​數控機床機械手換刀裝置故障（zhàng）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（jiàn）。本文基於機械手換刀（dāo）裝置的結（jié）構與動作控製，結合維修（xiū）實例，歸納常見故障現象、原因及處理措施，在數控機床的（de）維修與改造中具有較大的現實意義，值得認真探索、交流與（yǔ）推廣。

數（shù）控機床（chuáng）特別是數控加工中心高精度、高效率的重（chóng）要原因之一在於其一次裝夾、多工序自動加工，而實現這一功（gōng）能的關鍵在於自動換刀（dāo）裝置。由於自動換刀裝置工作頻度高、控製機構複（fù）雜，包括刀庫、刀具交換以及驅動等部分，因此出現故障的幾率也大，在數（shù）控（kòng）機床的維修中占有相當大的比例。了解（jiě）其結構特點與控製機理，熟悉換刀的動作流程，總結歸納常見故障現象（xiàng）、原因及解決措施，借鑒相關維修實例，有助於快（kuài）速、準確地診斷並排除（chú）故障（zhàng），提高維修工作的質量與效（xiào）率。

1.機械手換刀裝置的結構

數控機床自動換刀功能的實現有（yǒu）多種方式。按是否由機械手（shǒu）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相對運動實現拔刀與插刀，換刀時刀庫（kù）移至換（huàn）刀位置，主軸先將刀（dāo）具還回刀庫換刀位的（de）空刀座上，然後刀庫旋轉使下一（yī）工序所需刀具進入換刀位置，主軸再從刀庫取走新的刀具，還刀和取刀兩（liǎng）個動作隻能分步進行，加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（zhǎng），加工（gōng）效率低，刀庫的容量也較小；目前數控機床更多采用的是（shì）機械手換刀，利用機械手快速、準確地對調刀庫中換刀位與主軸上的刀具（jù），還刀、取（qǔ）刀同時進行，換刀時間大大縮（suō）短，而且刀庫容量不受換（huàn）刀機構限製（zhì）。

1.刀具固定板架（jià）2.刀（dāo）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（kù）按刀具的布局可分為盤式、鏈（liàn）式和（hé）格子式三種。盤式刀庫刀（dāo）具呈圓周狀（zhuàng）分布，鏈式刀庫刀具布置在鏈條的各個（gè）環節上（shàng），格子式（shì）刀庫刀具縱橫排（pái）列。盤式刀庫空間利用率低、容（róng）量小，一般（bān）用於小型加工中心。鏈式與格子（zǐ）式（shì）刀庫空間（jiān）利用率（lǜ）高、容量大，用於中型與（yǔ）大型數控加工中心。刀庫的作用（yòng）不僅是存放加工過程中所需要的刀具，還負（fù）責把下一（yī）工序（xù）所要使用（yòng）的刀具準確（què）地送到換刀位（wèi）置。

刀具交換裝置的驅動方式有液壓、伺服和交（jiāo）流（liú）異步電動機驅動三種。液壓驅動需要足夠（gòu）的液壓動力（lì），且（qiě）運（yùn）動的（de）速度和準確性受油質、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（qū）動的換刀裝置換刀速（sù）度（dù）快、精（jīng）度高、穩定性（xìng）強，但成本（běn）較高。交流異步電動機驅動的換刀裝置，借助凸輪機構，換刀速度快（kuài）、定位準（zhǔn）、穩定（dìng）性高、連貫性好且成本低，廣泛用於頻繁（fán）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

刀庫的選刀有順序選刀、刀具編（biān）碼選刀、刀（dāo）座編碼選刀和（hé）隨機選（xuǎn）刀四種方式。機械手換刀大多采用隨機換刀方式，從主軸取下的（de）刀具就近放入刀（dāo）庫中剛（gāng）取走刀具的換（huàn）刀位刀座內（nèi），取（qǔ）刀與還刀同步完成。其原理是（shì）在存儲器中建立換刀（dāo）數據表，表中存儲單元的地（dì）址與刀（dāo）座編號及（jí）主軸相對應（yīng），因此（cǐ）數據表的容量為刀（dāo）庫中刀座數加（jiā）1，存儲單元中的（de）數據與刀具編（biān）號一一對應，如（rú）附表所示。換刀時數據更新是先將（jiāng）主軸所對應的存儲單（dān）元中的（de）數據（換刀（dāo）前刀具的（de）編號）寫入刀庫換刀位刀座（zuò）所對應的存（cún）儲單元中，再將換刀指令中的刀具編號寫入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（jiǎ）設（shè）數據表存儲單元首（shǒu）地址為D300，該地址所（suǒ）對應存儲單元中存放的數（shù）據（jù）即為（wéi）主軸上刀具的編號，地址為D301～D（300+n）的存儲單元中（zhōng）的數據（jù），即刀庫中從1#～n#刀座上（shàng）刀具的編號。

3.機械（xiè）手換刀裝置的（de）常見故（gù）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（xiàng）關的故障，根據其結構特點（diǎn）及換刀動作過程，歸納刀庫及機械手兩大方麵常見故障（zhàng）現象、產生原因與采取措施如下。

