FANUC数控系统主轴定向故障快速处理方法研究

FANUC数控系统主轴定向故障快速处理方法研究

陈裕军 何剑

（中车株洲电力机车有限公司  湖南 株洲）

【摘要】本文介绍了作者通过多次处理FANUC数控系统加工中心换刀定向时，出现刀臂与主轴卡槽对不正，换刀时刀柄卡住主轴等故障，总结出快速解决该问题引起的系列故障，为同类设备相同故障提供指导方法。

关键词：换刀 主轴定向    角度

一、换刀机构的动作过程及作用

带机械手的立式加工中心圆盘式刀库

1.其结构简单、换刀速度快，因而得到了广泛的应用。机械手部件主要包括刀库电动机、机械手电动机、倒刀气缸及一些传感器。其中，刀库电动机为三相异步电动机并带制动机构，用于驱动刀库正转和反转；机械手电动机为三相异步电动机，单方向旋转，带动凸轮控制机械手完成扣刀、交换刀具及机械一回原点等动作；倒刀气缸控制刀库中换刀位置的刀套进入水平或垂直状态。刀库控制信号包括刀库计数信号、刀库到位信号、刀套水平信号、刀套垂直信号、机械手原点信号、机械手电动机停止信号、扣刀到位信号等。

2.主轴定向的作用：数控机床为了完成ATC(刀具自动交换)的动作过程，必须设置主轴准停机构。由于刀具装在主轴上，切削时切削转矩不可能仅靠锥孔的摩擦力来传递，因此在主轴前端设置一个突键，当刀具装入主轴时，刀柄上的键槽必须与突键对准，才能顺利换刀：为此，主轴必须准确停在某固定的角度上。

二、换刀的过程和故障产生现象；

1、O9001 换刀程序

N1  #1003=0   换刀开始标志

N2  IF[#1002EQ1]GOTO19  T代码等于主轴上的刀号，换刀结束

N3  G91 G30 P2 Z0      Z轴回换刀位置等待

N4  M19     主轴定向

N5  #1100=1   Z轴回换刀位，主轴定向完成后，置位

N6  IF [#1000EQ1]GOTO8 如果T代码检索完成，跳至N8执行

N7   GOTO04 如果T代码检索未完成，跳转至N4继续检索

N8  M43 刀套倒下

N9   M45 扣刀

N10  M41 主轴松刀

N11  M46 拔刀和插刀

N12  M42 主轴刀具夹紧

N13  M47刀臂回原点

N14  #1102=1 换刀完成输出标志位

N15  M44 刀套向上命令，刀套回原位

N16  #1101=1 数据表数据交换指令

N17  IF[#1001EQ1]GOTO19如果数据交换结束，跳至N19执行

N18  GOTO15如果数据交换未完成，跳至N15

N19  #1100=0；

N20  #1101=0；

N21  #1102=0;恢复各标志位为初始状态

N22  #1103=1 恢复各标志位为初始状态

N23  M99 程序结束

2.根据上面的程序说明可以发现，当程序执行完M19主轴定向后，如果主轴定位键与M45扣刀时刀柄定位槽有角度偏差就会出现下图的情况或者是掉刀情况的发生。这种情况可能会对机械臂以及主轴内孔、拉刀机构产生损坏。

            自动换刀后刀具未进入定位槽内

三、产生换刀故障的原因

1. 因撞刀导致主轴换刀定向角度错误
2. 更换主轴编码器或者主轴驱动器丢失零点位置
3. 更换主轴产生角度变化
4. 更换伺服电机产生的角度变化

四、改善前的处理方法及步骤;

5. 如果出现上图的情况，首先测量定位键和定位槽的差值，并取下刀柄。
6. 在MDI方式下通过M代码操作单部使设备恢复正常状态
7. 在主轴旋转部位以及固定部位用记号笔做一根标记
8. 按MDI面板键上的功能键SYSTEM,按软键+号找到参数，输入参数号4077点击搜索。
9. 在4077原值上加100，再在MDI方式下输入M19主轴定向，测量一下主轴上刻度线的偏差值。如果偏差值和定位键和定位槽的差值还有时，继续调整4077中的值直到两个值相近（因测量位置和方式不能做到特别精确，两次测量都是大概测量精度较差）。
10. 如果偏差值和定位键和定位槽的差值大概相近时，可以使用M06程序单步执行观察刀柄定位槽与主轴定位键是否能重合，动作是否还有卡都，这些只能通过肉眼观察来判断。
11. 如果刀柄定位键和主轴定位槽还有一点偏移，再重复第5、6步直到整个换刀过程顺畅，无掉刀和卡刀现象。
12. 该方法在使用过程中需要多次测量，多次修改参数和执行换刀过程，不仅浪费大量时间，同时在执行过程中有可能出现掉刀、卡刀损坏设备的情况。根据上述情况得出上述方法是一种不合理的处理方法。

五、新的处理方法步骤处理方法如下

1. 在手动方式下把Z轴上移100mm
2. 在倒库和主轴两端都无刀的情况下，在MDI方式下输入并执行M45扣刀。
3. 执行M19主轴定向，并移动Z轴至换刀点位。
4. 进入诊断画面诊断参数445。
5. 手动转动主轴使定位键一段端与机械臂卡刀位接触，并记录445数值，再逆时针手动旋转主轴定位键与机械臂卡刀位例外一段接触，并记录诊断参数445的数值（该步骤是找到主轴定位键在机械臂卡刀位的中心，也就是与刀柄定位键的垂直线），把两次数值相加除以2的出数值。
6. 再把数值直接输入刀4077 中即可。
7. 再在MDI方式下执行单步M06调用O9001程序，测试换刀过程顺畅无异常。

该方法测量出来的值可以达到0.02mm,完全可以满足换刀使用的精度，而且该方法基本上使用一次就可以把定位角度精确找到。节约时间的同时可以很好的保护设备因调试而再次受到损伤。

  六、运用效果

之前，我们的维修人员遇到此类故障时因为没有掌握方法，处理起来很盲目，花费很长时间才排除故障，甚至还经常出现换刀过程中时常掉刀、损坏主轴内孔等问题，造成设备故障停机时间长，严重影响生产的顺利进行。总结提炼了主轴定向故障处理操作法，经培训推广运用，效果非常显著，维修人员的FANUC系统加工中心定向故障维修能力得到提高，从原来的盲目、走弯路花费3小时，还不一定能完全排除故障，到现在1小时之内就能处理好该故障，而且大幅度降低故障停机时间70%以上，有效保障了生产的顺利进行。

 作者简介：陈裕军；1987.10；汉；男；湖南衡阳；中车株洲电力机车有限公司 ；本科；数控设备维修

何剑；1975.3汉；男；湖南株洲；中车株洲电力机车有限公司 ；大专；设备维修