数控加工ATC装置故障诊断及控制分析

摘要：数控机床自动换刀装置（AutomaticToolChanger，简称ATC），是数控加工中心的关键环节。由于ATC装置结构复杂，故障诊断及排除的难度较大，出现故障的频率较高，使之成为数控机床维修人员普遍遇到的难题。为此，文章对ATC装置结构特点及换刀原理进行分析，并结合生产实际，对ATC装置常见的故障及处理措施进行归纳，以备机床维修人员作为参考。

关键词：数控加工中心；ATC装置；常见故障；诊断分析；维修维护

ATC装置是数控加工中心进行多道工序加工的前提条件，在实际生产过程中，加工中心半数以上的故障与其有关，ATC性能的好坏直接影响着加工成本和加工质量[1]。

1数控中心ATC装置结构特点及换刀控制分析

1.1结构特点。ATC装置主要由刀库、刀具、主轴、拉杆、换刀臂升降液压缸、换刀臂等部分组成[2]。刀库的功能是存储整个数控加工中需要的各种型号道具，并根据系统程序指令，将下一步加工所需刀具准确的运送到换刀位置，同时接收上一步加工过程中所使用的刀具。传统数控换刀时需要将主轴上的刀具送回刀库，然后才能从刀库中取出新刀具，由于这两个动作分别运行，导致换刀时间较长、加工效率较低。随着数控技术的不断发展，数控加工中心采取机械手同时完成还刀、取刀操作，提高了加工效率。ATC装置的驱动方式主要三种形式：交流异步电动机驱动，换刀成本低、定位准、稳定性好、速度快，通常用于比较频繁换刀的中小型数控加工中心；伺服驱动，根据T代码指令执行动作，换刀精度高、成本高、稳定性强；液压驱动，需要足够的液压动力，运动速度及准确性受到环境、油温、油压等因素的影响，用于不需要频繁换刀的大中型数控加工中心。1.2换刀控制。ATC装置刀库中的选刀方式主要有四种：刀具编码方式，对刀具进行编码并且采用特殊的刀柄结构，换刀时只需根据相应的编码就能找到刀具，虽然编程代码简单，但刀柄结构较为复杂，容易出现问题；刀套编码方式，对刀座进行编码，该方式显著的特点是刀具用完之后必须放回原位，降低了加工效率；顺序选刀方式，将刀具按照加工的顺序依次放入刀座中，一旦加工顺序发生改变，就需要重新装入刀具，即使是不同的加工工序采用相同顺序的刀具，也需要重新装入。虽然该方式控制比较简单，但控制效率较低；随机选刀方式，利用存储器的数据表结构，在换刀时同步更新刀具、刀座与主轴之间的关系，刀库换刀与主轴换刀可以同步完成，与前面三种方式相比，该方式加工效率高，满足现代化的数控加工生产需求[3]。

2数控加工中心ATC装置常见故障诊断及处理方法

在数控加工过程中，ATC装置经常出现故障，根据上述的ATC装置结构及换刀控制原理的分析，对于ATC装置常见故障诊断、原因分析及处理方法归纳如下。2.1刀套破裂原因分析：装入刀具时损坏、刀套未定位前有倒刀动作或未回位定位前刀盘旋转。故障处理：更换刀套、调整刀盘定位接近开关。2.2刀库无法运转原因分析：电压不正常、气压低、磁簧开关故障、电线松动。故障处理：检查电源是否良好；调整气源压力；每一个开关是否正常工作、电线是否接好。2.3传动马达烧坏原因分析：组件不能运转、刀具超重、刹车烧坏、电源缺相、电压不正确。故障处理：检查刀套滑动部位是否运转顺畅；检查刀具重量是否超过规定值、检查刹车器线圈是否损坏；检查电源是否缺相及电压等级是否匹配。2.4换刀时出现刀具掉落及拉刀现象原因分析：刀具太重造成刀臂变形、刀臂及刀具的夹刀点的校正不正确、刀具被撞击变形、刀套内的加紧弹簧已疲劳。故障处理：在换刀之前检查刀具质量；重新校正；换新刀臂并重新调整；调整并更换弹簧。2.5倒刀时刀掉落原因分析：刀具质量超过限定值、刀套内的弹簧夹力不够、刀套没有定位好。故障处理：检查总质量；调整或更换。2.6刀套准备好后无法正常降落原因分析：刀具过重或过长、汽缸泄露、刀具松动、气压低。故障处理：确定刀具重量及长度；检查汽缸；紧固螺钉；检查气压。2.7换刀时无法回归原因分析：电线接触不良、刀臂弯曲。故障处理：用换刀命令来进行换刀动作，检查电线故障；扳手旋转，如旋转后仍然无法回归，则需要更换刀具。

3结束语

综上所述，数控加工中心ATC装置常见故障有很多，只有掌握其控制原理及装置结构，对已经发生故障及维修方法进行总结归纳，以后遇到类似的故障就能大大提高维修效率，降低对人力物力资源的耗损，对于数控机床的日常维护和应用具有重要的现实意义。

作者:卞仕新 单位:江苏省宝应中等专业学校

参考文献：

[1]张永强.立式加工中心ATC装置常见故障的诊断与分析[J].汽车实用技术，2010(6)：28-29.

[2]晁晓圆.数控加工中心ATC装置的控制分析与故障排除[J].机床与液压，2017，45(2)：160-162.

[3]刘煌贤.数控实训中常见车床撞刀的原因及解决对策[J].南方农机，2017，48(16)：187.