​數控機床機械手換刀裝置故障與維修

在數控機床的維修中，與換（huàn）刀相關的故障極為多見。本文基於機械手換刀裝（zhuāng）置的結構與動作控（kòng）製，結合維修實例，歸納常見故障現象（xiàng）、原因及處理措施，在數控機床的維修與改造中具有較大的現實意義，值得認真（zhēn）探（tàn）索、交流與推廣。

數控機床特別是數控加工中心高精度、高效率的重要原因之一在於其（qí）一次裝夾、多工序自動（dòng）加工，而實現這一功能的關鍵在於自動換（huàn）刀裝置。由於自動換刀裝置工作頻度高、控製機構複雜，包括刀庫、刀具交換（huàn）以及驅動等部分，因此出（chū）現故障的幾（jǐ）率也大，在數（shù）控（kòng）機床的維修中（zhōng）占有相當大的比例。了解其結構特點與控製機理，熟（shú）悉換刀的動作流（liú）程，總結歸（guī）納常見故（gù）障現象、原因及解決措施，借鑒相關維修（xiū）實例，有（yǒu）助於快速、準確地診斷並排除故障，提高維修工作的質量與效率。

1.機械手換刀裝置的結構

數控機床自動換刀（dāo）功能的實現有多種（zhǒng）方式（shì）。按是（shì）否由機械手換刀可將其分為兩類：無機械手換刀（如鬥笠式）大多依靠主軸與刀庫間的軸向（xiàng）相對運動實現拔（bá）刀與（yǔ）插刀，換刀時刀庫移至換刀位置，主軸先將刀具還回刀庫換刀位的空刀（dāo）座上，然後刀庫旋轉（zhuǎn）使下一工序所需刀具進入換刀位置，主軸再從刀（dāo）庫取走新的（de）刀具，還刀和取刀兩（liǎng）個動作隻能分步進（jìn）行，加之主軸的軸向運動（dòng）以（yǐ）及刀庫的移動和轉動，因此（cǐ）換（huàn）刀時間長，加工效率低（dī），刀庫的容量也較小；目前數控機床更多采用的是機械手換（huàn）刀，利用機械手快（kuài）速、準確地（dì）對調刀庫中（zhōng）換刀位與主軸上的刀具，還刀、取刀同時進（jìn）行，換刀時（shí）間大（dà）大縮短，而且刀（dāo）庫（kù）容量不受換刀機構限製。

1.刀具（jù）固定（dìng）板架2.刀座3.換刀機械手

4.換刀位置刀座5.取刀機械手縱向導（dǎo）軌

6.取刀機械手橫向導軌

刀（dāo）庫按刀具的布局可分為盤式、鏈式和格子式三種（zhǒng）。盤式刀庫刀具呈圓（yuán）周（zhōu）狀分布，鏈（liàn）式刀庫刀具布置在鏈條的各（gè）個環節上，格子式刀庫刀具縱橫排（pái）列。盤式刀（dāo）庫空間利用率低、容量小，一般用於小型加工中心。鏈式與格子式刀庫空間利用率高、容量大，用於中型與大型數控加工中心。刀庫（kù）的作用不僅是存放（fàng）加工（gōng）過程中所需要的刀具，還負責把下一（yī）工序所要（yào）使用的刀具準確地送到（dào）換刀位置。

刀具交換裝置的（de）驅動方式有液壓、伺服（fú）和交流異步電動機驅動三種（zhǒng）。液壓驅動需要足夠的液（yè）壓動力，且運動的速度和（hé）準確性受油質、油壓、油溫及環境等因素影響，一般用於不需要頻繁換刀的大中型機床。伺服電動機驅動的（de）換（huàn）刀裝置換刀速度快、精度高、穩定（dìng）性強，但成（chéng）本較高。交流異步（bù）電動機驅動的（de）換刀裝置，借助凸（tū）輪機構，換刀速度快、定位準、穩定性高、連貫（guàn）性好且成（chéng）本低，廣泛用（yòng）於頻繁換刀的中小型（xíng）加工中心。