（1）刀庫故障。

①常（cháng）見故障1：刀（dāo）庫不能轉動。可能原因：電動機（jī）軸（zhóu）與（yǔ）蝸杆軸的聯軸器鬆動；變頻器故障，電動機不得電；接近開關或磁簧開關故障；PLC無輸出控製，或PLC有輸出但接（jiē）口板中的繼電器失效；氣壓低。常（cháng）用措施：檢查調（diào）整聯軸器；檢查變頻器的輸入、輸出（chū）電壓是否正常；通過PLC的IO監控畫麵檢查IO狀態（tài），調整或更換接近開關或磁簧開關（guān），檢查或更換繼電器；調整氣壓（yā）達到（dào）規定（dìng）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（cháng）用措施：調整電動機剎車器中調節螺釘。

③常見故（gù）障3：換刀位刀座（zuò）在倒刀時不正常。可能原因：氣壓不符合要求（qiú）、止動螺絲鬆動（dòng）、氣缸損壞、倒（dǎo）刀電磁（cí）閥接觸不良或損壞（huài）、刀具超重（chóng）或超長。常用（yòng）措施：調整氣（qì）壓到符合要求、鎖緊止動（dòng）螺絲、更換氣（qì）缸、檢查（chá）電磁閥接點或更換（huàn）元件、更換刀具（jù）。

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

⑤常見故障5：倒（dǎo）刀時刀具（jù）掉落。可能原因（yīn）：刀套內彈簧（huáng）夾力不夠或不（bú）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（qián）刀盤轉（zhuǎn）動、裝入（rù）刀具時撞壞。常用措（cuò）施：調整刀盤定位近接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（huài）。可能原因：電源缺相或電壓不（bú）正確（què）、剎車燒（shāo）壞（huài）、刀具超重、組件不能（néng）運轉。常用措施（shī）：檢查接觸器接點（diǎn）是否損壞、電源是否缺相及電壓（yā）等（děng）級是否匹（pǐ）配；檢測剎車器線（xiàn）圈是否損壞、接地是否正確；檢查刀具（jù）質量是否超過允許值；檢查刀套滑動部位（wèi）是否順暢。

（2）機（jī）械手故障。

①常見故障1：刀具夾不緊，時常（cháng）掉刀。可能原（yuán）因（yīn）：卡爪彈簧的壓力太小、彈簧後麵的螺母（mǔ）鬆動、機械手卡緊鎖不起作用、刀具超重。常用措施：擰緊彈簧後螺母、調整或（huò）更換卡緊鎖、更換彈簧、更換刀（dāo）具。

②常見故障2：刀具夾緊後鬆不開。可能原因：卡爪彈（dàn）簧壓合過緊，卡爪縮不（bú）回。常用措施：調鬆螺母或更換（huàn）彈簧，使最大載荷（hé）不（bú）超過額定值。

③常見故障3：刀具交換時掉刀。可能原因：換（huàn）刀時主軸箱沒回到換刀點（diǎn）或換刀點（diǎn）漂移；機械手抓（zhuā）刀時沒（méi）有到位（wèi）就開始打（dǎ）刀或拔刀、刀（dāo）臂及刀具的夾刀點不正確（què），打刀缸鬆拉刀位置不準確，打刀缸壓力不夠，鬆刀不正（zhèng）常、刀具太（tài）重、刀臂變形。常用措施： 應重設定（dìng）換刀點；校正（zhèng）夾刀（dāo）點、調整打刀缸（gāng）鬆刀行程、調整壓力值（zhí）、檢查刀具質量（liàng）、更換刀臂。

④常（cháng）見故（gù）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（hào）、刀臂彎曲。常用措施：執行（háng）手動換刀，檢查是否電路故障（zhàng）；用PLC監看夾刀或鬆刀信（xìn）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。

故障現象：加工中心VMC1000C換刀時（shí）出現主軸掉刀故障。

故障（zhàng）診斷與排除方法：

①檢查機械手手臂上兩個卡爪（zhǎo）的彈（dàn）簧及附件，沒有發（fā）現異常，說明機械手夾持（chí）刀具沒有問題。

②拆開主軸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（fǎn）複按壓主軸刀具夾緊到位行程開關，發現其“0”、“1”狀（zhuàng）態與實際動作不一致，說明該行程（chéng）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爪。

故障診（zhěn）斷與排除方法：打（dǎ）開PLC的IO監控畫麵，發現相（xiàng）應的限位開（kāi）關沒（méi）有壓合；調整其位置後，機床恢複正常。但一段時（shí）間之後（hòu），再次出現此故障，檢查限位開關沒有鬆動，但卻沒（méi）有壓合，進（jìn）一（yī）步檢查發現液壓（yā）缸拉杆頂端（duān）鎖緊螺母的緊固螺釘鬆動，致使液壓缸伸縮的（de）行程（chéng）發生了變化；調整鎖緊螺母並擰緊緊固（gù）螺釘後，此故障排除。

5.結語（yǔ）

機（jī）械（xiè）手換刀裝置是數控機床最重要的功能部件之一，掌（zhǎng）握其（qí）結構特點、控製機理，不斷總結歸納（nà）常見故障（zhàng）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量，對機床的維護與改造也有重要的參考意義。