ＴＯＹＯＳＫＴＶＴ－３０１Ｓ加工中心的卡刀（dāo）故障分析及（jí）處理（lǐ）-加工中心網-數控機床市場網

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ＴＯＹＯＳＫＴＶＴ－３０１Ｓ加工中心（xīn）的卡刀故障分析及處理

2022-2-9 來源：江海職業技術學院機電汽車學院揚州通信作者：朱敏紅春兵

摘要：隨著數控（kòng）加工中心的廣泛應用，機床出現故障的頻次也在逐（zhú）漸增加（jiā），而機床在自動換刀過程中出現的卡刀（dāo）問題是機床發生故障的主要原（yuán）因之一，快速地加以判斷並正確處理解（jiě）決卡刀問（wèn）題（tí）可大大提高生產效率（lǜ）。以ＴＯＹＯＳＫＴＶＴ－３０１Ｓ加工中心在換刀過程中經常出現的各種卡刀問題為例，進（jìn）行了理論分析，並結合長期積累的實際生產（chǎn）經（jīng）驗，歸納總結了故障的原因，提出了解決的方法，經在實際生產中（zhōng）應用（yòng）取得（dé）了較好（hǎo）的效果。

關鍵詞：加（jiā）工中心；卡刀；故障分析；ＴＯＹＯＳＫＴＶＴ－３０１Ｓ

引言

隨著科技的進步與發展，近年來數控加工中心在機（jī）械加工行業得到（dào）了廣泛（fàn）的應用。與傳統的機械加工設（shè）備相比，數控加工中心具有ＮＣ數控係統、刀具庫和自動換（huàn）刀裝（zhuāng）置，工件在一次裝夾後可自動（dòng）連續（xù）地完成銑、鏜、鑽、鉸（jiǎo）、攻絲（sī）等多種工序的加工［１］，實現（xiàn）了高效率、高精度的自動化加工。

數控加工中心（xīn）之（zhī）所以具（jù）有卓越的加工能力，起關鍵性作用的是數控係統（tǒng）、刀庫及自動換刀裝置等（děng）功能部件，特別是刀庫及自動（dòng）換刀裝置，它是區別（bié）於其他加工設備最主要的配置。根據加工中心的故障分析統（tǒng）計，換刀機構的故障占整個機床故（gù）障（zhàng）的６０％以上（shàng）［２］。由於（yú）其自動換刀裝（zhuāng）置結構比較複雜，為機、電、液、氣聯合控製，複雜係數高，因此自動換刀裝置的故障維修比較困難［３］。本文就ＴＯＹＯＳＫＴＶＴ－３０１Ｓ加（jiā）工中心在換刀中的卡刀問題進行分析及（jí）排故處理。

１、卡刀（dāo）的發生

我（wǒ）們知道，在數控加（jiā）工中心設備中，自動換（huàn）刀裝置及刀（dāo）具庫（kù）的使用最（zuì）為頻繁，當工件加工工序較多時，需（xū）要經常性地更換刀具以完成（chéng）加工。如果機床（chuáng）自身出現問題或者加工中出現一些異常時都會造成卡刀現象的發生。卡刀是指機床的機械手無法取下主軸上的刀具，同時數控係統出現（xiàn）報警（jǐng）提示［４］。在數控加工中（zhōng）心（xīn）ＴＯＹＯＳＫＴＶＴ－３０１Ｓ中，如果ＡＴＣ（ＡｕｔｏＴｏｏｌＣｈａｎｇＵｎｉｔ）在換刀過程中產生換刀的停止，出現“ＡＴＣｉｓｎｏｔｉｎｐｏｓｉｔｉｏｎａｌａｒｍ或Ｔｈｅｔｏｏｌｉｓｎｏｔｃｌａｍｐｅｄａｌａｒｍ或ｓｐｉｎｄｌｅｉｓｗｒｏｎｇａｌａｒｍ”等報警，導致機床不能順暢（chàng）地完成整個換刀的動作，就是發生了卡刀現象。

