數(shù)控機床自動換刀裝置（簡稱ATC Auto Tool Change），是數(shù)控機床自動化的標(biāo)志，是數(shù)控機床重要執(zhí)行機構(gòu)，它們的運行可靠性直接影響機床的加工質(zhì)量和效率，自動換刀裝置（ATC）機構(gòu)較復(fù)雜，且在工作中又頻繁運動，故障率較高。目前機床上有百分之50以上的故障都與之有關(guān)。如何保證ATC長期穩(wěn)定的運轉(zhuǎn)，提高其運行的可靠性，并能快速排除出現(xiàn)的故障，是保證設(shè)備使用效率的主要手段之一。通過分析公司現(xiàn)場所有數(shù)控設(shè)備的自動換刀裝置原理和結(jié)構(gòu)，建立通用結(jié)構(gòu)模型，在模型的基礎(chǔ)上對現(xiàn)場設(shè)備的自動換刀裝置故障進行分析，快速準(zhǔn)確判斷故障原因，提高維修效率。 

換刀裝置類型及其特點 

1 換刀裝置類型 

回轉(zhuǎn)刀架形（常用于車床，自動換刀裝置不帶機械手）特點：回轉(zhuǎn)刀架在結(jié)構(gòu)上必 須 有較好的強度和剛性，并具有盡可能高的重復(fù)定位精度。一般可安裝四、六或十二把刀，多數(shù)車削中 心采用十二刀位結(jié)構(gòu)。 

帶刀庫的自動換刀裝置（常用于加工中 心，自動換刀裝置帶機械手）特點：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，實現(xiàn)刀具在刀庫與機床主軸之間的傳遞和裝卸。 

更換主軸頭換刀裝置（常用于數(shù)控銑床） 

　　特點：各個主軸頭上預(yù)先裝有各工序加工所需的旋轉(zhuǎn)刀具，受到換刀數(shù)控指令時，各主軸頭轉(zhuǎn)到加工位置，并接通主軸運動使相應(yīng)的主軸帶動刀具旋轉(zhuǎn)，而其他處于不加工位置的主軸都與機床主運動脫開。 

2 換刀裝置的特點 

回轉(zhuǎn)刀架： 

　　四方回轉(zhuǎn)刀架換刀過程：1）刀架抬起： 當(dāng)數(shù)控裝置發(fā)出換刀指令后，電動機23 正傳，經(jīng)聯(lián)軸套16，軸17，由滑動鍵（花鍵）帶動蝸桿19，渦輪2，軸1，軸套10轉(zhuǎn)動。軸套10的外圓上有兩處凸起，可在套筒9內(nèi)孔中的螺旋槽內(nèi)滑動，從而舉起與9相連的刀架8及上端齒盤6，使上端齒盤6與下端齒盤 5分開，完成刀架抬起動作。 

　　1.2.2刀架轉(zhuǎn)位： 刀架抬起以后，軸套10仍在繼續(xù)轉(zhuǎn)動，同時帶動刀架8轉(zhuǎn)動（90°180°，270°，360°），并由刀架上的霍爾元件發(fā)出刀位編碼給數(shù)控裝置。 

　　1.2.3刀架壓緊：數(shù)控裝置經(jīng)過選刀號與霍爾元件編碼對比，刀架轉(zhuǎn)位到選刀位置后，電機23反轉(zhuǎn)，銷13使刀架8停住而不隨軸套10回轉(zhuǎn)，于是刀架8向下移動，上下端齒盤嚙合并壓緊。蝸桿19繼續(xù)轉(zhuǎn)動則產(chǎn)生軸向移動，壓縮彈簧22，軸筒21的外圓曲面壓縮微動開關(guān)20使電動機23停止旋轉(zhuǎn)，從而完成本次轉(zhuǎn)位。 

　帶刀庫的自動換刀裝置 

　　雙臂機械手有四種結(jié)構(gòu)形式：1） 鉤手形式；2）抱手形式；3）伸縮手形式；4）插手形式。這幾種機械手能夠完成抓刀、拔刀、回轉(zhuǎn)、插刀、返回等系列動作，為了防止刀具脫落，機械手的活動爪都帶有自鎖機構(gòu)。 

典型故障及其處理 

四工位刀庫故障 

故障現(xiàn)象：數(shù)控車床配置電動刀架，采用BEIJING-FANUC 0iTC數(shù)控系統(tǒng)，在產(chǎn)品加工過程中，發(fā)現(xiàn)加工尺寸一致性差，且刀具選擇偶然出現(xiàn)不能控制的現(xiàn)象。修改參數(shù)以后，顯示器顯示的尺寸與實際加工出來的尺寸相差懸殊，且尺寸的變化沒有規(guī)律，優(yōu)化系統(tǒng)參數(shù)，加工出來的產(chǎn)品尺寸也在不停變化。 

故障分析：因該機床主要是進行內(nèi)孔加工，尺寸的變化主要在X軸上。推斷故障在電動刀塔上，檢查發(fā)現(xiàn)，刀架鎖緊不充分，在吃刀過程中會出現(xiàn)刀架偏轉(zhuǎn)現(xiàn)象。檢查霍爾元件輸出編碼，與刀號一致，判斷故障在選刀驅(qū)動板上。

處理方法：首先檢查轉(zhuǎn)動部件尺寸，發(fā)現(xiàn)電動刀架在反轉(zhuǎn)夾緊過程中，因軸套長度尺寸有偏差，導(dǎo)致鎖緊不到位。將軸套端部減薄0.5mm，故障排除。然后檢查選刀驅(qū)動板上刀碼顯示燈，發(fā)現(xiàn)3#燈的顯示與實際信號有出入，且亮度較差。測量端子發(fā)現(xiàn)有3Ω接觸電阻，消除接觸電阻后選刀正常。 

機械手類型自動換刀典型故障 

故障現(xiàn)象：中國臺灣800臥式加工中 心機械手，在換刀過程中動作中斷，無法從主軸中拔刀，報警指示燈顯示器發(fā)出報警“ARM EXPENDING TROUBLE”（機械手伸出故障） 

故障原因分析：松刀感應(yīng)開關(guān)失靈，如果一個感應(yīng)開關(guān)未發(fā)出信號，則機械手拔刀電磁閥就不會動作檢查兩感應(yīng)開關(guān)，信號正常； 松刀液壓缸因為液壓系統(tǒng)壓力不夠或者漏油而不動作，或行程不到位。檢查刀具庫松刀液壓缸，動作正常，行程到位。 

自動換刀裝置故障 

故障現(xiàn)象：加工中 心機械手手臂旋轉(zhuǎn)速度快慢不均勻 ，氣液轉(zhuǎn)換器失油頻率加快，機械手旋轉(zhuǎn)不到位，手臂升降不動作。調(diào)整節(jié)流閥配合手動調(diào)整，只能維持短時間正常運行，且排氣聲音逐漸渾濁，不像正常動作時清洗，不能換刀。 

故障原因分析：根據(jù)動作過程，旋轉(zhuǎn)的動力傳遞是壓縮空氣源推動氣液轉(zhuǎn)換成液壓油由電控制程序指令控制，其旋轉(zhuǎn)速度由節(jié)流閥調(diào)整。拆卸機械手液壓缸，解體檢查，發(fā)現(xiàn)活塞支撐環(huán)O形圈均由直線性磨損，已不能密封。液壓缸內(nèi)壁粗糙，環(huán)狀刀紋明顯。精度太差 

故障處理：①修復(fù)液壓缸內(nèi)壁；②更換支承環(huán)O形圈；③重裝調(diào)整試車，故障消除。 

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