數控機床機械（xiè）手換刀裝置故障與維修

在數控機床的維修中，與換刀相關的故（gù）障（zhàng）極為多見。本文基於機械手換刀裝置的結構與動作控製，結合維修實例，歸納常見故障現象、原因及處理措施，在（zài）數控機床的維修與改造中具有較大（dà）的現實意義，值得認真探索、交（jiāo）流（liú）與推廣。

數控（kòng）機床特別是數控加工中心高精度、高效率的重要原（yuán）因之一在於其一次裝夾（jiá）、多工序（xù）自動加工（gōng），而實現這（zhè）一功能的關鍵在於自動換刀裝置（zhì）。由於自動換刀（dāo）裝置工作頻（pín）度高、控製機（jī）構複雜，包括刀庫、刀具交（jiāo）換（huàn）以及驅動等部（bù）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大的比例。了解其（qí）結構特點與控製機理，熟（shú）悉換刀的動（dòng）作流程，總結（jié）歸納常見故障現象（xiàng）、原因及（jí）解決措施，借鑒（jiàn）相關維修實例，有助（zhù）於快速、準確地診斷並排除故障，提高維修工作的質量（liàng）與效率。

1.機械手換（huàn）刀裝置的結構

數控機床自（zì）動換刀功能的（de）實現有多種（zhǒng）方式（shì）。按是否由機械手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（jiān）的（de）軸向相對運（yùn）動實現拔刀與（yǔ）插刀，換刀時刀庫移至換刀（dāo）位（wèi）置，主軸（zhóu）先將刀具還回刀庫換刀位（wèi）的空刀座（zuò）上，然後刀庫旋轉使下一工序所需刀（dāo）具進入換刀位置，主軸（zhóu）再從刀庫取走新的刀（dāo）具，還刀和取刀兩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（yīn）此換（huàn）刀時間長，加工效（xiào）率低（dī），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（yòng）機械手快速、準確（què）地對調刀庫中換刀位與主軸上的刀具（jù），還刀、取刀同時進行，換刀時間大大縮短，而且刀庫容（róng）量不受換刀機構限製（zhì）。

1.刀具固定板架（jià） 2.刀座 3.換（huàn）刀機械手

4.換刀位置刀座 5.取刀機械手縱（zòng）向（xiàng）導軌

6.取（qǔ）刀機械手橫向導軌

刀庫按刀具的（de）布局（jú）可分為盤式、鏈式和格子式（shì）三種。盤式刀（dāo）庫刀具呈圓周狀分布，鏈式刀（dāo）庫刀具布置在鏈條的（de）各個環節上，格子式刀庫刀具縱橫排（pái）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。鏈式與格子（zǐ）式刀庫空間利用率高、容量大，用（yòng）於中型與大型數控加工中心。刀庫的作用不僅是存（cún）放加工過程中所需要（yào）的刀（dāo）具，還負（fù）責把下一工序所要使用的刀具準確地送到（dào）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。液壓驅動需要足夠的液壓動力，且運動的速度和準確性受油質、油壓、油溫及環境等因素影響，一般用於不（bú）需要頻繁換刀的大中型機床。伺服電動機驅動的換刀裝置（zhì）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，借助凸輪機構，換（huàn）刀速度快、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加工中（zhōng）心。

2.機械（xiè）手換刀（dāo）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、刀座編碼選刀和隨機選刀四種方式。機械手換刀（dāo）大多采用隨（suí）機換（huàn）刀方式，從主軸取下的刀具就近放入刀庫中剛取走刀具的（de）換刀位刀座內，取刀與還刀同步完成。其（qí）原理是在存（cún）儲器中建立換刀數（shù）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（biān）號一一對應，如附（fù）表所示。換刀（dāo）時數據更新是先將主軸所對應的存儲單元中的數據（換刀（dāo）前刀具的編號）寫入刀庫換刀位刀座所對應的存儲單元中，再將換刀指令中的刀具編號寫入主軸所（suǒ）對應的存儲單元，完成主（zhǔ）軸與換（huàn）刀（dāo）位刀具編號的對換。假設數據表存儲單元（yuán）首地址為（wéi）D300，該地址所對（duì）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（de）存儲單元中的數據，即刀庫中從1#～n#刀座上刀具的編號。