２、卡刀原（yuán）因分析及排故處理

因為卡刀故障經常發生（shēng），頻率相對較高，而產生故障的原（yuán）因又多種多樣，卡（kǎ）刀（dāo）發生時間（jiān）長達幾小（xiǎo）時或幾十小（xiǎo）時不等，對生產產生極大的影響。為了解決卡刀問題，依據長期的生產實踐和經驗積累，將生產中經常出現的卡刀（dāo）故障從以下幾方麵加以分析（xī）並進行排故處（chù）理。

２．１機床主軸（zhóu）故障（zhàng）及排故處理（lǐ）

主軸的鬆拉刀（dāo）機構是主（zhǔ）軸的重要組件之一，由於非接觸式信號檢（jiǎn）測元件自身靈敏度下降或安裝不合適，隨著主軸的運轉、振動和（hé）熱變形，導致機床卡刀、無信號［５］。

２．１．１主軸側換刀點偏離換刀原點

故（gù）障原因：主軸非法撞機，如操作人員業務不熟，出現刀具與刀號不符或程序有誤等問題（tí），導致刀具撞在工作台上；另一種原因是長時間磨耗使Ｚ軸絲杠與導軌間隙偏大，或伺服電機製動致使Ｚ軸（zhóu）電機編碼器靈敏度降低等。

排故及處理：觀察卡刀位置並用手轉動刀具以判斷刀的受力（lì）情況，如果主軸定位塊與（yǔ）ＡＲＭ定位塊受力，且ＡＲＭ是斜向下主軸端的，那就（jiù）考慮是主軸端下降了，應重新（xīn）調整設置（zhì）Ｚ軸（zhóu）換刀點位置，修改設（shè）置Ｇ３０的Ｚ軸原（yuán）點。

２．１．２主軸定位角度偏移

故障原因：同步帶或同步輪（lún）鬆懈、磨損或（huò）斜槽內（nèi）太髒，也可能是（shì）非法撞（zhuàng）機。

排故及處理：點動（修改（gǎi）Ｋ０．７／Ｋ０．６）或手動旋轉ＡＲＭ至取（qǔ）刀位置，如圖１所示，在主軸處做記號，然後（hòu）執行Ｍ１９或按ＯＲＩＥＮＴＡＴＩＯＮ使主軸（zhóu）定位。通過比較偏移角度，在參數４０３１中更改數據。

２．１．３主（zhǔ）軸拉刀拉爪破損

故障原因：因刀具（jù）上拉釘的損壞、加（jiā）工時產生（shēng）的振動衝擊、拉杆力不足及拉釘受力不夠等原因都（dōu）可能（néng）使拉爪磨損或破碎。

圖１主軸定位角度

　　排故及處理：一套拉爪有４片，並標有順序編號。當拔刀或裝刀有異常時，應立刻檢查或調整拉（lā）爪位置，否則可能損（sǔn）壞拉爪（zhǎo），更換時必須從（cóng）頂部和拉杆一起取下。

２．２換刀臂（bì）故（gù）障及排故處理

換刀臂是自動換刀裝置的核心組成部分（fèn），其主要作用是將（jiāng）安裝在主軸上的刀具拔出、運送、存儲在刀庫（kù），並把存儲（chǔ）在刀庫中的刀具（jù）運出和裝入主軸［６］。加（jiā）工中心換刀臂卡刀故障的頻繁度僅次（cì）於主（zhǔ）軸，意外（wài）斷電、氣壓不（bú）足、頻繁（fán）換刀、加工中出現的異常以及換刀部件的機械磨損都會造成換刀臂卡（kǎ）刀［７］。

２．２．１ＡＲＭ原點感應不（bú）良

故障原因（yīn）：受高壓冷卻水、鐵屑、油汙的影響，傳感器有時會出現感應不靈敏或感應錯誤。

排（pái）故及處理：如果太髒就得用氣槍吹幹淨（jìng）；如果偏移角（jiǎo）度就應調（diào）整位置。一旦ＡＴＣ在循環中ＳＥＮＳＯＲ有誤感應，應立（lì）即（jí）按下急停按鈕。