2.機械手換刀動作流程與選刀方式

刀庫的選刀有順序選刀、刀具（jù）編碼選刀、刀座編碼選刀和隨機選刀四種方式。機械手換刀大多采用隨機換刀方式（shì），從（cóng）主軸取下的刀具就近放入刀庫中剛（gāng）取走刀具的換刀位刀座內，取刀與還刀同步完成。其原理（lǐ）是（shì）在存儲器中建（jiàn）立換刀數據表，表中存儲單元的地址與刀座編號及主軸相對應，因此數據表的容量為刀庫中刀座（zuò）數加1，存儲單元中的數據與刀具編號一一對應，如附表（biǎo）所示。換（huàn）刀時數據更新是先將主軸所對應（yīng）的存（cún）儲單元中的數據（換刀前刀具的編號）寫入刀庫（kù）換刀位刀座所對應的存儲單元中，再將換刀指（zhǐ）令中的刀具編號寫入（rù）主軸所對應的存儲單元，完成主軸與換刀位刀具編號的對換。假設（shè）數據表存儲（chǔ）單元（yuán）首地址為（wéi）D300，該地址所對應存（cún）儲單元中存放的數據即（jí）為主軸上刀具的編號，地址（zhǐ）為D301～D（300+n）的存儲單元（yuán）中的數據，即刀庫中從1#～n#刀座上刀具的編號。

3.機械手換刀裝置的（de）常見（jiàn）故（gù）障與排（pái）除（chú）方法

在（zài）數控機床維修的過（guò）程中，經常出現與換刀相關的故障，根據其結構特點及換刀動作過程，歸（guī）納（nà）刀庫及（jí）機械手兩大方麵常見故障現（xiàn）象、產生（shēng）原因與采（cǎi）取措施如下。

（1）刀庫故障。

①常見故障1：刀庫不能轉動（dòng）。可能原（yuán）因：電動機（jī）軸與蝸杆軸的聯軸器（qì）鬆動；變頻（pín）器故障，電動（dòng）機不得電；接近開關或磁簧開關故障；PLC無輸出控製（zhì），或PLC有輸出但接口板中的繼電器（qì）失效；氣壓低。常用措施：檢查調整聯軸器；檢查變頻器的輸入、輸出電壓是否正常；通過PLC的IO監控畫麵檢查IO狀態，調整或更換（huàn）接（jiē）近開關或磁簧開關，檢查或更換繼電器；調整氣壓達到規（guī）定值。

② 常見故障2：刀盤定位不準。可能（néng）原因：電動（dòng）機剎車器磨損。常（cháng）用措施（shī）：調整電動機剎（chà）車器中調節螺（luó）釘（dìng）。

③常見故障3：換刀位刀座在倒刀時不正常。可能原因：氣（qì）壓不符合要（yào）求、止動螺絲鬆動、氣缸損壞、倒刀電磁閥接觸不良或損壞、刀具超重或（huò）超長。常（cháng）用措施：調（diào）整氣壓到（dào）符合要求（qiú）、鎖緊止動螺絲、更換氣缸（gāng）、檢查（chá）電磁閥（fá）接點或更換元件（jiàn）、更換刀具。

④常見故（gù）障4：刀套上下不到（dào）位。可能原因：安裝調整（zhěng）不當（dāng）或撥叉位置不正確、限位開關安裝不正確或調整不當，造成反饋信號（hào）錯誤。常用措施：檢查、調整撥叉或（huò）限位開關位置，或更換元件。

⑤常見故障5：倒刀時刀具掉落。可能原因：刀（dāo）套（tào）內彈簧夾力不夠或不能正常複位、刀柄和（hé）拉釘的距離不正確。常用措施：調整或更換元器件。

⑥常見故障6：刀套破裂。可能原因：刀套未定位前有倒刀動作（zuò）或未回位前刀（dāo）盤轉動、裝入刀（dāo）具時撞壞。常用措施：調整刀盤定位近接開關或（huò）倒（dǎo）刀氣缸磁簧開關位置、更換刀套。

