數控機床機械手換刀裝置故（gù）障與維修

在數控機床的維修中，與換刀相關的（de）故障極為多見。本文基於機械手換刀（dāo）裝置的結構與動作控製，結合維修實例，歸納常見故障（zhàng）現象、原因及處理（lǐ）措施，在數（shù）控機（jī）床的維修與改（gǎi）造中具有較大的現實意義，值得（dé）認真探索、交流與（yǔ）推廣（guǎng）。

數控機床特別是數控加工中（zhōng）心高精度、高效率的重要原因之一在於其一（yī）次裝夾、多工序（xù）自動加工（gōng），而實現（xiàn）這一功能的關鍵在於自動換刀（dāo）裝置。由（yóu）於自動換刀裝置工作頻度高（gāo）、控製機構複雜，包括刀庫、刀具交換以及驅動等部（bù）分，因此出現故障的幾（jǐ）率（lǜ）也大，在數控機床的維（wéi）修中占有相當（dāng）大的比例。了（le）解其結構特點與控製（zhì）機理，熟悉換刀的動作流程，總結歸納常見故障（zhàng）現象、原因（yīn）及解決措施，借鑒相關維修實例，有助（zhù）於快（kuài）速、準確地診（zhěn）斷並排除故障，提高維修工作的質量與效率。

1.機械手（shǒu）換（huàn）刀裝置的結構

數控機床自動換刀功能的實現有多種方式（shì）。按是否由機械手換刀可將其分為兩類：無機（jī）械手換刀（如鬥笠式）大（dà）多依靠主（zhǔ）軸與刀庫間的軸向相對運動實現拔刀（dāo）與插刀，換刀時（shí）刀庫移至換刀（dāo）位（wèi）置，主軸先將刀具還回刀庫換刀位的空刀座上，然後刀庫旋轉使下一工序所需刀具進入（rù）換刀位（wèi）置（zhì），主軸再從刀庫取走新的刀具，還刀和取刀兩個動作隻能分步進（jìn）行，加之主軸的軸向運動以及刀庫的移動（dòng）和轉動，因此換刀（dāo）時間長，加工（gōng）效率低，刀庫的容量也（yě）較小；目前（qián）數控機（jī）床更多采用的是機械手換刀，利（lì）用機（jī）械手（shǒu）快（kuài）速、準確地對（duì）調刀庫中（zhōng）換刀位與主軸上的刀具，還刀、取（qǔ）刀同（tóng）時進行，換刀時間大大縮短，而且刀庫容量不受換刀機構限（xiàn）製。

1.刀具固定板架 2.刀座 3.換刀機械手（shǒu）

4.換刀位置刀（dāo）座 5.取刀機械手縱向導軌

6.取刀機械（xiè）手橫向導軌

刀庫按（àn）刀具的布（bù）局可分為盤式、鏈式（shì）和格子式（shì）三種（zhǒng）。盤式刀庫刀具呈圓周狀分布，鏈式刀庫刀具布（bù）置在鏈條的各個環節上（shàng），格子式（shì）刀庫刀具縱橫排列。盤式刀（dāo）庫空間利（lì）用率低、容量小，一般用於小型加工中心。鏈式與格子式（shì）刀庫空間利用率高、容量（liàng）大，用於中（zhōng）型與大型數控加工中心。刀庫的作用不（bú）僅是存放加工過程中所需要的刀具（jù），還負責把下（xià）一工序所（suǒ）要使用的（de）刀（dāo）具（jù）準確地送到換刀位置。

刀具交換裝置的驅動方式有液（yè）壓、伺服和交流異步電動機驅（qū）動三種。液壓驅動（dòng）需要足夠（gòu）的液壓動力，且運動的速度和準確性受油質、油（yóu）壓、油溫及環（huán）境（jìng）等（děng）因素影響，一般用於不需要（yào）頻（pín）繁換（huàn）刀的大中型機床。伺（sì）服電動機驅動（dòng）的換刀裝置換刀速度快（kuài）、精（jīng）度高、穩定性強（qiáng），但成本較高。交流異步電動機驅動的換刀裝（zhuāng）置，借（jiè）助凸輪機構，換刀速度快、定位準、穩定（dìng）性高、連貫性好且成本低，廣泛用於頻繁換刀的中小型加工中心。

2.機械手（shǒu）換刀動作流程與選刀方式

刀庫的選（xuǎn）刀有順（shùn）序選刀（dāo）、刀具編碼選刀、刀座（zuò）編碼選刀和隨機選刀四種（zhǒng）方式。機械手換刀大多采用隨機換刀方（fāng）式，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（dāo）座內，取刀與還刀同步完成。其原理是在（zài）存儲器中建（jiàn）立換刀數據表，表中存儲單元的地址與（yǔ）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，如附表所示。換刀時數據（jù）更新是先將主軸所對應的存儲單元（yuán）中（zhōng）的數據（jù）（換刀前刀（dāo）具（jù）的編號（hào））寫入刀庫（kù）換刀位刀座所對應的存儲單元中，再將（jiāng）換刀指（zhǐ）令中（zhōng）的刀具編號寫入主軸所（suǒ）對應的（de）存儲單元，完成（chéng）主軸與換刀位刀具編號的對換。假設數據表存儲（chǔ）單元首地址為D300，該地址所對應存儲單元中存放的數據即為主軸上刀具的編（biān）號，地址（zhǐ）為D301～D（300+n）的存（cún）儲單元中的數據，即刀庫中從1#～n#刀座上刀具（jù）的編號。