２．２．２卡刀塊磨損

故障原因：如圖２所示，卡刀塊在ＡＴＣ循環過程中Ａ側不但受到抓刀時水平方向的力，還（hái）受到裝刀和取（qǔ）刀時豎直（zhí）方向的力，這種高速、頻繁的（de）作（zuò）用力很容易使（shǐ）Ａ側受到磨損，這個位置的磨損將使刀具不能被平穩抓緊。

排（pái）故及處理：做好機床的日常檢查維護工作，操作謹慎，避免野蠻作業，必要時更換卡刀塊。

圖２卡刀塊（kuài）

２．２．３鎖刀杆滑動不順暢

故障原因：如圖３所示，彈簧Ｃ和墊套Ｂ在鎖刀杆Ａ上應保持良好潤滑，以實現動作順暢。當鎖刀杆出現磨損，彈簧變形、斷裂或鏽蝕，都（dōu）會（huì）導致換刀過程中刀具甩出或不能平穩地抓緊刀具，取刀或裝刀時就會被卡住。

排故及處理：鎖刀杆（gǎn）和彈簧（huáng）應保證較高的表麵質量，提高尺寸精度，降低表麵粗糙度（dù），以確保（bǎo）其高耐用度。

圖３鎖刀（dāo）杆、墊套及（jí）彈簧

另外，由於換刀臂（bì）因素產（chǎn）生的故障還有刀具夾緊（jǐn）力不合適、交換刀時掉刀、換刀動作不到位或不回（huí）位、換刀臂提前動作等情況。

２．３刀庫故障及排故處理

刀庫用於（yú）存儲加工過程中需要的各種刀具（jù），並根據（jù）程序指令把下（xià）一工序將要使用的刀具準確地送到換刀位置，還要接收從主軸換下（xià）的（de）上一（yī）工序所用的刀具［８］。刀庫係統卡刀現象也較常見（jiàn），如出現掉刀、亂刀等（děng）故障。

２．３．１刀套（tào）定位塊鬆動

故障原因：機床使用一段時（shí）間後，ＡＲＭ在取（qǔ）刀裝刀過程（chéng）中，由於未能與刀庫動作協調一致，刀套定（dìng）位塊就會被撞鬆或錯位，如圖４所示。

排故及處理：定期檢查刀套（tào）定位（wèi）塊的工（gōng）作狀態，發現異常及時緊固或更換（huàn）。

圖４鬆動的刀套定位（wèi）塊

２．３．２刀（dāo）套內鋼珠失（shī）效

故（gù）障原（yuán）因：因刀具拉釘磨損，撞擊變形或產生毛（máo）刺而損壞，或刀具裝入刀套時的角度不垂直，長（zhǎng）時間頻繁受力將使鋼珠功能失效。

排故及（jí）處理：鋼珠脫落或鋼珠雖在但因其中小彈簧斷裂、鏽死或鋼珠安裝孔偏大，都將產（chǎn）生掉刀或拉不緊刀故障，應根據具體情況選擇更換維修鋼（gāng）珠、彈（dàn）簧或刀套。

２．４刀具故障及（jí）排故（gù）處理（lǐ）

故障（zhàng）原因：刀柄與拉釘的連接螺（luó）紋因抓刀、鬆刀交（jiāo）替傳遞的軸向應力而鬆動或斷裂，刀柄的長期頻繁使用也會造成刀柄定位錐麵的磨損。

排故及處理：定期檢查拉釘與刀柄，發現有鬆動或明顯磨損情（qíng）況時應及時恢（huī）複或更換。

另外，刀具因素產生的故障還有刀具超長或（huò）超重、刀柄形式或拉釘（dìng）規格型號與機床主軸或與換刀臂不匹配（pèi）等（děng）情況。

３、結語

由於ＡＴＣ上的很多部件（jiàn）是非標的，當零部件磨損需要更換時，應盡可能選擇原（yuán）廠家的。否則（zé）更換的部件如果受到工件（jiàn）材料、加工工藝以及製造精（jīng）度等的（de）影響時，會導致故障產生（shēng）的頻率提高，所以定製非標（biāo）準件（jiàn）時，應嚴把質量檢驗關，並且長期使用不良的備件還會使得故障發生惡性循環。除本文所述情況外，機床操作控製係統、氣源氣壓（yā）是否正常等也是影響換刀卡刀的因素之一。

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