2004年江苏多棱数控机床股份有限公司76系列、56系列、71系列机床出现刀具夹不紧、弹簧卡爪断裂现象，由于76系列机床已经全面实现产业化，56系列机床也正在加紧产业化步伐，每年这两种机床产销量都很大，占据着公司近一半的产值，它们的质量的可靠性、售后服务就显得尤为重要，因此出现这种情况后公司上下都很重视，公司有关人员在第一时间赶到了故障现场，拆下主轴拉刀装置带回公司。经过仔细观察和细致的分析，很快找到了故障的原因，立即进行了改进，以最快速度对已出厂的存在故障隐患的机床都进行了改后拉刀装置的更换，至今该装置再未出现类似问题，改进效果理想，深受客户好评。由于56系列、71系列机床均是借用TH76系列机床的拉刀装置，下面只对TH76系列机床的拉刀装置故障原因、改进作介绍。
1．拉刀装置的工作原理
该拉刀装置的工作原理如图1所示，当刀具由刀库或人工送到7:24主轴锥孔后，刀柄后部的拉钉便被送入到主轴中心的拉杆的前端，当增压气缸接收到刀具已被放入主轴锥孔的信号时，增压气缸活塞推杆便向上运动，拉杆在碟形弹簧（在松刀时已被压缩处于储能状态）能量释放反作用力下，也跟着向上运动，拉杆前端的卡爪（卡爪在圆周方向等分割成6片）由于受到卡爪弹簧的紧箍力作用，而与拉杆紧紧相连，因此弹簧卡爪也跟着向上运动，卡爪末端从φ35mm开放的圆柱孔经过锥孔进入φ27mm的主轴圆柱孔，6片卡爪在027mm的主轴圆柱孔中缩小了直径，从而抱住拉钉，同时把拉钉向上拉。由于碟形弹簧力一直作用在拉杆上，所以拉钉一直被紧紧拉住（该拉力大约2万N左右）。当增压气缸接到刀库准备取走主轴锥孔内的刀具信号时，增压气缸活塞推杆便向下运动，克服碟形弹簧反作用力，把拉杆向下推，卡爪末端从φ27mm圆柱孔经过内锥孔进入开放的φ35mm圆柱孔内，此时6片卡爪由于弹簧的作用向外扩张，刀库就能把刀具从主轴上取走。动作过程按控制系统中所编程序进行，到位信号由安装在各个位置的光电开关送到控制系统中。
2．故障原因
经仔细观察后发现，卡爪断裂出现在卡爪上方安装卡爪弹簧的环形槽上方，而且卡爪中的φ12mm内孔圆柱面被磨得很光滑。分析认为出现上述现象的原因有两点：①卡爪的φ12mm内孔偏大、拉杆φ15mm处的端面与卡爪单边只能接触到（15－12）/2=1.5mm，去除 0.5mm的倒角，单边只有1mm接触。主轴在该区域有φ29mm的台阶孔（此台阶孔作用是减少磨削面积、降低加工难度），卡爪上端最大处外圆φ27mm与主轴φ29mm的台阶孔单边有（29－27）/2=1mm间隙。当拉杆受力向上运动时，拉杆φ15mm上端部便进入卡爪的0.5×45°倒角区域，由于碟形弹簧强大的反作用力使拉杆φ15mm端部迅速磨损，一段时间后拉杆端部便可能进入卡爪φ12mm内孔，此后便出现刀具拉不紧的现象。②如图1所示，在刀具夹紧状态下，理论上拉杆导向部分φ27mm圆柱下端面应该不会进入主轴φ27mm内孔中，因为还有3－2.5 =0.5mm的余量，也就是说卡爪上端面理论上不会与主轴φ29mm的台阶产生碰撞，但是从卡爪频频断裂来看，碰撞已有发生。分析后认为主轴、卡爪、拉杆的加工和安装误差累计有可能大于0.5mm，从而导致碰撞发生，反复的交变冲击力使卡爪弹簧环形槽上方断裂。
3．改进措施
针对故障原因，对卡爪和拉杆进行了如下整改：如图2所示，将卡爪内孔尺寸φ12mm减小至φ11.2mm，拉杆端部尺寸φ15mm增大至φ15.5 mm；同时卡爪整体加长10mm即49.6mm变为59.6mm，同时15.2mm变为25mm，拉杆φ27mm导向部分缩短10mm，同时φ27mm导向部分与拉杆端部之间的开挡加长10mm，即尺寸34mm变为24mm，同时15.2mm变为25.2mm。整改后卡爪的上表面完全避开了主轴φ29mm的台阶孔（图示均为刀具夹紧后的状态），因为增压气缸向下的行程比7mm要小，所以卡爪上端在刀具松开和夹紧两种状态下始终在主轴φ27mm的孔内来回运动，就避免了卡爪和台阶孔的碰撞的可能，从而解决了卡爪断裂的问题；因为拉杆端面与卡爪单边可接触到（15.5－11.2）/2－0.5=1.65mm，而且卡爪上端外圆始终被逼迫在主轴φ27mm的孔内，卡爪上端外圆与主轴φ27mm的孔不再存在间隙，就避免了拉杆端部进入卡爪φ11.2mm内孔的可能性，从而解决了拉刀拉不紧的问题。这里要注意保证卡爪弹簧在刀具松开和夹紧两种状态下始终只在φ29mm的台阶孔内运动，从而避免产生碰撞和磨损，因为卡爪弹簧的钢丝直径只有00.6mm，一旦磨损断裂，6片卡爪就会散落开来，从主轴锥孔中掉下，失去拉刀作用。如图2所示因为6－2.5=3.5mm，保证了卡爪弹簧在刀具松开和夹紧两种状态下始终只在φ29mm的台阶孔内运动。
公司及时更换了改进的卡爪、拉杆后，刀具夹紧可靠，松刀动作顺畅自如，问题得到解决，避免了更换主轴，为公司节约大量的售后服务成本。
