数控机床换刀常见故障

闫丽娟

（常德纺织机械有限公司，湖南常德 415004）

0 引言

数控机床在企业生产中担当着重要的角色，数控机床的故障停机，往往牵动着企业生产进度。及时准确解决数控机床故障，快速恢复生产是企业发展所需。由于在数控机床操作中，频繁使用机械手ATC（Automatic Tool Change，自动刀具交换）装置，机械手磨损严重，工作环境恶劣，导致ATC换刀故障是数控机床中比较常见的故障之一，其占数控机床故障的50%以上。

1 数控机床换刀流程

1.1 机械手ATC位置固定的数控机床换刀流程

换刀顺序为：主轴定向→Z轴运行至换刀点→刀库旋转，找到相应刀号→刀套摆动90°→机械手旋转60°→主轴松刀吹气→机械手向下取刀→机械手旋转180°→机械手向上→主轴夹刀→机械手旋转至零点→刀套摆动回位，换刀完成。

1.2 机械手ATC位置移动的数控机床换刀流程

机械手ATC位置移动的换刀机构如图1所示：机械手有3个位置：刀库侧、原点、主轴侧。机械手有5种动作：上升、下降、左移、右移、旋转。机械手初始位置在原点，手臂处于上升状态。主轴处于抓刀状态，换刀顺序为：刀库旋转→找到相应刀号→主轴定向→Z轴运行至换刀点→机械手左移至刀库侧→机械手下降→拔刀→机械手右移至原点→机械手上升→门打开→机械手右移至主轴侧→主轴松刀→机械手下降→机械手旋转180°→机械手上升→主轴夹刀→机械手左移至原点→门关闭→刀库旋转找到空刀号→机械手下降→机械手左移至刀库侧→机械手上移→刀套抓刀→机械手右移至原点，换刀完成。

1.3 不带机械手（ATC）的数控机床换刀流程

不带机械手的圆盘式刀库，换刀动作顺序为：主轴定向→Z轴运行至换刀点→刀库旋转→找到相应刀号→Z轴向下取刀，换刀完成。

2 数控机床换刀常见故障

2.1 刀库故障

刀库故障一般有以下3种现象和原因：

（1）刀库找不到刀号，一直旋转不停。原因可能是：刀号计数开关故障，导致记不到刀号或者刀号错乱；刀套有刀检测开关故障，导致找不到空刀号。

（2）刀库不转。原因可能是：刀库马达故障；传动机构松动。

图1 机械手ATC位置移动的换刀机构

（3）刀套摆动故障。原因可能是：刀套气缸故障；刀套摆动位置检测开关故障。

2.2 主轴故障

主轴故障一般有以下3种现象和原因：

（1）主轴刀具不能夹紧到位。原因可能是：主轴换刀压力太低；主轴碟簧损坏，刀具送入主轴时不能安全进入夹爪；夹紧到位检测开关损坏。

（2）主轴刀具松刀故障。原因可能是：主轴锥孔脏，导致刀具卡死；主轴抓刀碟簧损坏，松刀不到位；松开到位检测开关损坏。

（3）主轴定向不准。原因可能是：主轴定向不准。主轴的定向通常采用3种方式，分别为磁传感器、编码器和机械定向。检查定向装置，主轴在定向后发生位置偏移，主轴定向传动机构故障。

2.3 机械手故障

机械手故障一般有以下2种现象和原因：

（1）机械手旋转角度不到位。原因可能是：机械手旋转检测装置异常，编码器或者角度检测开关故障；机械手旋转装置机械损坏，传动机械卡死或者打滑。

（2）机械手位置错误。原因可能是：机械手位置检测开关损坏；控制机械手运动的缸损坏。

3 数控机床换刀故障实例

例1：台湾高明加工中心FANUC 0i-MD系统，换刀过程中机械手旋转后停在主轴侧位置不动。经过诊断，本次换刀运行至第13步机械手上升，机械手一直没有上升。首先，查看机械是否到位，确认机械手状态，是否旋转了180°，是否处于下降状态。经过检查机械手已经旋转了180°，也处于下降位置，并且机械到位。排除了机械不到位情况，其次，检查位置检测信号是否准确。机械手刀臂位置1检测信号对应X5.2，机械手刀臂位置2对应检测信号X5.3，机械手上升到位检测信号对应X6.5，机械手下降到位检测信号对应X6.6。机床出现换刀故障时，打开机床诊断画面，发现机械手下降到位X6.6点亮，机械手上升到位X6.5熄灭，而机械手刀臂位置检测信号X5.2和X5.3均为熄灭。经过检查，发现机械手刀臂位置2检测开关损坏。处理方法：第一步，强制完成换刀流程，通过强制操作PLC输出，此操作时要注意强制输出的动作不能存在干涉，否则会出现撞击。按照换刀流程，一步一步手动完成换刀步骤。第二步，更换刀臂位置2检测开关，故障解除。

例2：北一大隈卧式加工中心型号MAR-630H采用系统OSP-P200M，换刀卡刀。现场查看，换刀停留在第10步即主轴松刀。由于液压油缺少，压力变小，导致主轴松刀不到位。处理方法：第一步，添加液压油。第二步，强制操作换刀步骤，完成换刀流程。具体操作如下：按参数模式→打开画面切换总页面→打开机床用户参数（系统检查模式）→按“设定”键→输入“72”→手轮模式→打开机械轴参数→手摇机械手，观察“TS”坐标，直到坐标显示“0”为止→打开机床用户参数（系统检查模式）→按“设定”键→输入“0”→将换刀步数修改为第一步→强制换刀完成。OSP系统如果在换刀故障后，机床关机会导致ATC和刀库原点不准，强制换刀完成后，还需要进行原点设定。

4 结束语

换刀故障是数控机床常见故障之一。根据故障现象，本着由简到难、由外到内、由机械部分到电气部分的原则进行排查。只要掌握数控机床换刀的相关工作原理和设备的机械结构，了解其操作方法、动作顺序并对故障现象作充分调查和分析，就一定能找到故障的原因所在，检查修理，排除故障，最终使机床恢复正常。