自动车床加工掉刀问题

目前，自动车床加工中心的自动换刀装置（ATC）有两种常用类型的换刀方式，一是刀具从刀库中直接由主轴交换，二是依靠机械手完成主轴与刀库上刀具的交换。第一种换刀方式适用于小型加工中心，刀库较小，刀具较少，换刀动作简单，出现掉刀等故障时容易发现并能及时排除。第二种换刀方式，从结构上和动作上看均属于比较复杂的一种。本文以Vcenter-80型加工中心为例分析掉刀故障现象并加以处理。

1、自动车床加工中心换刀动作分析

此机床换刀程序达900多步，很难读懂其工作原理。在此，略运去ATC数据交换、传递、存储及刀号存储等内容，把换刀动作简述如下：CNC换刀指令（M06）→刀套下降→下降到位→机械手转动→转动减速→转动到位（X4.7）→主轴刀松开→松开到位→机械手转动→转动减速→转动到位→主轴刀夹紧→夹紧到位（X2.5）→机械手逆转→机械原位，换刀完成。其中，机械手的快、慢速由变频器实现，电动机转动时带动机械凸轮传动实现机械手的上升、下降。

2、掉刀故障

掉刀故障现象出现时间较长，一开始，偶尔出现一次，一月一次，甚至两三月一次，以为是偶然因素引起的，没有引起足够的重视，慢慢地一周出现一次，甚至两次，同时伴随着主轴上的刀装不到位的情况。后来慢慢地演变为一个班次多次出现故障，严重地影响生产进度、造成废品产生。仔细观察，掉刀故障有两种情况出现，一种是由本工步加工完成后掉刀，一种是本工步根本没加工，刀具落在工作台上。由于加工过程中，换刀动作均执行，动作顺序正常，故出现掉刀、装刀（装到主轴上）不到位时均无任何报警现象，只有操作者在工件检查或听到掉刀异常声音时，才会发生故障，因而在自动车床加工生产线上有时会因掉刀而出现批量废品的现象。

3、故障分析与处理

（1）检查机械手执行ATC换刀故障排除步骤，把机械手停止在垂直极限位置。检查机械手手臂上的两个卡爪及支持卡爪的弹簧等附件。均没有发现问题，说明机械手夹持刀具紧固，在机械手转动情况下不会出现掉刀现象。

（2）检查刀具夹持情况根据刀具有主轴上装不位的现象分析，可能是主轴内孔中碟簧不能对刀具夹持紧固，从而出现刀装不到位，甚至装不上而掉刀现象。拆开主轴内部，发现有几处对碟簧已碎。于是更换了全部碟簧。试车时没有出现任何问题。运行一个班次后又出现掉刀现象。

（3）检查换刀程序针对本故障仅出现在换刀动作过程中，与其他动作无关，编辑一个自动换刀反复执行程序，并运行此程序，以期找到掉刀的真正原因。编辑自动换刀程序如下：O0200→S500→M03→G04X3.0→M06→M99→%

在程序运行中，发现如下情况：主轴刀具夹紧没有到位，甚至还没有夹紧动作的情况下，机械手转动，于是掉刀。依前文换刀动作顺序分析主轴刀具夹紧到位行程开关误动作引起掉刀故障。打开PLC梯形图，监控该行程开关（输入为X2.5)，反复按压该行程开关，发现20多次压合中有3次X2.5为“0”状态的现象出现两次，同时压合后X2.5不能由“1”状态转到“0状态”的现象出现两次，根据以上判定该行程开关损坏。此开关为OMRONZC—Q2255，用国产CXW5—11Q1替换，试车正常。一周后，操作者仍反映有掉刀现象，当然出现的频次小了，这说明掉刀故障仍未彻底排除。

（4）故障处理反复运行两个小时，自动换刀几百次。终于发现一次故障：在机械手没有到位的情况下，主轴上的刀具松开，机械手没有抓住刀，从而出现掉刀现象，这说明机械手到位磁感应开关误动作。更换开关E2E—CR8C1，故障现象仍然存在。查看PLC梯形图，此开关输入点为X4.7。梯形图中X4.7为常开点，当此开关感应时状态为“0”，不感应时状态为“1”。其逻辑状态与常见的感应开关逻辑状态相反。当X4.7断线时，也会引起X4.7为“1”状态，于是排查X4.7的联线，发现电磁感应开关后方的接线端子处X4.7松动，每当自动换刀时，机械手凸轮一系列动作引起的轻微震动，使X4.7线处于断开状态，这样在机械手未到位时，松开刀具的感应开关虽仍感应，但因处于断线状态，X4.7伯为“1”状态，于是在机械未到位时，刀具松开而出现掉刀故障。这种情况的掉刀故障，是刀具已作加工工步而后掉的刀，在上文提到的则是刀具未作任何加工工步就掉刀的故障。

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