數控機床自動換刀裝置（簡稱ATC Auto Tool Change），是數控機床自動化的標志，是數控機床重要執行機構，它們的運行可靠性直接影響機床的加工質量和效率，自動換刀裝置（ATC）機構較復雜，且在工作中又頻繁運動，故障率較高。目前機床上有百分之50以上的故障都與之有關。如何保證ATC長期穩定的運轉，提高其運行的可靠性，并能快速排除出現的故障，是保證設備使用效率的主要手段之一。通過分析公司現場所有數控設備的自動換刀裝置原理和結構，建立通用結構模型，在模型的基礎上對現場設備的自動換刀裝置故障進行分析，快速準確判斷故障原因，提高維修效率。 

換刀裝置類型及其特點 

1 換刀裝置類型 

回轉刀架形（常用于車床，自動換刀裝置不帶機械手）特點：回轉刀架在結構上必 須 有較好的強度和剛性，并具有盡可能高的重復定位精度。一般可安裝四、六或十二把刀，多數車削中 心采用十二刀位結構。 

帶刀庫的自動換刀裝置（常用于加工中 心，自動換刀裝置帶機械手）特點：結構復雜，實現刀具在刀庫與機床主軸之間的傳遞和裝卸。 

更換主軸頭換刀裝置（常用于數控銑床） 

　　特點：各個主軸頭上預先裝有各工序加工所需的旋轉刀具，受到換刀數控指令時，各主軸頭轉到加工位置，并接通主軸運動使相應的主軸帶動刀具旋轉，而其他處于不加工位置的主軸都與機床主運動脫開。 

2 換刀裝置的特點 

回轉刀架： 

　　四方回轉刀架換刀過程：1）刀架抬起： 當數控裝置發出換刀指令后，電動機23 正傳，經聯軸套16，軸17，由滑動鍵（花鍵）帶動蝸桿19，渦輪2，軸1，軸套10轉動。軸套10的外圓上有兩處凸起，可在套筒9內孔中的螺旋槽內滑動，從而舉起與9相連的刀架8及上端齒盤6，使上端齒盤6與下端齒盤 5分開，完成刀架抬起動作。 

　　1.2.2刀架轉位： 刀架抬起以后，軸套10仍在繼續轉動，同時帶動刀架8轉動（90°180°，270°，360°），并由刀架上的霍爾元件發出刀位編碼給數控裝置。 

　　1.2.3刀架壓緊：數控裝置經過選刀號與霍爾元件編碼對比，刀架轉位到選刀位置后，電機23反轉，銷13使刀架8停住而不隨軸套10回轉，于是刀架8向下移動，上下端齒盤嚙合并壓緊。蝸桿19繼續轉動則產生軸向移動，壓縮彈簧22，軸筒21的外圓曲面壓縮微動開關20使電動機23停止旋轉，從而完成本次轉位。 

　帶刀庫的自動換刀裝置 

　　雙臂機械手有四種結構形式：1） 鉤手形式；2）抱手形式；3）伸縮手形式；4）插手形式。這幾種機械手能夠完成抓刀、拔刀、回轉、插刀、返回等系列動作，為了防止刀具脫落，機械手的活動爪都帶有自鎖機構。 

典型故障及其處理 

四工位刀庫故障 

故障現象：數控車床配置電動刀架，采用BEIJING-FANUC 0iTC數控系統，在產品加工過程中，發現加工尺寸一致性差，且刀具選擇偶然出現不能控制的現象。修改參數以后，顯示器顯示的尺寸與實際加工出來的尺寸相差懸殊，且尺寸的變化沒有規律，優化系統參數，加工出來的產品尺寸也在不停變化。 

故障分析：因該機床主要是進行內孔加工，尺寸的變化主要在X軸上。推斷故障在電動刀塔上，檢查發現，刀架鎖緊不充分，在吃刀過程中會出現刀架偏轉現象。檢查霍爾元件輸出編碼，與刀號一致，判斷故障在選刀驅動板上。

處理方法：首先檢查轉動部件尺寸，發現電動刀架在反轉夾緊過程中，因軸套長度尺寸有偏差，導致鎖緊不到位。將軸套端部減薄0.5mm，故障排除。然后檢查選刀驅動板上刀碼顯示燈，發現3#燈的顯示與實際信號有出入，且亮度較差。測量端子發現有3Ω接觸電阻，消除接觸電阻后選刀正常。 

機械手類型自動換刀典型故障 

故障現象：臺灣800臥式加工中 心機械手，在換刀過程中動作中斷，無法從主軸中拔刀，報警指示燈顯示器發出報警“ARM EXPENDING TROUBLE”（機械手伸出故障） 

故障原因分析：松刀感應開關失靈，如果一個感應開關未發出信號，則機械手拔刀電磁閥就不會動作檢查兩感應開關，信號正常； 松刀液壓缸因為液壓系統壓力不夠或者漏油而不動作，或行程不到位。檢查刀具庫松刀液壓缸，動作正常，行程到位。 

自動換刀裝置故障 

故障現象：加工中 心機械手手臂旋轉速度快慢不均勻 ，氣液轉換器失油頻率加快，機械手旋轉不到位，手臂升降不動作。調整節流閥配合手動調整，只能維持短時間正常運行，且排氣聲音逐漸渾濁，不像正常動作時清洗，不能換刀。 

故障原因分析：根據動作過程，旋轉的動力傳遞是壓縮空氣源推動氣液轉換成液壓油由電控制程序指令控制，其旋轉速度由節流閥調整。拆卸機械手液壓缸，解體檢查，發現活塞支撐環O形圈均由直線性磨損，已不能密封。液壓缸內壁粗糙，環狀刀紋明顯。精度太差 

故障處理：①修復液壓缸內壁；②更換支承環O形圈；③重裝調整試車，故障消除。 

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