3.機械手換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（chū）現與換刀相關的故障，根據其結構特點及換刀動作過程（chéng），歸納刀庫及機械手兩大方麵常見故（gù）障現象、產生原因與采取措施如下。

（1）刀庫故障。

①常見故障1：刀庫不能轉動（dòng）。可能（néng）原因：電（diàn）動機軸與蝸杆（gǎn）軸的聯軸（zhóu）器鬆動；變頻器故障，電動機不得電；接近開關或磁簧開（kāi）關故障；PLC無輸出控製，或PLC有（yǒu）輸出但接口板中的（de）繼電器失效；氣壓（yā）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（fǒu）正常；通過PLC的IO監控畫（huà）麵檢查IO狀態，調整或更換接近開關或磁簧開關，檢查或更換繼電器；調整（zhěng）氣壓達（dá）到規定值。

② 常見故障2：刀（dāo）盤定位不準。可能原因：電動機剎車器（qì）磨損。常用（yòng）措施：調整電動機剎車器中調節螺釘。

③常見故障3：換刀位刀座在（zài）倒刀時不正常。可能原因：氣壓不符合要求、止動螺絲鬆動、氣缸損壞（huài）、倒刀電磁閥接觸（chù）不（bú）良或損（sǔn）壞、刀具超（chāo）重或超長。常（cháng）用措施：調（diào）整氣壓到符合要求、鎖緊止（zhǐ）動螺絲、更換氣缸、檢查電磁閥（fá）接點或更（gèng）換元（yuán）件、更換刀具。

④常見故障4：刀套上下不到位。可能原因：安裝調整不當或撥叉位置不正確、限位開關安裝不正確（què）或調整不當，造成反饋信（xìn）號錯誤。常用措施（shī）：檢查、調整撥叉或限位開關位置，或更換元件。

⑤常見故障5：倒刀時刀具（jù）掉落。可能原因：刀套內彈簧夾力不夠或不能正（zhèng）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（qì）件。

⑥常見故障6：刀套破裂（liè）。可能原因（yīn）：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。常（cháng）用措施：調（diào）整刀盤定位近接（jiē）開關或倒（dǎo）刀（dāo）氣缸磁（cí）簧開關（guān）位置、更換刀（dāo）套。

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、剎車燒壞、刀具超重、組件不（bú）能運轉。常用措施：檢查（chá）接觸器接點是否損壞、電源是否缺相及電（diàn）壓（yā）等級是否匹配；檢（jiǎn）測剎車器線圈是否損壞、接地是否正確；檢查刀具質量是（shì）否超過允許值；檢查刀套滑動部位是否順暢。

（2）機械手（shǒu）故障。

①常見故障1：刀具夾不（bú）緊，時常掉（diào）刀。可能原因：卡爪彈簧的壓力太小、彈簧後麵的螺母鬆動（dòng）、機（jī）械手卡緊鎖不起作用、刀具超重（chóng）。常用（yòng）措施：擰（nǐng）緊彈簧後螺母、調整或更（gèng）換卡緊鎖、更換彈簧、更換刀具。

②常見故障2：刀具夾緊後鬆不開。可能原因：卡爪（zhǎo）彈簧（huáng）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3：刀具交換時掉刀。可能原因：換刀（dāo）時主軸箱沒回到換刀點（diǎn）或換刀點漂移；機（jī）械手抓（zhuā）刀時沒有到位就開始打刀或拔刀、刀臂及刀具的夾刀點不正確，打刀缸鬆拉刀位置不準確，打刀缸壓力（lì）不夠，鬆刀不（bú）正常、刀具太重、刀臂變形。常用措施： 應重設定換刀點；校正夾刀點、調整打（dǎ）刀（dāo）缸鬆刀行程、調整壓（yā）力值、檢查刀具質量、更換刀臂。

④常見故障（zhàng）4：刀（dāo）臂不回位。可能原因：電路（lù）接觸不良（liáng）、無夾刀或鬆刀信號、刀臂彎曲。常用措施：執行手動換刀，檢查是否電（diàn）路故障；用PLC監看夾刀（dāo）或鬆刀信號，調整近（jìn）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（jiā）工中心VMC1000C換刀時出現主軸掉刀故障。

故障診斷與排除方法：

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（zhóu）檢查碟簧能否對刀具夾持緊固，發現碟簧完好。

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

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

故障診斷與排除方法： 打開PLC的IO監控畫麵（miàn），發現相應的限位開關（guān）沒有壓合（hé）；調整其位置後，機（jī）床恢複正常。但一段時間之後，再次出現此故障，檢查限位開關沒有鬆動，但卻沒有壓合，進一步檢查發現液（yè）壓缸拉杆頂端鎖緊螺母的緊固螺釘鬆動（dòng），致使液壓缸伸縮的行程發生了變化（huà）；調整鎖緊螺母並擰緊緊固螺釘後，此故障排（pái）除。

5.結語

機械手換刀裝置是數控機床最重要的功能部件（jiàn）之一，掌握其結構特點、控製（zhì）機理，不斷總結歸納常見故障現象、原因及解決（jué）措施，不但有助於提高維修數控機床的效率與質（zhì）量，對機床的維護與改（gǎi）造也有重要的參考意（yì）義。