【數(shù)控機(jī)床】DMU70E加工中心雙刀鏈刀庫(kù)的維修與調(diào)整
2020-12-21 來(lái)源：昌河飛機(jī)工業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司 作者：林超青
刀庫(kù)是數(shù)控加工中心的重要組成部件，由于數(shù)控機(jī)床自動(dòng)換刀動(dòng)作步驟多，涉及的傳感器也多，過(guò)程復(fù)雜，因此容易發(fā)生故障，刀庫(kù)的故障發(fā)生率較高。本文以DMU70E加工中心為例對(duì)DMG機(jī)床的雙刀鏈刀庫(kù)維修與調(diào)整方法進(jìn)行一些探討。
1.刀庫(kù)故障
DMU70E加工中心的刀庫(kù)采用雙刀架鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)，有刀架1、刀架2兩個(gè)鏈?zhǔn)降都埽刂葡到y(tǒng)采用歐姆龍PLC+變頻器控制。
公司一臺(tái)DMU70E加工中心在自動(dòng)換刀過(guò)程中主軸與刀架2發(fā)生碰撞，導(dǎo)致刀架傾斜，刀架的刀爪損壞，刀庫(kù)在后來(lái)重新?lián)Q刀時(shí)，電機(jī)1、2均出現(xiàn)過(guò)載報(bào)警，兩個(gè)刀架都無(wú)法旋轉(zhuǎn)（見(jiàn)圖1）。
圖1 雙刀架鏈?zhǔn)降稁?kù)
2.故障原因分析及處理
DMU70E加工中心的刀庫(kù)是雙刀架鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)，刀架1和刀架2在機(jī)械機(jī)構(gòu)上并排獨(dú)立，相互沒(méi)有干涉和聯(lián)接，刀架1和刀架2的動(dòng)作由歐姆龍PLC與NC進(jìn)行通訊控制，刀架制動(dòng)由變頻電機(jī)控制。
DMU70E加工中心在自動(dòng)換刀時(shí)主軸與刀架2碰撞后，刀架1和刀架2旋轉(zhuǎn)時(shí)均出現(xiàn)電機(jī)過(guò)載報(bào)警，刀鏈無(wú)法旋轉(zhuǎn)。由于刀架1、刀架2相互獨(dú)立，刀架2發(fā)生撞擊在機(jī)械結(jié)構(gòu)上不會(huì)影響刀架1，但刀架1、刀架2同時(shí)發(fā)生電機(jī)過(guò)載報(bào)警，因此故障是刀架1、2共用部分或因素導(dǎo)致。根據(jù)故障現(xiàn)象、刀庫(kù)結(jié)構(gòu)及控制方式，問(wèn)題可能發(fā)生在數(shù)控系統(tǒng)、PLC與變頻驅(qū)動(dòng)、機(jī)械結(jié)構(gòu)上，或幾方面都有問(wèn)題。
（1）機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)故障導(dǎo)致DMU70E加工中心刀庫(kù)故障
DMU70E加工中心的刀庫(kù)驅(qū)動(dòng)主要由歐姆龍PLC+變頻器控制，歐姆龍PLC與數(shù)控系統(tǒng)，以及驅(qū)動(dòng)之間是通過(guò)數(shù)據(jù)總線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸和控制的，如果數(shù)控系統(tǒng)與PLC的通訊發(fā)生故障或數(shù)控系統(tǒng)身發(fā)生故障，刀庫(kù)動(dòng)作就會(huì)發(fā)生異常，發(fā)生碰撞或故障。
