數控機床機械手（shǒu）換刀裝置故障與維修

在數（shù）控機（jī）床的維修中（zhōng），與換刀相關的故障極為多見。本文基於機械（xiè）手換（huàn）刀裝（zhuāng）置的結構與動作控製，結（jié）合維修實例，歸納常（cháng）見故障現象、原因及處理（lǐ）措施，在數（shù）控機床的維修與改造中具有（yǒu）較大的現實意義，值得認（rèn）真探索、交流與（yǔ）推廣。

數控機床特別是數控（kòng）加（jiā）工中心高精度（dù）、高效率的重要原因之一在於其一次（cì）裝夾、多工序自動加工，而實現這一（yī）功能的關鍵在於自動換刀裝置。由於自動換刀（dāo）裝置工作頻（pín）度高、控製機構複雜，包括刀庫、刀具交換以及驅動等部分，因此（cǐ）出現故障的幾率也大，在數控（kòng）機床的維修中占有相當大的比例。了解其結構特點與（yǔ）控製機理，熟悉換刀的動作流程，總結歸納常見故障（zhàng）現（xiàn）象、原因及（jí）解決措施，借鑒相關維修實例，有助於快速、準確地診斷並排除故障，提高維修工作的質（zhì）量與效（xiào）率（lǜ）。

1.機（jī）械手換刀裝置的結構

數控機（jī）床自動換刀功能的實現有多種方式。按（àn）是否由（yóu）機（jī）械手換刀可（kě）將其分為兩類：無機械手換刀（dāo）（如鬥笠式（shì））大多依靠主軸與刀庫（kù）間的（de）軸向相對運動實現拔刀（dāo）與插刀，換刀時刀庫（kù）移至換刀位置，主軸先將刀具還回刀庫換刀位的空刀座上，然後刀庫旋轉使（shǐ）下一工序所需（xū）刀具進入換刀位置，主軸再從（cóng）刀庫取（qǔ）走新的刀具，還刀（dāo）和取刀兩個動作隻能分步進行，加（jiā）之主軸的軸（zhóu）向運動以及刀庫的（de）移動和轉動，因此換刀時間長，加（jiā）工效率低，刀庫的容量也較小；目前數控機床更（gèng）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刀具，還刀、取刀同時進（jìn）行（háng），換刀時間大大縮短，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（wèi）置刀座 5.取刀機械手縱向導軌

6.取刀機械手橫向導軌

刀庫按刀具的布局可（kě）分為盤式、鏈式和格子式三（sān）種。盤式刀庫刀具（jù）呈圓周（zhōu）狀分布，鏈式刀庫刀具布置在鏈條的各個（gè）環節上，格子式刀庫刀具（jù）縱橫排列。盤式刀庫空間利用率低、容量小，一般用於小型加工中心。鏈（liàn）式與格子式刀庫空間利用率（lǜ）高（gāo）、容量大，用於中型與大型數控加（jiā）工中心。刀庫的作用不僅是存放加（jiā）工（gōng）過程中所需要的刀具，還負（fù）責把下一工序所要（yào）使用（yòng）的刀具準確地送到換刀（dāo）位置。

刀具交換裝（zhuāng）置的驅動方式有液（yè）壓、伺（sì）服和交流異（yì）步（bù）電動機驅動（dòng）三種。液壓驅動需要（yào）足夠的液壓（yā）動力，且運動的速度和準確（què）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（zhōng）型機床。伺服電動機驅動的換（huàn）刀裝（zhuāng）置（zhì）換刀速度快、精度高、穩（wěn）定性強，但成本較高（gāo）。交流異步電動機驅動的換刀裝置，借助凸輪機構，換刀速（sù）度快、定位準、穩定性高、連貫性好且成本低，廣（guǎng）泛用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、刀具編碼選刀（dāo）、刀座編碼選（xuǎn）刀和隨（suí）機選刀四種方式。機械手換刀大多采用隨（suí）機換刀方（fāng）式，從主軸取下的刀具就近放入刀庫中（zhōng）剛取走刀具的換刀位刀座內（nèi），取刀與還刀同步完成。其原理（lǐ）是在存儲器中建立換刀數據表（biǎo），表中存儲單元的地址與刀座編（biān）號及主軸相對應（yīng），因此數據表的容量為刀庫中刀座數加1，存儲單元中的數據與刀（dāo）具編號一一對（duì）應，如附表所示。換刀時數據更新是先將（jiāng）主軸所對應的存儲單元中的數據（jù）（換刀前刀具的編號）寫入刀庫換刀位刀座所對應的存儲單（dān）元中，再將換刀指令中的刀具編號寫入主（zhǔ）軸所對（duì）應（yīng）的存儲單（dān）元，完成主軸與換刀位刀（dāo）具編號的對換。假設數據表存儲單元（yuán）首地（dì）址（zhǐ）為D300，該地址（zhǐ）所對應存（cún）儲（chǔ）單元中存放的數據即為主軸上刀具的（de）編號，地址為D301～D（300+n）的存儲單元中的數據，即（jí）刀（dāo）庫中從1#～n#刀座上刀具的編號。

3.機械手換（huàn）刀裝置的常見故障與排除方法

在數控機床維修的過程中，經常出現與換（huàn）刀相關的故障，根據其結構特點及換刀（dāo）動作過程（chéng），歸納刀庫及機械手兩大方麵常見故障現象、產生原因與采取措施如下。

