數控（kòng）機床機械手換刀裝置故障與維修（xiū）

在數控機（jī）床的維修中，與換刀相關的故障極為多見。本（běn）文基於（yú）機械手換刀裝置的（de）結構與動（dòng）作控製，結合維修實例，歸納常見（jiàn）故障現象、原（yuán）因及處理措施，在數控機床的維修與改造中具有較（jiào）大的（de）現實意義，值得認真探索、交流（liú）與推廣。

數控機床特別是數（shù）控加（jiā）工中心高精度、高效率的（de）重要原（yuán）因之一在於其一次裝夾、多工序自動加工，而實現這一功能的關鍵在（zài）於自動換刀裝置。由於自動換刀裝置工作頻（pín）度高、控製機（jī）構複雜，包括刀庫、刀具交換以及驅動（dòng）等部分，因此出現故障的幾率也大，在數控機床的維修（xiū）中占有相當大的（de）比例。了解其結構特點與控製機理，熟悉換刀的動作流程，總結歸納常見（jiàn）故障現象、原因及解決措施，借鑒相關維修實例，有（yǒu）助於快速、準（zhǔn）確地診斷並排除（chú）故障，提高維（wéi）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（huàn）刀功能的實現有多種方式。按是否由機械手（shǒu）換（huàn）刀可（kě）將其分為兩類：無（wú）機械（xiè）手換刀（如鬥笠式（shì））大（dà）多依靠主軸與刀庫間的軸向相對運動（dòng）實現（xiàn）拔刀與插刀，換刀時刀庫（kù）移至換刀位置，主軸（zhóu）先將刀具還回刀庫換刀（dāo）位的空刀（dāo）座上，然後刀庫旋轉使下一工序（xù）所需刀具（jù）進（jìn）入換刀位置，主（zhǔ）軸再從刀（dāo）庫（kù）取走新的刀具，還刀和（hé）取刀兩個（gè）動作隻（zhī）能分步進行，加之主（zhǔ）軸的軸向運（yùn）動以及刀庫的移動和（hé）轉動，因（yīn）此換刀（dāo）時間長，加工效率低，刀庫的容量（liàng）也較小；目前數控機床更多采用的是機械手換刀，利用機械手快（kuài）速、準確地對調刀庫中換刀位與主軸上的（de）刀具，還刀、取（qǔ）刀同時進行，換刀（dāo）時間（jiān）大大縮短，而且刀庫容量不受換刀機構限製。

1.刀具固定板架 2.刀座 3.換刀機械手

4.換刀位置刀座 5.取刀機械（xiè）手縱向導軌

6.取刀機械手橫向導軌

刀庫按刀具（jù）的布局可分為（wéi）盤式、鏈式和格子式三種。盤式刀庫刀具呈圓周狀分布，鏈式（shì）刀庫刀具布置在鏈條的各個環節上，格子式刀庫刀具縱橫排列。盤式刀庫空間利用率低、容量小，一般用（yòng）於小型加工中（zhōng）心。鏈式與格子式刀庫空間利用（yòng）率高、容量大，用於中型與（yǔ）大型數控加（jiā）工中心（xīn）。刀庫的作用不（bú）僅是存放加工過程中所需要的刀具，還（hái）負責把下一工序所要使用的刀具準確地送到換刀位置。

刀具交換裝置的驅動方式有液壓、伺服和交流異步電動機驅動三種（zhǒng）。液壓驅動需要足（zú）夠的液壓動力，且運動（dòng）的速度和準確性（xìng）受油質、油壓、油溫及（jí）環（huán）境等因（yīn）素影響，一般用於不需要頻繁換刀（dāo）的大中型機床。伺（sì）服電動機驅動的換刀裝置（zhì）換刀速度快、精度高、穩定性強，但成本較高。交流異（yì）步電動機驅（qū）動的換刀裝置，借助凸輪機構，換刀速度快、定位準、穩定性高、連貫性好且成本低，廣泛用於頻繁（fán）換刀的（de）中小型加工中心。

2.機械手換刀動作流程與選（xuǎn）刀方式

刀庫的選刀有順序（xù）選刀、刀具編碼選刀、刀座編碼選刀和隨機選刀四種方式（shì）。機械手換刀大多采用隨機換刀方式（shì），從主軸取下的刀具就近放入刀庫中剛取走刀具的換刀位刀座內，取刀與還刀同步完成。其原理是在存儲器（qì）中建立換刀數據表，表中存儲單元的（de）地址與刀座編號及主軸相對應，因此（cǐ）數據表的容量為刀庫中刀座數加1，存儲單（dān）元中的數據與刀具編號一一對應，如附表所示。換刀時數據更新是先將主軸所對（duì）應的存儲單元中的數據（換刀前刀具的編號）寫（xiě）入（rù）刀庫（kù）換刀位刀座所對應的存儲單元中，再將（jiāng）換刀指令中的刀具編號寫入主軸所對應的存儲單元，完（wán）成主軸與（yǔ）換刀位刀（dāo）具（jù）編號的對換（huàn）。假設數據表存（cún）儲單元（yuán）首地址為D300，該地址所對應存儲（chǔ）單元（yuán）中存放的數據即為主軸上刀具（jù）的編號，地址為D301～D（300+n）的存儲單（dān）元中的數據，即刀庫中從1#～n#刀座上（shàng）刀具的編號。

3.機（jī）械手換刀裝置的常見故障與排除方法（fǎ）

在數控（kòng）機床維修的過程中，經常出（chū）現與換刀相關的故障，根據其結構（gòu）特（tè）點及換刀動作過程，歸納刀庫及機械手兩大方麵常見故障現象、產生原因（yīn）與采取措施如下。

