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     摘要:刀庫的調(diào)試是加工中心電氣調(diào)試中的一項重要內(nèi)容，對于調(diào)試過程中遇到的具體的問題，尤其是那些隨機性的問題，進行詳細地記錄，認真地觀察，透過紛繁的表面現(xiàn)象，找出并總結(jié)規(guī)律。“找規(guī)律法”往往可以縮小排查范圍，將問題化難為易，使得問題迎刃而解。

     鏈式刀庫如圖 1 所示，該刀庫采用三相異步電動機配合計數(shù)開關(guān)進行分度定位，并采用固定式換刀模式（刀具和刀套是一一對應(yīng)的，刀具號即刀套號），刀庫容量為 24。ATC 的各個動作由一系列油缸驅(qū)動完成 : 機械手向左 / 向右平移油缸，單元向主軸 / 向刀庫油缸，手臂伸出 / 縮回油缸，機械手正 / 反轉(zhuǎn) 180°油缸。

 

      在 “還刀動作” 中，刀庫的初始位置在 2 號刀套處，目標刀套號（即所要還的手上刀具號）為 20。刀庫就近找刀套，需要從 2 號刀套處啟動逆時針轉(zhuǎn)動至 20 號刀套，見圖 2。可是實際動作是 : 刀庫逆時針轉(zhuǎn)到 20 號刀套后并沒有停止，而是繼續(xù)轉(zhuǎn)動到 18 號刀套才停止，如圖 2所示。即刀庫 “多轉(zhuǎn)了” 2 個刀套，導(dǎo)致 “還刀動作” 異常中斷，20 號刀具無法正常還到刀庫，如圖 3 所示。

 

 

      既然刀庫多轉(zhuǎn)且多轉(zhuǎn) 2 個刀套，首先想到 :刀庫轉(zhuǎn)動過程中，圖 4 中的計數(shù)開關(guān)的脈沖信號少了兩個，或者說 “丟了兩個脈沖”。然而由上面 “問題規(guī)律” 中的（2）和（3）可知，“備刀動作” 中刀庫分度并未見異常，并且除了 20 以外的其它刀套號的分度也未見異常，由此判斷 “丟脈沖” 的猜想是站不住腳的，相關(guān)的軟件和硬件線路便認為是無誤的，這也就大大縮小了問題排查的范圍。這里，不妨以 “逆時針轉(zhuǎn)動與多轉(zhuǎn) 2個刀套之間的聯(lián)系” 為切入點進一步分析。

   

     （1）刀庫的轉(zhuǎn)動方向與計數(shù)器的計數(shù)方向刀庫的轉(zhuǎn)動方向與計數(shù)器（CTR）的計數(shù)方向是緊密相聯(lián)的，相互統(tǒng)一的。對于該刀庫——順時針轉(zhuǎn)動對應(yīng)著刀套號的增加，因此，把順時針轉(zhuǎn)動時對應(yīng)的計數(shù)方向處理為加計數(shù) , 即令 UPDOWN=0。逆時針轉(zhuǎn)動對應(yīng)著刀套號的減小，因此，把逆時針轉(zhuǎn)動時對應(yīng)的計數(shù)方向處理為減計數(shù)，即令 UPDOWN=1。刀庫順時針轉(zhuǎn)動時，MGCCWM=0; 刀庫逆時針轉(zhuǎn)動時MGCCWM=1。因此，恰好可以用MGCCWM 來表征 UPDOWN，如圖 5 和表 1。

   

 

 

      基于生活常識，在這里假設(shè)，在減計數(shù)的過程中，出現(xiàn)了一次加計數(shù)。不妨假設(shè)計數(shù)器從22 經(jīng)過一次加計數(shù)變?yōu)?23，然后又恢復(fù)為正常的減計數(shù)，那么當計數(shù)器再次恢復(fù)為 22 時，刀套已經(jīng)逆時針多轉(zhuǎn)過了兩個刀套 : 由 23 號刀套轉(zhuǎn)到 21 號刀套。

     （3）刀庫逆時針轉(zhuǎn)動過程中 MGCCWM=0的確認對問題情況進行模擬并在線診斷信號MGCCWM 的通斷變化規(guī)律。發(fā)現(xiàn)在換刀動作中，當機械手單元向刀庫側(cè)擺動時，的確存在MGCCWM 被 “瞬間切斷” 的現(xiàn)象，復(fù)現(xiàn)度極高，幾乎每次換刀動作循環(huán)中都有出現(xiàn)。進一步順藤摸瓜，通過研究梯形圖發(fā)現(xiàn) MGCCWM 的一個必要條件MROTEB會被瞬間切斷，PLC如圖6所示，其中 :