（1）刀（dāo）庫故障。

①常見（jiàn）故障1：刀庫不能轉動。可能原因：電動機軸與蝸杆軸的聯軸器鬆（sōng）動；變頻器故障，電動機不得電；接（jiē）近（jìn）開關或磁簧開關故障；PLC無輸出控（kòng）製，或PLC有輸出但接口板中的繼電器失效；氣壓低。常用措施：檢查調整聯軸器；檢查變頻器（qì）的輸入、輸出電壓是否正常；通過PLC的IO監控（kòng）畫麵檢查IO狀態（tài），調整或更換接近開關或磁簧開關，檢查或更換繼（jì）電器；調整氣（qì）壓達到規定值。

② 常見故障2：刀盤定位不準。可能原因：電動機剎車器磨損。常用措施：調整電動機剎車器中調節螺釘。

③常見（jiàn）故障3：換刀位刀座在倒刀時不正（zhèng）常。可能原因（yīn）：氣壓不符（fú）合要求、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（chóng）或超（chāo）長。常用措施：調（diào）整氣壓到符合要求、鎖緊止動螺（luó）絲、更換氣（qì）缸、檢查電（diàn）磁閥接點或更（gèng）換元件、更換刀具（jù）。

④常見故（gù）障4：刀套上下不到位。可能原因：安裝調整不當或撥叉位置不正確、限位開關安裝不正確或調整不當，造成反饋信號錯誤。常用措施：檢查、調整（zhěng）撥叉或限位開（kāi）關位置，或更換元（yuán）件。

⑤常見故障5：倒刀時（shí）刀具掉落。可能原因：刀套內彈簧夾力不夠或不能正常複位、刀柄和拉釘的距離不正確。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或未回位前刀盤轉動、裝入刀具時撞壞（huài）。常用措（cuò）施（shī）：調整刀盤定位近接開關（guān）或倒刀氣缸磁簧開關位置（zhì）、更（gèng）換刀套（tào）。

⑦常見故障7：電動機燒壞。可能原因：電源缺相或電壓不正確、剎（chà）車燒壞、刀具超重（chóng）、組件不能運轉。常用（yòng）措施：檢查接觸器接（jiē）點是否損（sǔn）壞、電源是否缺相（xiàng）及電壓等級是否（fǒu）匹配；檢測剎車器線圈是（shì）否損（sǔn）壞、接地是否正確；檢查刀具質量是（shì）否超過允許值；檢查刀套滑動部位（wèi）是（shì）否順暢。

（2）機械手故障（zhàng）。

①常見故障1：刀具夾不（bú）緊，時常掉（diào）刀。可能原因：卡爪（zhǎo）彈簧的壓力太小、彈簧（huáng）後麵的螺母鬆動、機械（xiè）手卡緊鎖不起作用（yòng）、刀具超重。常用措施：擰緊（jǐn）彈簧後螺（luó）母、調整或更換卡緊鎖、更換彈簧、更換刀具。

②常見故障2：刀具（jù）夾（jiá）緊後鬆不開。可能原因：卡爪彈簧壓合過緊，卡爪縮不回。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（zhàng）3：刀（dāo）具交換時掉刀。可能原因（yīn）：換刀（dāo）時主軸箱沒回到換刀點或換刀點漂移；機械手抓刀時沒有到位就開始打刀或拔（bá）刀、刀臂及刀具（jù）的夾刀點不正確，打刀缸鬆拉刀位置（zhì）不（bú）準確，打刀缸（gāng）壓力不夠，鬆刀不正常、刀具（jù）太重（chóng）、刀臂變形。常（cháng）用措施（shī）： 應重設定換刀點；校正夾（jiá）刀（dāo）點、調整打刀缸（gāng）鬆刀行程、調整壓力值、檢查刀具（jù）質量、更換刀臂。

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

4.維修實例（lì）

（1）案例1。

故障現象：加工中心VMC1000C換刀時出現主軸掉刀故（gù）障。

故（gù）障診斷與排除方法：

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

②拆開主軸檢查碟簧能否對刀具夾持緊（jǐn）固，發現（xiàn）碟（dié）簧完好。

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

（2）案例（lì）2。故障（zhàng）現象：加工中心BX-110P機械手取送刀（dāo）具時不能（néng）縮爪。

故障診斷（duàn）與排除方（fāng）法： 打（dǎ）開PLC的IO監控畫（huà）麵（miàn），發現相應的（de）限（xiàn）位開關沒有壓合；調整其位置後，機床恢複正常。但一段時間之（zhī）後，再次出現此故（gù）障，檢查限位開關（guān）沒有鬆動，但卻沒有（yǒu）壓合，進一步檢查發現（xiàn）液壓缸（gāng）拉杆頂端鎖緊（jǐn）螺母的緊固螺（luó）釘鬆動，致使液壓缸伸縮的（de）行程發生了變化（huà）；調整鎖緊螺母並擰緊緊固螺釘後，此故障排除。

5.結語

機械手（shǒu）換刀裝置是數控機床最重（chóng）要的功能部件之一，掌握其（qí）結構特點（diǎn）、控（kòng）製機理，不（bú）斷總結歸納常見故障現象、原因及解決措施，不但有助於提高維修數控機床的效率與質（zhì）量，對（duì）機床的維護與改造（zào）也有重要的（de）參考意義。