（1）刀庫故障。

①常（cháng）見故障1：刀庫不能轉動。可能原因：電動機軸與蝸杆（gǎn）軸的聯軸器鬆動；變頻器故障，電動機不得電；接近開關或磁簧開關故障（zhàng）；PLC無輸出控製，或PLC有輸（shū）出但接口板中的繼（jì）電器失效；氣壓低。常用措施：檢查調整聯（lián）軸器；檢查變頻（pín）器（qì）的輸（shū）入、輸（shū）出電壓是否正常；通過PLC的IO監控畫麵檢查IO狀態，調整或（huò）更換接近開關或磁簧開關，檢（jiǎn）查或更換（huàn）繼電器；調整氣壓（yā）達到規定值。

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

③常見故障3：換刀位刀座在倒刀時（shí）不正常（cháng）。可能原因：氣壓不符合要求、止動螺絲鬆動、氣缸損壞、倒刀電磁（cí）閥接觸不良或損壞、刀具超重或超長。常用措施：調整氣壓到符合要（yào）求、鎖緊止動螺絲、更換氣缸、檢查電磁閥接（jiē）點或更換元件、更換刀具。

④常見故障4：刀套上下不到位。可能原因：安裝調整不當或撥（bō）叉位（wèi）置不正確、限位開關安裝不（bú）正確或調整（zhěng）不當，造成反饋信號（hào）錯誤。常用措施：檢查、調整（zhěng）撥叉或限位開關位置，或（huò）更換元件。

⑤常見故障5：倒刀時刀具掉落。可能原因：刀套內彈簧夾力不（bú）夠或不能正常複位、刀柄和拉（lā）釘的距離不正確。常用措施：調整（zhěng）或更換元（yuán）器件。

⑥常見故障（zhàng）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（pán）轉動、裝入刀具時撞（zhuàng）壞。常用措施（shī）：調（diào）整刀（dāo）盤定位近接（jiē）開關或倒刀氣缸磁簧開關位置、更換刀套。

⑦常見故障7：電動機燒壞。可能原因：電源缺相或電壓（yā）不正確、剎車燒壞（huài）、刀具超重、組件不能運轉。常用措施：檢查接觸器接點是（shì）否損壞、電（diàn）源是否缺相及電（diàn）壓等級是否匹配；檢測（cè）剎車器線圈是否損壞、接地是否正確；檢查刀具質量是否超過允許值；檢（jiǎn）查刀套滑動部位是否順（shùn）暢。

（2）機械（xiè）手故障。

①常見故障1：刀具夾不緊，時常掉刀。可能原因：卡爪彈簧的壓力太小、彈簧（huáng）後麵的螺母鬆動、機械手卡緊鎖不起作用、刀具超重。常用措施：擰緊彈簧後螺（luó）母、調整或更換卡緊鎖、更換彈簧、更（gèng）換刀具。

②常見故障2：刀具夾緊後鬆不開。可能原因：卡爪彈簧壓合過緊，卡爪（zhǎo）縮不回。常用措施：調鬆螺母或更換彈簧，使最（zuì）大載（zǎi）荷不超過額定值。

③常見故障3：刀具交換時掉刀。可能原因：換刀時主軸箱沒（méi）回到換刀點或換刀點漂移；機械手抓刀時沒有（yǒu）到（dào）位就（jiù）開始打刀或拔刀、刀臂及刀具的夾刀點不（bú）正確，打刀缸鬆（sōng）拉刀位置不準確，打刀缸壓（yā）力不（bú）夠，鬆刀不正常、刀具太重、刀臂變（biàn）形。常用措施： 應重設定換刀點；校正夾刀點、調整打刀缸鬆刀行程（chéng）、調整壓力值、檢查刀具質量、更換刀臂。

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

4.維修實（shí）例（lì）

（1）案例1。

故（gù）障現象：加（jiā）工中心VMC1000C換刀時出（chū）現主軸掉刀故障。

故障診斷與（yǔ）排除（chú）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（shǒu）夾持刀具沒有問題。

②拆開主軸檢查碟簧能否對刀具（jù）夾持緊固，發現碟簧（huáng）完好。

③打開PLC的（de）I O監控畫麵（miàn），反複按壓主（zhǔ）軸刀具夾（jiá）緊到位行程開關，發現其“0”、“1”狀態與實際動作不一致，說明該行程開關有問題, 更換後故障排除。

（2）案例2。故障現象：加工中心BX-110P機械手取送刀具時不能縮（suō）爪。

故障診斷與排除方法： 打開PLC的IO監控畫麵，發現相應的限位開（kāi）關沒有壓（yā）合；調（diào）整其位置後，機床恢複正常。但（dàn）一（yī）段時間之後，再次（cì）出現（xiàn）此故障，檢查限位開關沒有鬆動，但卻沒有壓合，進一步檢查發現液壓缸拉杆頂端鎖緊螺（luó）母的緊固螺釘（dìng）鬆動，致使液壓缸伸（shēn）縮的行程發生了變化；調整鎖緊螺母（mǔ）並擰緊（jǐn）緊固螺釘後，此故障排除。

5.結語

機械（xiè）手換刀裝置是（shì）數控機床最重要的功能部件之一，掌握（wò）其結（jié）構特點、控製機（jī）理，不斷總結歸納常見（jiàn）故（gù）障現象、原因及解決措施，不（bú）但有助於提高維修數（shù）控機床的效率與質量，對（duì）機床的維護與（yǔ）改造也有（yǒu）重要的（de）參考意義。