的繼電器是否吸合。當發現不吸合時，可能是繼電器線圈損壞或沒有DC24 V電源輸入，可用萬用表或指示燈進行檢查；如吸合，表明外部接線正常，則進行下一步排查。

排查到此時還未發現問題時，應繼續檢查交流接觸器是否吸合。如發現不吸合，表示交流接觸器線圈損壞或沒有AC110V電源輸入，可用萬用表或指示燈進行檢查具體問題位置；如吸合，表明內部控制接線正常，此時進行下一步檢查。

最后檢查電機端電源，檢查空氣開關有無跳閘、電源缺相等。如還有問題，說明線路控制完全正常，電機有可能燒壞。若將電機脫離機械后，電機能轉表示與電氣無關，應檢查機械部分。

2.3 選刀不準確

2.3.1 斗笠盤式刀庫

首先，檢查交流接觸器是否有粘連現象，如有則應更換。接觸器沒有問題，再檢查機械機構是否有磨損，如有則維修機械傳動及剎車機構。最后，在PMCPRM功能畫面中檢查以下設置：（進行修改時，一定要壓下急停開關）D502：新選的刀號；N015：C56為刀庫總容量。例如，12位刀庫就將其設為12，C58為當前刀庫最外面的刀倉號。

2.3.2 凸輪鏈式刀庫

首先，檢查交流接觸器是否有粘連現象，如有則更應換。接觸器沒有問題，再檢查機械機構是否有磨損，如有則維修機械傳動及剎車機構。最后，查看刀庫管理數據是否混亂，如是則重新預置管理數據。

凸輪鏈式刀庫具有預選刀功能，在選刀的時候，可先執行T__代碼再執行M06代碼，在T代碼和M06代碼之間可以有別的程序。只有選刀完成時，系統才能夠讀取新的T代碼，并重新進行選刀，若刀盤正在選刀中，輸入新的T代碼，將出現1512號報警（A15.7，CONCATENATION SELECT TCODE EXCESS ONE；在選刀過程中讀入了新的T代碼）。

3 自動換刀

3.1 查看自動換刀子程序O9001（即M06調用的程序）

在查看自動換刀子程序時需要注意：在機械坐標系G53中不能設數值；執行刀具交換后，程序自動定義成G53、G49、G90代碼；O9001、O9002程序是自動換刀和單步換刀的子程序，不可輕易改動，否則將導致自動換刀M06指令和單步換刀M11指令不能正常執行或機械手誤動作。

3.2 自動換刀被異常中斷（M06沒完成），手動恢復刀盤步驟

3.2.1 系統沒有斷電時

根據報警信息提示排除相關故障，不要執行手動回參考點和主軸定向，選擇手動數據輸入（MDI）方式，編輯M11代碼，按“循環啟動”鍵，將單步執行O9002程序恢復刀庫，待恢復完成后，按照正常操作程序進行機床操作。

3.2.2 系統斷電時

機床重新上電后，根據報警信息提示排除相關故障，不要執行手動回參考點和主軸定向，選擇手動數據輸入（MDI）方式，編輯M11代碼，按“循環啟動”鍵，將單步執行O9002程序恢復刀庫。

在下一次換刀時，正對主軸的刀倉內不能有刀具。若有刀具將PMC參數D800由“0”改為“1”，將Z軸移動到最高點后（當刀盤伸出時刀柄與主軸不干涉為標準），手動按下刀盤前進電磁閥（位于機床左側立軸上或防護罩上的氣動三元件安裝板上）上的手動按鈕（通常位于閥休的上部，為紅色或黑色）接通刀盤前進電磁閥的氣路使刀盤前進，刀盤前進到位后手動取下正對主軸的刀倉內的刀具；再手動按下刀盤后退電磁閥（與刀盤前進電磁閥一體）上的手動按鈕（通常位于閥體的上部，通常為紅色或黑色）。接通刀盤后退電磁閥的氣路使刀盤后退，在刀盤后退到位后將PMC參數D800由“1”改為“0”。在進行此項操作時氣路氣壓必須保持在0.5～0.6 MPa之間，同時氣路必須處于暢通狀態。當使用電動刀庫時，在下一次換刀時正對主軸的刀倉內不能有刀具。若有刀具將PMC參數D800由“0”改為“1”，將Z軸移動到第三參考點后（MDI方式下編輯“G30 P3 Z0；”并運行），JOG操作方式下手動按下操作面板上的刀盤前進后退按鈕使刀盤前進，手動取下正對主軸的刀倉內的刀具；在JOG操作方式下手動按下操作面板上的刀盤前進后退按鈕使刀盤后退。在刀盤后退到位后將PMC參數D800由“1”改為“0”。檢查PMC診斷X8.2是否為“0”，若為“1”點動控制柜內的KM11使刀盤旋轉直到X8.2由“1”變為“0”。

最后，檢查PMC參數C56中的值是否與正對主軸的也倉號一致，若不一致將此參數改為一致。

4 結束語

遇到加工中心換刀故障時，因先查明故障原因及部位，做好參數備份，不可隨意改動機床系統參數，在進行故障排查應走一步觀察一步，待安全后再走下一步，注意人身及設備的安全。

[1]戚洪利.自動換刀裝置及其控制的研究[D].蘭州理工大學生，2007.

[2]朱文藝，張慶樂.數控加工中心自動換刀機構動作過程及控制原理研究[J].武漢工程職業學院學報，2009，21（1）：5-9.

[3]譚光恒.大型刀庫及自動換刀裝置的研制[J].機械工程師，2010，（7）：40-41.