CNC加工中心換刀故障維修

以VMC1000加工中心為例，詳細說明了回轉式刀庫的換刀原理和結構特點；針對換刀故障現象，從原理上進行了充分分析，通過分析動作時序邏輯關系，利用有效的檢測方法，排除了故障，為后續相關設備維修積累了豐富的經驗。

隨著制造業突飛猛進的發展，智能制造已將數控設備有機結合在一起，加工中心以刀具的交換方式來實現整個高效的加工生產，再與其他數控設備組建柔性加工系統，這就對加工中心換刀有了很高的要求，換刀可靠性、快速性直接影響著機床的生產率和工作可靠性。

從故障率來看，加工中心在進行換刀的過程中發生故障是最多的，本文以VMC1000加工中心為例，詳細說明了換刀動作原理和分析思路。該機床換刀機構是凸輪式的，機床使用過程中出現了系列換刀故障，原因是機床換刀過程中換刀夾持機構松動，換刀機械手電機剎車故障，導致換刀檢測位置發生變化，從而引起主軸及刀套的松、緊刀故障。下面簡述故障查找過程并分析其原因。

1 故障現象
換刀時機械手卡住不能換刀，換刀機械手位置偏移，換刀掉刀。

2 故障分析及處理
2.1 換刀原理
該加工中心是回轉式刀庫，換刀機構是凸輪式的，其換刀過程為：
（1）編寫M06 T01啟動換刀選刀循環。
（2）主軸將在定向的主軸停止點上停住，冷卻液停止，同時Z軸移動到換刀位置（第二參考點）。
（3）選刀，根據T指令NC將其編譯至PLC后，開始選刀，刀庫電機旋轉，將目標刀號旋轉至刀庫換刀點，注意此時T指令為刀庫刀套位置。
（4）換刀電機帶動凸輪機構機械手機構從停放位置旋轉90°，以抓住有效刀套中的刀具和主軸中的刀具。與此同時，檢測凸輪機構的接近開關狀態變化，PMC輸出發出松刀指令，刀庫刀套松刀和主軸松刀電磁閥得電，凸輪繼續旋轉，帶動機械手向下，將刀柄推下，準備交換。如圖1所示。
（5）機械手旋轉180°交換刀具，凸輪繼續向上，將刀具安裝到主軸中，將原主軸上刀具安裝到刀庫換刀位置刀套中。同時，檢測開關給PMC發出緊刀指令，電磁閥失電，軸刀柄夾緊蝶形彈簧回縮主軸刀具夾緊。
（6）換到機械手繼續旋轉90°，停止完成一套換刀動作。

圖1 換刀機構圖

2.2 故障分析
換刀至2.1第四步驟，換刀機械手卡住，主軸一直松刀吹氣，但刀具不能被拔下，斷電手動盤動換刀電機，完成一次換刀動作后，手動裝卸刀，動作正常，初步排除主軸松緊刀方面問題。再次執行換刀過程，機械手卡住，刀庫處機械手爪掉刀，發現換刀后，機械手裝刀至主軸上，位置偏移，如圖2所示。

圖2 主軸夾裝位置偏移圖

將刀具取下后空換刀，發現動作正常，導致這種情況的原因，可能是機械手與主軸位置發生偏移，或者機械手軸線相對于主軸軸線精度發生偏差，主軸定位不準也會導致換刀位置偏移。單步執行換刀動作，檢查主軸定位準確，排除了定位不準引起該故障。經打表檢查，機械
手、刀套、主軸的軸向位置及回轉中心距離一致，因此機械手機械卡阻的故障也被排除。

此機床近期主要加工不銹鋼等材料工件，切削量大，負載重，長時間運行在重切下，檢查機械手發現機械手沒有松動，檢查機械手爪伸縮動作靈活，但是發現機械手上一個調整塊磨損，拆卸下來觀察此調整塊主要用來夾持刀柄，重新修補加工后，再次嘗試，主軸位置處偏移消失。引起該故障的主要原因是機械手沖擊大，頻繁換刀，導致夾持卡爪松動磨損，如圖3所示。

圖3 機械手結構圖