 

 

 

      在 Δt 期間，如果刀庫轉(zhuǎn)動的計數(shù)開關(guān)恰好被觸發(fā)了一次，即產(chǎn)生了一個計數(shù)脈沖信號CTRA1，這種情況下，圖 5 中的 ACT 信號便產(chǎn)生了一個上升沿，那么計數(shù)器進行一次加計數(shù)。而當滑板右移到位后，MROTEB 又恢復(fù)為 1，MGCCWM 也恢復(fù)為 1，此時，計數(shù)器 CTR1 便恢復(fù)為正常的減計數(shù)，但最終由于一次加計數(shù)而在逆時針方向上多移動了兩個刀套。這里，通過 PLC 對 CTRA1 進行實時地跟蹤并自鎖，驗證了在 Δt 期間是有計數(shù)脈沖信號CTRA1 的，如圖 8 所示。還可以通過數(shù)控系統(tǒng)的跟蹤畫面對相關(guān)信號進行更加詳細的監(jiān)視，這里不再贅述。

 

     雖然在 Δt 時間段內(nèi)，計數(shù)器 CTR1 為加計數(shù)類型，但是在該時間段內(nèi)，如果刀庫的計數(shù)開關(guān)并沒有被觸發(fā)，即沒有產(chǎn)生計數(shù)脈沖信號CTRA1，這種情況下，圖 5 中的 ACT 信號也就沒有上升沿，那么計數(shù)器不會進行加計數(shù)。因此，計數(shù)并不會出現(xiàn)問題，刀庫的分度動作表現(xiàn)為 “正常”，如圖 9 所示。

 

      通過觀察，由于初始刀套號為 2，目標刀套號為 20，刀庫逆時針轉(zhuǎn)動的路徑較長。在 “機械手單元向刀庫側(cè)移動” 的過程中，刀庫的分度仍然沒有結(jié)束，給 Δt 的出現(xiàn)提供了可能，即給問題情況的出現(xiàn)提供了可能，因而問題集中地出現(xiàn)在 20 號刀具的還刀動作中。

      加工程序中所涉及的其他的目標刀具號對應(yīng)的刀庫轉(zhuǎn)動路徑較短，機械手單元向刀庫側(cè)動作還沒有來得及執(zhí)行，即 Δt 還沒有來得及出現(xiàn)，刀庫已經(jīng)到達目標刀套位，因此刀庫分度表現(xiàn) “正常”。試想，如果使得 Δt 出現(xiàn)在 “機械手單元向主軸” 轉(zhuǎn)動的過程中，那么分度故障就不再僅僅局限于路徑較長的目標刀套了，路徑較短的目標刀套也是有可能出現(xiàn)故障的，這里不再贅述。在 “備刀動作” 中，機械手單元向刀庫側(cè)的動作以及向主軸側(cè)的動作均是不存在的，相應(yīng)地，Δt 也就不存在，當然也就不可能出現(xiàn)該故障現(xiàn)象了，所以說，在備刀動作中，未見異常。

 

       對梯形圖稍加處理，將 MGCCWM 和MGCCWS 分別寫在兩段梯形圖中，且 MROTEB只作為刀庫反轉(zhuǎn)動作閥 MGCCWS 的一個必要條件，放置在刀庫反轉(zhuǎn)輸出信號 MGCCWS 的一段中。MGCCWM 一旦接通，便不再受 MR O T EB 的控制，始終保持為 1 直至逆時針轉(zhuǎn)動結(jié)束，這就完全避免了計數(shù)器的加減方向 UPDOWN 在Δt 時間段內(nèi)被切斷的現(xiàn)象，如圖 11 所示。改進措施進一步提升了刀庫分度動作的容錯能力。經(jīng)過驗證，問題現(xiàn)象消除，問題解決。

 

      盤式刀庫如圖 12 所示，該刀庫采用三相異步電動機配合計數(shù)開關(guān)進行分度定位，并采用隨機式換刀模式（刀具號和刀套號之間并沒有一一對應(yīng)的關(guān)系），刀庫容量為 24。刀套上（即回刀）、刀套下（即倒刀）、側(cè)門開和側(cè)門關(guān)均是由氣動電磁閥控制，機械手旋轉(zhuǎn)機構(gòu)選用凸輪式機構(gòu)，由三相異步電機驅(qū)動一空間凸輪裝置按順序動作。

