​數控機床機械手換刀裝置故障與維修

在（zài）數控機床的維修中，與換刀（dāo）相關的故障極為多見。本文（wén）基於機械手換（huàn）刀裝置的結構與動作控製（zhì），結合維修實例，歸納常見故障現象、原因及（jí）處理措施，在（zài）數控機（jī）床的維修（xiū）與改（gǎi）造中具有較（jiào）大（dà）的現實意（yì）義，值得認真探索（suǒ）、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一（yī）次裝夾、多（duō）工序自動加工，而實現這一功（gōng）能的關鍵在（zài）於自動（dòng）換刀裝置。由於自動換刀裝置工作頻度高（gāo）、控製機構複雜，包括刀（dāo）庫、刀具交換以及驅動等部分，因此出現故障的幾率也大，在數控機床的維修中占有相當（dāng）大（dà）的比例。了解其結構特點與控製機理，熟（shú）悉換（huàn）刀的動作（zuò）流程，總結歸納常見故障現（xiàn）象、原因及解決措施，借鑒相關維修（xiū）實例，有助於（yú）快（kuài）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（chuáng）自動換刀功能的實現（xiàn）有（yǒu）多種方（fāng）式。按是（shì）否（fǒu）由機械手換刀可將其分為兩類：無機械手換刀（如（rú）鬥笠式）大多依靠主軸與刀庫間的（de）軸向（xiàng）相對運動實（shí）現拔刀（dāo）與插刀，換刀時刀庫移至換刀位（wèi）置，主軸先將刀具還回刀庫換刀位（wèi）的空刀座上，然後刀庫旋轉使下一工序所需刀具進入換刀位置，主軸再從刀庫取（qǔ）走新的刀具，還刀和取刀兩個動作隻能分步進行，加（jiā）之主軸的軸向運動以及刀庫的移動和轉動，因此換刀時間長，加工效率低，刀庫的容量也較小；目前數控機床更多采用的是機械手換刀，利用（yòng）機械手快速（sù）、準確地對調（diào）刀庫中換刀位與主軸上的刀具，還刀、取刀同時進行，換刀時間大大縮短，而且刀庫容量不受（shòu）換刀機構限製。

1.刀具固定板架2.刀座3.換刀機械（xiè）手

4.換刀位置刀座5.取刀機械手（shǒu）縱向導軌

6.取刀機械手橫向導軌

刀庫按刀具的布局可分為盤式、鏈式和格子式（shì）三種。盤式刀庫刀具呈圓周狀分布，鏈式刀庫刀具布（bù）置在鏈條（tiáo）的各個環節（jiē）上，格子式刀（dāo）庫刀具縱橫排列。盤式刀庫空間利（lì）用率低、容量小，一般用於小型加工中心。鏈式與（yǔ）格子式刀庫空間利用（yòng）率高（gāo）、容量大，用（yòng）於中型與大型數控加工中心（xīn）。刀庫的作（zuò）用不僅是存放加工過（guò）程中所需要的刀具，還（hái）負責把下一工序（xù）所要使用的刀具準確地送（sòng）到換刀位置（zhì）。

刀具交換（huàn）裝置的（de）驅動方式有液壓、伺服和交（jiāo）流異步電動機驅動三種。液壓驅動需要足夠的液壓（yā）動力，且運動的速度和準確性受油質、油壓、油溫及環境等因素（sù）影響，一般用於不需要頻繁換刀的（de）大（dà）中型機床。伺服電動機驅動的換刀裝置換刀速度快、精度高（gāo）、穩定性強，但成本較高。交流異步電動機驅動的換刀裝置，借（jiè）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（guǎng）泛用於（yú）頻繁換刀的（de）中小型加工（gōng）中心。

2.機械手換刀（dāo）動作流程與選刀方式

刀（dāo）庫的選刀有順序選刀、刀具編碼選刀、刀座編碼選刀和隨機選（xuǎn）刀四種方式。機械手換刀大多（duō）采用隨機換刀（dāo）方式，從主軸取下（xià）的刀具就近放入刀庫中剛取走刀具的換刀（dāo）位刀座內，取刀與還刀同步完成。其原理是在存儲器中建立換刀數據表，表中存儲單元的地（dì）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（yī）對應，如附表所示（shì）。換刀時數據更新是先將主軸所對應的存儲單元中的數據（換刀前刀具的編號）寫入刀庫換刀位刀（dāo）座所對應的存儲單元中，再將換刀指令（lìng）中的刀（dāo）具編號寫入主軸所對應的（de）存儲單元，完成主軸與換刀位刀具編號的對換。假設數據（jù）表存（cún）儲單（dān）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號，地址為D301～D（300+n）的存儲單元中的數據，即刀庫中從1#～n#刀座上（shàng）刀具的編號。

