加工中心的自動(dòng)換刀裝置（ATC）有兩種常用類型的換刀方式，一是刀具從刀庫中直接由主軸交換，二是依靠機(jī)械手完成主軸與刀庫上刀具的交換。第一種換刀方式適用于小型加工中心，刀庫較小，刀具較少，換刀動(dòng)作簡單，出現(xiàn)掉刀等故障時(shí)容易發(fā)現(xiàn)并能及時(shí)排除。第二種換刀方式，從結(jié)構(gòu)上和動(dòng)作上看均屬于比較復(fù)雜的一種。本文以Vcenter-80型加工中心為例分析掉刀故障現(xiàn)象并加以處理。  

      1、加工中心換刀動(dòng)作分析        
      從PLC圖上看此機(jī)床換刀程序達(dá)900多步，很難讀懂其工作原理。在此，略運(yùn)去ATC數(shù)據(jù)交換、傳遞、存儲(chǔ)及刀號(hào)存儲(chǔ)等內(nèi)容，把換刀動(dòng)作簡述如下：CNC換刀指令（M06）→刀套下降→下降到位→機(jī)械手轉(zhuǎn)動(dòng)→轉(zhuǎn)動(dòng)減速→轉(zhuǎn)動(dòng)到位（X4.7）→主軸刀松開→松開到位→機(jī)械手轉(zhuǎn)動(dòng)→轉(zhuǎn)動(dòng)減速→轉(zhuǎn)動(dòng)到位→主軸刀夾緊→夾緊到位（X2.5）→機(jī)械手逆轉(zhuǎn)→機(jī)械原位，換刀完成。其中，機(jī)械手的快、慢速由變頻器實(shí)現(xiàn)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)帶動(dòng)機(jī)械凸輪傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的上升、下降。  

    2、掉刀故障      
      掉刀故障現(xiàn)象出現(xiàn)時(shí)間較長，一開始，偶爾出現(xiàn)一次，一月一次，甚至兩三月一次，以為是偶然因素引起的，沒有引起足夠的重視，慢慢地一周出現(xiàn)一次，甚至兩次，同時(shí)伴隨著主軸上的刀裝不到位的情況。后來慢慢地演變?yōu)橐粋€(gè)班次多次出現(xiàn)故障，嚴(yán)重地影響生產(chǎn)進(jìn)度、造成廢品產(chǎn)生。仔細(xì)觀察，掉刀故障有兩種情況出現(xiàn)，一種是由本工步加工完成后掉刀，一種是本工步根本沒加工，刀具落在工作臺(tái)上。由于加工過程中，換刀動(dòng)作均執(zhí)行，動(dòng)作順序正常，故出現(xiàn)掉刀、裝刀（裝到主軸上）不到位時(shí)均無任何報(bào)警現(xiàn)象，只有操作者在工件檢查或聽到掉刀異常聲音時(shí)，才會(huì)發(fā)生故障，因而在自動(dòng)加工生產(chǎn)線上有時(shí)會(huì)因掉刀而出現(xiàn)批量廢品的現(xiàn)象。  

    3、故障分析與處理  
      （1）檢查機(jī)械手執(zhí)行ATC換刀故障排除步驟，把機(jī)械手停止在垂直極限位置。檢查機(jī)械手手臂上的兩個(gè)卡爪及支持卡爪的彈簧等附件。均沒有發(fā)現(xiàn)問題，說明機(jī)械手夾持刀具緊固，在機(jī)械手轉(zhuǎn)動(dòng)情況下不會(huì)出現(xiàn)掉刀現(xiàn)象。      
      （2）檢查刀具夾持情況根據(jù)刀具有主軸上裝不位的現(xiàn)象分析，可能是主軸內(nèi)孔中碟簧不能對(duì)刀具夾持緊固，從而出現(xiàn)刀裝不到位，甚至裝不上而掉刀現(xiàn)象。拆開主軸內(nèi)部，發(fā)現(xiàn)有幾處對(duì)碟簧已碎。于是更換了全部碟簧。試車時(shí)沒有出現(xiàn)任何問題。運(yùn)行一個(gè)班次后又出現(xiàn)掉刀現(xiàn)象。   
    （3）檢查換刀程序針對(duì)本故障僅出現(xiàn)在換刀動(dòng)作過程中，與其他動(dòng)作無關(guān)，編輯一個(gè)自動(dòng)換刀反復(fù)執(zhí)行程序，并運(yùn)行此程序，以期找到掉刀的真正原因。編輯自動(dòng)換刀程序如下：  O0200→S500→M03→G04X3.0→M06→M99→%      
      在程序運(yùn)行中，發(fā)現(xiàn)如下情況：主軸刀具夾緊沒有到位，甚至還沒有夾緊動(dòng)作的情況下，機(jī)械手轉(zhuǎn)動(dòng)，于是掉刀。依前文換刀動(dòng)作順序分析主軸刀具夾緊到位行程開關(guān)誤動(dòng)作引起掉刀故障。打開PLC梯形圖，監(jiān)控該行程開關(guān)（輸入為X2.5)，反復(fù)按壓該行程開關(guān)，發(fā)現(xiàn)20多次壓合中有3次X2.5為“0”狀態(tài)的現(xiàn)象出現(xiàn)兩次，同時(shí)壓合后X2.5不能由“1”狀態(tài)轉(zhuǎn)到“0狀態(tài)”的現(xiàn)象出現(xiàn)兩次，根據(jù)以上判定該行程開關(guān)損壞。此開關(guān)為OMRONZC—Q2255，用國產(chǎn)CXW5—11Q1替換，試車正常。一周后，操作者仍反映有掉刀現(xiàn)象，當(dāng)然出現(xiàn)的頻次小了，這說明掉刀故障仍未徹底排除。   
    （4）故障處理反復(fù)運(yùn)行兩個(gè)小時(shí)，自動(dòng)換刀幾百次。終于發(fā)現(xiàn)一次故障：在機(jī)械手沒有到位的情況下，主軸上的刀具松開，機(jī)械手沒有抓住刀，從而出現(xiàn)掉刀現(xiàn)象，這說明機(jī)械手到位磁感應(yīng)開關(guān)誤動(dòng)作。更換開關(guān)E2E—CR8C1，故障現(xiàn)象仍然存在。查看PLC梯形圖，此開關(guān)輸入點(diǎn)為X4.7。梯形圖中X4.7為常開點(diǎn)，當(dāng)此開關(guān)感應(yīng)時(shí)狀態(tài)為“0”，不感應(yīng)時(shí)狀態(tài)為“1”。其邏輯狀態(tài)與常見的感應(yīng)開關(guān)邏輯狀態(tài)相反。當(dāng)X4.7斷線時(shí)，也會(huì)引起X4.7為“1”狀態(tài)，于是排查X4.7的聯(lián)線，發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)開關(guān)后方的接線端子處X4.7松動(dòng)，每當(dāng)自動(dòng)換刀時(shí)，機(jī)械手凸輪一系列動(dòng)作引起的輕微震動(dòng)，使X4.7線處于斷開狀態(tài)，這樣在機(jī)械手未到位時(shí)，松開刀具的感應(yīng)開關(guān)雖仍感應(yīng)，但因處于斷線狀態(tài)，X4.7伯為“1”狀態(tài)，于是在機(jī)械未到位時(shí)，刀具松開而出現(xiàn)掉刀故障。這種情況的掉刀故障，是刀具已作加工工步而后掉的刀，在上文提到的則是刀具未作任何加工工步就掉刀的故障。