 

      試切項目為鉆孔加工，每加工完一個完整工件，操作者均要通過檢具來檢驗加工尺寸是否合格，這期間，發(fā)現(xiàn)偶有廢品出現(xiàn)。比如，某次檢測完精度 , 通過對孔徑尺寸的分析知，2號刀具和 3 號刀具發(fā)生了 “刀具對調(diào)現(xiàn)象” :2號刀加工了 3 號刀應(yīng)該加工的孔位，3 號刀卻加工了 2 號刀應(yīng)該加工的孔位。后續(xù)的試驗中，這種 “刀具對調(diào)現(xiàn)象” 又陸續(xù)地出現(xiàn)了，比如 :4 號和 5 號刀具，5 號和 9 號刀具。結(jié)合加工程序中刀具號的呼叫順序，如表 3。可總結(jié)得該問題現(xiàn)象的規(guī)律 :發(fā)生對調(diào)的兩把刀具均無一例外的為程序中“相鄰的兩把刀具”。問題發(fā)生的間隔時長時短，或者數(shù)小時，或者數(shù)天。

      刀具的 “ 對調(diào)” 現(xiàn)象，直觀的表現(xiàn)為 “ 刀庫分度” 錯誤。即執(zhí)行 “T0 2 M06”，應(yīng)尋找 2 號刀具并將其換到主軸上，而實際上換到主軸上的卻是 3 號刀具 ; 執(zhí)行 “T03M06”，應(yīng)尋找 3 號刀具并將其換到主軸上，而實際上換到主軸上的卻是 2 號刀具。可是 , 如果只是單純的 “刀庫分度”問題，則刀號錯誤應(yīng)表現(xiàn)出很強的隨機性，這無法解釋問題所表現(xiàn)出來的 “兩把刀具相鄰” 這一顯著特點。

      刀庫的分度與數(shù)據(jù)表息息相關(guān)，對數(shù)據(jù)表進行二進制數(shù)據(jù)的檢索是此類型刀庫分度的核心，試想，如果在刀庫分度之前，數(shù)據(jù)表就已經(jīng)出現(xiàn)了差錯。那么在進行二進制數(shù)據(jù)的檢索時，自然會出現(xiàn)錯誤，進而刀庫分度錯誤，最終表現(xiàn)為刀具交換錯誤，導(dǎo)致加工尺寸不合格。因此有必要對數(shù)據(jù)表Ⅰ進行確認，該數(shù)據(jù)表到底是什么樣子的呢？實際上，系統(tǒng)上顯示的只有Ⅱ號工件加工結(jié)束后的當前數(shù)據(jù)表Ⅱ的內(nèi)容。

 

   

      在“Ⅰ號工件加工”過程中，T2正常加工完成，執(zhí)行 T3…M6, 刀庫中的 T3 與主軸上的 T2 進行了物理上的交換，因此 T3 也正常加工完成。基于此，做出推測 :在此交換過程中，2 號刀具和數(shù)據(jù)表中的數(shù)據(jù) 3 “捆綁” 在了一起，3 號刀具和數(shù)據(jù)表中的數(shù)據(jù) 2 “捆綁” 在了一起。

      進一步查看 PLC 如圖14 知，在ATC 電機運轉(zhuǎn)的條件 M 6 6 M 中“刀庫計數(shù)開關(guān)MGCLS”、“刀套下開關(guān) POTDNLS” 和 “門開開關(guān) SDOPLS” 均為外部開關(guān)，在 ATC 電機運轉(zhuǎn)過程中，不妨假設(shè)某個開關(guān)閃爍了 1 次，那么，PULSE1 便會重來 1 次。這樣，數(shù)據(jù)的刷新也再次重復(fù)一次，也就是說，數(shù)據(jù)表 1 刷新了 2 次，也就表現(xiàn)為 “數(shù)據(jù)沒有刷新”。

 

 

      對于電氣調(diào)試期間出現(xiàn)的問題，尤其是隨機性的問題，要善于從雜亂無章的信息中總結(jié)內(nèi)在的固有規(guī)律，進而大大地縮小問題排查范圍，具體問題具體分析，就一定能夠探索出問題的根本原因，進而解決問題。兩個例子在因果環(huán)節(jié)中均表現(xiàn)出了顯著的 “蝴蝶效應(yīng)”，這就需要在機床調(diào)試中多注重細節(jié)，多積累，做總結(jié)，做到舉一反三，做到觸類旁通。