3.機械手換刀裝置的常（cháng）見故障與排除方法

在數控機床維修的過程中，經常出現與換刀相關的（de）故障，根據其結構（gòu）特點及換刀動作過程，歸納刀庫及機械手兩大方麵（miàn）常（cháng）見故障現象、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。可能原因（yīn）：電動機（jī）軸與蝸杆軸的聯軸器鬆動；變頻器故障，電動機不得電；接近（jìn）開關或磁簧開（kāi）關故障；PLC無輸出控製，或PLC有輸出但接口板（bǎn）中的繼電器失效；氣壓低。常用措施：檢查調整聯軸器；檢查變頻器的輸入、輸出（chū）電（diàn）壓是否正常；通過PLC的IO監控畫麵檢查IO狀態，調整或更換接近（jìn）開關或磁簧（huáng）開關，檢查或更換繼電器；調整氣壓達到（dào）規定值。

② 常見故障2：刀盤定位不準。可能原（yuán）因：電動機（jī）剎車器磨損。常用措施：調整電動機剎車器中調（diào）節螺釘。

③常見故障3：換刀位刀座（zuò）在（zài）倒刀時不正常。可能原因：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（huò）損壞、刀具超（chāo）重或超（chāo）長。常用措施：調整氣壓到符合要求、鎖（suǒ）緊止（zhǐ）動螺絲、更換氣缸、檢查電磁閥接點或更換元件、更換刀（dāo）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（wèi）置（zhì）不正確、限位開關安裝不正確或調整不當，造成反（fǎn）饋信號錯誤（wù）。常用措施：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（dāo）具掉落。可能原因：刀套內彈簧夾力不夠（gòu）或不能正常複位、刀柄和拉釘（dìng）的距離不正確。常用措施（shī）：調整（zhěng）或（huò）更換元器件。

⑥常見故障6：刀套破裂。可能原因：刀套未定位（wèi）前有倒刀動（dòng）作或未回位前刀盤轉動、裝入刀具時撞壞。常用（yòng）措施：調整刀盤定位（wèi）近接開關或（huò）倒刀氣缸磁簧（huáng）開關（guān）位置（zhì）、更換刀套。

⑦常見故（gù）障7：電（diàn）動機燒壞（huài）。可能原因：電源缺相（xiàng）或電壓不正確、剎車燒壞、刀（dāo）具（jù）超重、組件不能運轉（zhuǎn）。常用（yòng）措施：檢查（chá）接觸器接點是否損壞、電源是否缺相及電壓等級（jí）是否匹配；檢（jiǎn）測剎車器線圈是否損壞、接地是否正（zhèng）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暢（chàng）。

（2）機械手故（gù）障。

①常見故障1：刀具夾不緊，時常掉刀。可能原因：卡爪彈（dàn）簧的壓力（lì）太小、彈簧後麵的螺母鬆動、機械手卡緊鎖不（bú）起作用、刀具超重。常用（yòng）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：卡爪彈簧壓合過緊，卡爪縮不回。常用（yòng）措施：調（diào）鬆螺母或更換彈簧，使最大載荷不超（chāo）過額定值。

③常見故障3：刀（dāo）具交換時掉刀。可能原因：換刀時主軸箱沒回到換刀點或換刀點漂移（yí）；機械手抓刀時（shí）沒有到位就開始打刀或拔刀、刀（dāo）臂及刀具的夾（jiá）刀點不（bú）正確，打刀缸鬆拉刀位置不（bú）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： 應重設（shè）定換刀點；校正夾刀點、調整（zhěng）打刀缸鬆刀行程、調整壓力值、檢查刀具質量（liàng）、更換刀臂。

④常見故障4：刀臂不回位。可能原因：電路（lù）接觸不良、無（wú）夾刀或（huò）鬆刀信號、刀臂彎曲（qǔ）。常用措施：執（zhí）行手（shǒu）動換刀（dāo），檢查（chá）是否電路故障；用PLC監（jiān）看夾刀或鬆刀信號，調整近接開關位置、調整或更（gèng）換（huàn）刀臂。

4.維修（xiū）實例

（1）案（àn）例1。

故障現象：加工中心VMC1000C換刀時出現（xiàn）主（zhǔ）軸掉刀故障。

故障（zhàng）診斷與排除方法：

①檢查（chá）機械手手臂上兩個卡爪的彈簧（huáng）及附件，沒有發（fā）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（duì）刀具（jù）夾持緊固，發現碟簧完好。

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

（2）案例（lì）2。故障現象（xiàng）：加工中（zhōng）心BX-110P機械手取送刀具時不能縮爪。

故障診斷與排除方法：打（dǎ）開PLC的IO監（jiān）控畫麵，發現相應的限位開關沒有（yǒu）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（chá）限位開（kāi）關沒有鬆動，但卻沒有壓合，進一步檢查發現液壓缸拉杆頂（dǐng）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（le）變化；調整（zhěng）鎖緊螺母並擰緊緊固螺釘後，此故障排除。

5.結語

機械手換刀裝置（zhì）是數（shù）控機床（chuáng）最重要的功能部件之一，掌握其結構特點、控製機理，不斷總結歸（guī）納常見故障（zhàng）現象、原（yuán）因及解決措施，不但有助於提（tí）高維修數控機床的效率與質量，對機床的維護與改造也有重要的（de）參考意義。