DMU70E加工中心的數(shù)控系統(tǒng)是海德漢ITNC530系統(tǒng)，數(shù)控系統(tǒng)與歐姆龍PLC通過(guò)profibus總線進(jìn)行通訊。如果數(shù)據(jù)總線出現(xiàn)故障或接觸不良，數(shù)據(jù)傳輸受到干擾，就有可能在鏈路上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)一個(gè)或多個(gè)幀出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失或出錯(cuò)，導(dǎo)致刀庫(kù)動(dòng)作混亂。因此對(duì)profibus總線進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，該總線正常，能夠正常通訊，刀庫(kù)故障不是由profibus總線導(dǎo)致。
該機(jī)床如果不進(jìn)行刀庫(kù)自動(dòng)換刀而對(duì)主軸采用手動(dòng)換刀，能正常運(yùn)行和加工，無(wú)任何報(bào)警，因此數(shù)控系統(tǒng)原因?qū)е碌稁?kù)故障的可能性不大，對(duì)該機(jī)床進(jìn)行數(shù)控系統(tǒng)GOSHT備份數(shù)據(jù)恢復(fù)也發(fā)現(xiàn)，備份數(shù)據(jù)恢復(fù)后開(kāi)機(jī)測(cè)試，故障現(xiàn)象依然存在，沒(méi)有發(fā)生變化，所以刀庫(kù)故障由數(shù)控系統(tǒng)導(dǎo)致的可能性可以排除。
（2）歐姆龍PLC和變頻器出現(xiàn)故障的可能性
DMU70E加工中心的刀庫(kù)采用歐姆龍PLC與變頻器驅(qū)動(dòng)控制，如果歐姆龍PLC出現(xiàn)故障,就會(huì)導(dǎo)致刀架運(yùn)動(dòng)邏輯錯(cuò)誤，定位不準(zhǔn)，主軸與刀架發(fā)生碰撞；如果變頻器輸出功率下降電機(jī)本身特性下降，則電機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)也會(huì)出現(xiàn)過(guò)載或過(guò)流。
為測(cè)試主軸與刀架碰撞以及刀架無(wú)法旋轉(zhuǎn)是否由PLC邏輯錯(cuò)誤引起，可以把刀架1和刀架2的驅(qū)動(dòng)電機(jī)從刀架上脫開(kāi)、分離，使電機(jī)處于空載狀態(tài)進(jìn)行測(cè)試。電機(jī)脫開(kāi)后，對(duì)刀庫(kù)進(jìn)行運(yùn)行測(cè)試，測(cè)試結(jié)果發(fā)現(xiàn)，兩個(gè)刀庫(kù)電機(jī)能夠正常運(yùn)轉(zhuǎn)，沒(méi)有發(fā)生過(guò)載或過(guò)流報(bào)警，但是重新把電機(jī)安裝到刀架上后，又發(fā)生過(guò)載報(bào)警，兩個(gè)刀架都無(wú)法旋轉(zhuǎn)。因此刀庫(kù)故障不是由PLC邏輯導(dǎo)致。
電機(jī)空載能夠運(yùn)行，帶載后出現(xiàn)過(guò)流過(guò)載，可能的原因有變頻器、電機(jī)故障或刀鏈機(jī)械磨損、卡死導(dǎo)致。如果變頻器本身存在故障，IGBT性能下降，內(nèi)阻增大，那么變頻器能夠進(jìn)行逆變，輸出電流，但是由于內(nèi)阻變大，輸出電流將變小，輸出扭矩變小，電機(jī)就無(wú)法進(jìn)行正常帶載。
對(duì)變頻器、電機(jī)進(jìn)行測(cè)試發(fā)現(xiàn)，變頻器、電機(jī)阻值正常，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)明顯的問(wèn)題。為確認(rèn)主軸與刀架碰撞以及刀架無(wú)法旋轉(zhuǎn)是否由變頻器、電機(jī)的故障或性能下降導(dǎo)致，更換全新的變頻器和電機(jī)進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試結(jié)果發(fā)現(xiàn)，更換全新的變頻器和電機(jī)后，刀庫(kù)運(yùn)行過(guò)載的報(bào)警仍然沒(méi)有消除，因此主軸與刀架碰撞以及刀架無(wú)法旋轉(zhuǎn)由變頻器、電機(jī)的故障或性能下降導(dǎo)致的可能性可以排除。
