加工中心掉刀故障分析与处理

目前,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  加工中心换刀动作分析，从 PLC 图上看此机床的换刀程序达 900 多步,很难读懂其工作
原理。在此, 略去 ATC 数据交换、传递。
 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,
一种是本工步根本就没加工,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,因而在自动加工生产线上有时会因掉刀而出现批
量废品的现象。
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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
据刀具在主轴上装不到位的现象分析, 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故障。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
 O 0200  ;S 500 ;M 03 ;G04 X 3.0 ;M 06 ;M 99 ;
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。更换此开关 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 X417 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 线松动, 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 

“

仍为 1”状态, 于是在机械手未到位时, 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, 在上文中提到
的则是刀具未作任何加工工步就掉刀的故障。