⑦常見故障7：電動機燒（shāo）壞。可能原因：電源缺相或電壓不正確、剎車燒壞、刀（dāo）具超重、組件不（bú）能運轉。常用措施：檢查接觸器接點是否損壞、電源是否缺相及電壓等級是否匹配；檢測剎車器線圈是否損壞、接（jiē）地是否（fǒu）正確；檢查刀具質量是否超過允許值；檢查刀套滑動部位是否順（shùn）暢。

（2）機械手故障。

①常見故障1：刀具夾不緊，時常掉刀。可能原因：卡（kǎ）爪彈簧（huáng）的壓力（lì）太小、彈簧後麵的螺母鬆動、機械手（shǒu）卡緊（jǐn）鎖（suǒ）不起作用、刀（dāo）具超重。常（cháng）用措施：擰緊彈簧後螺母、調整或更換卡緊鎖、更換（huàn）彈簧、更換刀具。

②常見故（gù）障2：刀具夾緊後鬆不開。可能原因：卡爪彈簧（huáng）壓合（hé）過緊，卡（kǎ）爪縮不回。常用措施：調鬆螺母或更換彈簧，使最大載荷不超過額定值。

③常見故障3：刀具交換時掉（diào）刀（dāo）。可能原因：換刀時主軸箱沒回到（dào）換刀點或換刀點漂移；機械手抓刀時沒（méi）有到位（wèi）就開（kāi）始（shǐ）打刀（dāo）或拔刀、刀臂及刀具的（de）夾刀點不正確，打刀缸鬆拉（lā）刀位置不準確，打刀缸壓力不夠，鬆刀不正常、刀具太重、刀臂變形。常用措施（shī）： 應重設定換刀點；校（xiào）正夾刀點、調整（zhěng）打刀缸鬆刀行程、調整壓力值（zhí）、檢查（chá）刀（dāo）具（jù）質量（liàng）、更換刀臂。

④常見（jiàn）故（gù）障（zhàng）4：刀臂不回位。可能原因：電路接觸不良、無夾刀（dāo）或鬆刀信號、刀臂彎曲。常用措施：執行手動換刀，檢查是否電路故障；用PLC監看（kàn）夾（jiá）刀或鬆刀信號，調整近接開關位置、調整或更換刀臂。

4.維修實例

（1）案例1。

故障現（xiàn）象：加工中心VMC1000C換刀（dāo）時出現（xiàn）主軸掉刀（dāo）故障。

故（gù）障診斷（duàn）與排除方法：

①檢查機械手手臂上兩個卡爪的彈簧及附件，沒有發現異常，說明機械手夾持刀具沒有問題。

②拆開主軸檢查碟簧能否對刀（dāo）具夾持緊固，發現碟簧完好。

③打開PLC的I O監控畫麵，反複（fù）按壓主軸（zhóu）刀具夾緊到位行程開關，發現其“0”、“1”狀態與（yǔ）實（shí）際動作不一致，說明該（gāi）行程開關（guān）有問題,更換後故障（zhàng）排除。

（2）案（àn）例2。故障現象：加工中心BX-110P機械手取送刀具時不能縮爪。

故障診斷（duàn）與排（pái）除方法：打開PLC的IO監控畫（huà）麵，發（fā）現相應（yīng）的限位開關沒（méi）有壓合；調整其位置後，機床恢複正常。但一段時間之後，再次出現此故障，檢查限位開（kāi）關沒有鬆動，但（dàn）卻沒有壓合，進一步檢查發現液壓缸拉（lā）杆頂端鎖（suǒ）緊螺母的緊固螺（luó）釘鬆動，致使液壓缸（gāng）伸縮（suō）的行程發生了（le）變化；調整（zhěng）鎖緊螺母並擰緊緊固螺釘後，此故（gù）障排除。

5.結語

機械手（shǒu）換刀裝置是數控機床（chuáng）最重要（yào）的功能部件之一（yī），掌握其結構特點、控製機理（lǐ），不斷總結歸納常見故障現象、原因及解決措施，不但有助於（yú）提高維修數控（kòng）機床的效率與質量，對機床的維護與改造（zào）也有重要（yào）的參考意（yì）義。