（3）刀鏈機(jī)械故障導(dǎo)致刀庫(kù)運(yùn)行出現(xiàn)過(guò)載報(bào)警
當(dāng)脫開(kāi)電機(jī)與氣源及鎖緊裝置后，刀架的刀鏈就處于自由狀態(tài)，手動(dòng)旋轉(zhuǎn)刀鏈應(yīng)該能使刀鏈運(yùn)動(dòng)。但手動(dòng)旋轉(zhuǎn)刀鏈后，發(fā)現(xiàn)刀鏈卡死無(wú)法運(yùn)行，因此可以認(rèn)為主軸與刀架碰撞以及刀架無(wú)法旋轉(zhuǎn)是由刀鏈卡死，機(jī)械運(yùn)動(dòng)不靈活導(dǎo)致。
圖2 刀架油泥
圖3 軸承油泥
把刀架分解后發(fā)現(xiàn)，刀鏈托架、刀鏈、旋轉(zhuǎn)軸承、傳感器等全部被油泥膩死（見(jiàn)圖2、圖3），刀鏈無(wú)法正常運(yùn)行。由于刀鏈托架、刀鏈、旋轉(zhuǎn)軸承、傳感器等被油泥膩死失效，所以刀庫(kù)刀鏈運(yùn)轉(zhuǎn)不順暢，刀爪定位不準(zhǔn)確，導(dǎo)致主軸與刀架碰撞，電機(jī)運(yùn)動(dòng)過(guò)載。造成刀鏈托架、刀鏈、旋轉(zhuǎn)軸承、傳感器等被油泥膩死的原因主要是該機(jī)床為高速加工設(shè)備，主軸最大轉(zhuǎn)速24000r/min，在這個(gè)轉(zhuǎn)速下，切削液霧化，油霧通過(guò)縫隙發(fā)散，然后粘附在機(jī)床表面上，如果清理保養(yǎng)不當(dāng)，就會(huì)導(dǎo)致機(jī)械部件運(yùn)轉(zhuǎn)不靈活，出現(xiàn)故障。
把刀鏈托架、刀鏈、旋轉(zhuǎn)軸承、刀爪等機(jī)械部件用清洗浸泡，去除油膩污垢，并重新組裝，機(jī)械部件組裝，更換失效的傳感器。機(jī)械部件及傳感器安裝完成后，手動(dòng)旋轉(zhuǎn)刀鏈，結(jié)果表明，刀鏈運(yùn)轉(zhuǎn)靈活正常。
3.DMU70E加工中心雙刀鏈刀庫(kù)的調(diào)整
DMU70E加工中心雙刀鏈刀庫(kù)運(yùn)轉(zhuǎn)由歐姆龍PLC及變頻驅(qū)動(dòng)控制，刀爪位置的確定方式是每個(gè)刀架由一個(gè)零位傳感器確定起始計(jì)數(shù)位置，確定零位位置后，電機(jī)帶動(dòng)刀架及刀爪旋轉(zhuǎn)，電機(jī)尾端有電機(jī)編碼器，根據(jù)電機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)確定刀爪的具體位置。如果刀架、刀鏈、電機(jī)、零位傳感器有拆裝、分解及重新組裝后，就需要對(duì)換刀位置進(jìn)行精確調(diào)整和定位，如果位置不準(zhǔn)確，就會(huì)發(fā)生碰撞等問(wèn)題。
DMU70E加工中心雙刀鏈刀庫(kù)換刀位置的調(diào)整分為初定位調(diào)整和精確定位調(diào)整兩步。初定位調(diào)整是對(duì)刀架刀鏈上的刀爪與主軸換刀位置初步定位，確定刀爪中心與主軸中心的基本坐標(biāo)位置。初定位是通過(guò)調(diào)整零位傳感器和刀爪的中心位置來(lái)實(shí)現(xiàn)的。精確定位是確定換刀時(shí)主軸與刀爪中心的精確坐標(biāo)位置，這一步是在基本換刀位置確定后，通過(guò)移動(dòng)X、Y、Z坐標(biāo)，確定精確坐標(biāo)位置后修改換刀坐標(biāo)位置參數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。
（1） DMU70E加工中心雙刀鏈刀庫(kù)換刀位置初定位調(diào)整
