CNC加工中心换刀故障维修

以VMC1000加工中心为例，详细说明了回转式刀库的换刀原理和结构特点；针对换刀故障现象，从原理上进行了充分分析，通过分析动作时序逻辑关系，利用有效的检测方法，排除了故障，为后续相关设备维修积累了丰富的经验。

随着制造业突飞猛进的发展，智能制造已将数控设备有机结合在一起，加工中心以刀具的交换方式来实现整个高效的加工生产，再与其他数控设备组建柔性加工系统，这就对加工中心换刀有了很高的要求，换刀可靠性、快速性直接影响着机床的生产率和工作可靠性。

从故障率来看，加工中心在进行换刀的过程中发生故障是最多的，本文以VMC1000加工中心为例，详细说明了换刀动作原理和分析思路。该机床换刀机构是凸轮式的，机床使用过程中出现了系列换刀故障，原因是机床换刀过程中换刀夹持机构松动，换刀机械手电机刹车故障，导致换刀检测位置发生变化，从而引起主轴及刀套的松、紧刀故障。下面简述故障查找过程并分析其原因。

1 故障现象
换刀时机械手卡住不能换刀，换刀机械手位置偏移，换刀掉刀。

2 故障分析及处理
2.1 换刀原理
该加工中心是回转式刀库，换刀机构是凸轮式的，其换刀过程为：
（1）编写M06 T01启动换刀选刀循环。
（2）主轴将在定向的主轴停止点上停住，冷却液停止，同时Z轴移动到换刀位置（第二参考点）。
（3）选刀，根据T指令NC将其编译至PLC后，开始选刀，刀库电机旋转，将目标刀号旋转至刀库换刀点，注意此时T指令为刀库刀套位置。
（4）换刀电机带动凸轮机构机械手机构从停放位置旋转90°，以抓住有效刀套中的刀具和主轴中的刀具。与此同时，检测凸轮机构的接近开关状态变化，PMC输出发出松刀指令，刀库刀套松刀和主轴松刀电磁阀得电，凸轮继续旋转，带动机械手向下，将刀柄推下，准备交换。如图1所示。
（5）机械手旋转180°交换刀具，凸轮继续向上，将刀具安装到主轴中，将原主轴上刀具安装到刀库换刀位置刀套中。同时，检测开关给PMC发出紧刀指令，电磁阀失电，轴刀柄夹紧蝶形弹簧回缩主轴刀具夹紧。
（6）换到机械手继续旋转90°，停止完成一套换刀动作。

图1 换刀机构图

2.2 故障分析
换刀至2.1第四步骤，换刀机械手卡住，主轴一直松刀吹气，但刀具不能被拔下，断电手动盘动换刀电机，完成一次换刀动作后，手动装卸刀，动作正常，初步排除主轴松紧刀方面问题。再次执行换刀过程，机械手卡住，刀库处机械手爪掉刀，发现换刀后，机械手装刀至主轴上，位置偏移，如图2所示。

图2 主轴夹装位置偏移图

将刀具取下后空换刀，发现动作正常，导致这种情况的原因，可能是机械手与主轴位置发生偏移，或者机械手轴线相对于主轴轴线精度发生偏差，主轴定位不准也会导致换刀位置偏移。单步执行换刀动作，检查主轴定位准确，排除了定位不准引起该故障。经打表检查，机械
手、刀套、主轴的轴向位置及回转中心距离一致，因此机械手机械卡阻的故障也被排除。

此机床近期主要加工不锈钢等材料工件，切削量大，负载重，长时间运行在重切下，检查机械手发现机械手没有松动，检查机械手爪伸缩动作灵活，但是发现机械手上一个调整块磨损，拆卸下来观察此调整块主要用来夹持刀柄，重新修补加工后，再次尝试，主轴位置处偏移消失。引起该故障的主要原因是机械手冲击大，频繁换刀，导致夹持卡爪松动磨损，如图3所示。

图3 机械手结构图