DMU70E加工中心刀庫(kù)換刀位置初定位調(diào)整可以通過(guò)歐姆龍PLC或DMG公司的OMRON刀庫(kù)（OMRON tool magazines）專(zhuān)用調(diào)試軟件SERVICE TOOL來(lái)實(shí)現(xiàn)，也可以使用歐姆龍PLC來(lái)進(jìn)行調(diào)整。使用歐姆龍PLC時(shí)需要用電腦與機(jī)床上的歐龍PLC進(jìn)行在線通訊，讀取PLC后修改參數(shù)，使刀爪的中心位置與主軸中心位置在換刀位置的坐標(biāo)基本一致。SERVICE TOOL是DMG公司開(kāi)發(fā)的一個(gè)OMRON刀庫(kù)（OMRON tool magazines）專(zhuān)用調(diào)試軟件，界面簡(jiǎn)單友好，不需要下載機(jī)床PLC軟件。使用SERVICE TOOL進(jìn)行刀庫(kù)調(diào)試時(shí)，要首先把SERVICE TOOL軟件安裝到電腦上，然后用RS232電纜 與機(jī)床刀庫(kù)側(cè)的歐姆龍PLC的RS232接口進(jìn)行聯(lián)接。連接完成后，啟動(dòng)servicetool.exe軟件，進(jìn)入調(diào)試界面后就可以進(jìn)行調(diào)試了。調(diào)試界面如圖4所示。
圖4 SERVICE TOOL調(diào)試
選擇相應(yīng)的刀架后，選擇換刀，使相應(yīng)的刀爪定位到換刀位置，然后檢查刀爪的中心位置與主軸中心位置的偏差。如果位置偏差較大就在圖4界面的offsetimplus kettle窗口框中輸入相應(yīng)的補(bǔ)償脈沖，使電機(jī)正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)；然后反復(fù)測(cè)試，使刀爪的中心位置與主軸中心坐標(biāo)位置基本一致，X、Y的坐標(biāo)位置不能超過(guò)5mm。因?yàn)樵摰稁?kù)機(jī)械結(jié)構(gòu)限制，主軸在換刀位置時(shí)X、Y坐標(biāo)的移動(dòng)和調(diào)整余量非常小，如果偏差超過(guò)一定值，主軸就會(huì)與刀庫(kù)的防護(hù)罩發(fā)生碰撞。
（2）DMU70E加工中心雙刀鏈刀庫(kù)換刀位置精確定位調(diào)整
DMU70E加工中心雙刀鏈刀庫(kù)換刀坐標(biāo)位置初定位完成后，下一步就要進(jìn)行換刀位置的精確定位。精確定位時(shí)，把主軸移動(dòng)到換刀位置，在主軸上安裝一個(gè)千分表，千分表的表針壓到刀柄的外圈，然后手動(dòng)旋轉(zhuǎn)主軸，相應(yīng)的千分表指針就繞著刀柄外圈旋轉(zhuǎn)（見(jiàn)圖5），此時(shí)主軸與刀爪中心位置的偏差就反應(yīng)在千分表上。
圖5 千分表指針繞刀柄外圈旋轉(zhuǎn)
如果主軸與刀爪中心位置的偏差過(guò)大，就要相應(yīng)移動(dòng)X、Y的坐標(biāo)，縮小主軸與刀爪的中心位置的偏差，直到主軸與刀爪的中心位置偏差小于0.003mm，同時(shí)相應(yīng)調(diào)整主軸與刀柄的換刀高度（即Z值），并把相應(yīng)的X、Y、Z坐標(biāo)值輸入數(shù)控系統(tǒng)的換刀參數(shù)中（見(jiàn)圖6），刀庫(kù)換刀位置精確定位調(diào)整就完成了。
圖6 數(shù)控系統(tǒng)換刀參數(shù)
通過(guò)刀庫(kù)換刀位置初定位和精確定位后，DMU70E加工中心雙刀鏈刀庫(kù)換刀位置定位調(diào)整就全部完成，機(jī)床刀庫(kù)就可以進(jìn)行自動(dòng)換刀測(cè)試了。
4.結(jié)束語(yǔ)
數(shù)控機(jī)床自動(dòng)換刀動(dòng)作步驟、傳感器多，過(guò)程復(fù)雜，因此容易發(fā)生故障，刀庫(kù)故障率較高，必須了解機(jī)床刀庫(kù)的機(jī)械結(jié)構(gòu)及控制方式，才能進(jìn)行刀庫(kù)的維修與調(diào)整，最終找到故障原因，排除故障。同時(shí)要做好日常的維護(hù)保養(yǎng)，降低周邊環(huán)境對(duì)刀庫(kù)的不利影響，保持刀庫(kù)的干凈清潔，才能降低刀庫(kù)自動(dòng)換刀的故障率，取得比較好的使用效果。
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