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（cháng）出現與換（huàn）刀相關的故障，根據其結構特點及（jí）換刀動作過程，歸納刀庫及機械手兩大方麵（miàn）常見故障現象（xiàng）、產生原因與采取措施如（rú）下。

（1）刀庫故（gù）障。

①常見故障1：刀庫（kù）不能轉動。可能（néng）原（yuán）因：電動機軸與蝸杆軸的（de）聯軸器（qì）鬆動；變頻器（qì）故障，電動（dòng）機不得電；接（jiē）近開關或（huò）磁簧開關故障；PLC無輸出控製，或PLC有輸（shū）出但接（jiē）口（kǒu）板中的繼電器失效；氣壓（yā）低。常用措施：檢查調（diào）整聯軸器；檢查變頻器的輸入、輸出電（diàn）壓是否正常；通過PLC的IO監控（kòng）畫麵檢查IO狀態，調整或更換接（jiē）近開關或磁（cí）簧開（kāi）關，檢查或更換繼電器；調整氣壓達到規（guī）定值。

② 常見故障2：刀盤（pán）定位不準。可能（néng）原因：電動機剎車器磨損。常用（yòng）措施（shī）：調整電動機剎車器中（zhōng）調（diào）節螺釘（dìng）。

③常（cháng）見故障3：換刀位刀座在倒刀（dāo）時（shí）不正常。可能原因：氣壓不符合要求、止動螺絲鬆動（dòng）、氣缸（gāng）損壞、倒刀電磁閥接觸不良或（huò）損（sǔn）壞、刀具超重或超（chāo）長。常用措施：調整氣壓到符合要求、鎖緊止動螺絲、更換氣缸、檢查電磁閥接點或更換元件、更（gèng）換刀具。

④常見故障4：刀套上下不到（dào）位。可能原因：安（ān）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、調整撥叉或限位開關位置，或更換元件。

⑤常見故障（zhàng）5：倒刀（dāo）時刀具掉落。可能原因：刀套內彈簧夾力不夠或不能正常（cháng）複位、刀柄和拉（lā）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（dāo）盤轉動、裝入刀具時撞壞。常用措施：調整刀盤定位（wèi）近接開關或倒刀氣缸磁簧開（kāi）關位置、更換刀套。

⑦常見故障7：電動機燒壞。可能原因：電源（yuán）缺相或（huò）電壓不（bú）正確、剎車燒壞、刀具超重、組件不能運轉。常用措施：檢查接觸器接點是否損（sǔn）壞、電源是（shì）否（fǒu）缺相及電壓等級是否匹配；檢測剎車器線圈（quān）是否（fǒu）損壞（huài）、接地是否正確；檢查（chá）刀具質量是否超過允許值；檢查刀套滑動部位是否順暢。

（2）機械手故障。

①常見故障1：刀具夾不緊，時常掉刀。可（kě）能原（yuán）因：卡爪彈簧的壓力太小、彈簧後麵的螺母鬆動（dòng）、機械手卡緊鎖（suǒ）不起作用、刀具超重（chóng）。常用措施：擰緊彈簧後螺母、調整或更換卡緊鎖、更換（huàn）彈簧、更換刀（dāo）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，卡爪縮不（bú）回。常用措施：調鬆螺母（mǔ）或（huò）更換彈簧，使最大載荷不超過額定值（zhí）。

③常見故障3：刀具交換時掉刀。可能原因：換刀時主軸（zhóu）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刀（dāo）、刀臂及刀具的夾刀點（diǎn）不正確，打（dǎ）刀缸鬆拉刀（dāo）位置不準確，打刀缸壓力不夠（gòu），鬆（sōng）刀不正常、刀具太（tài）重、刀臂變形。常（cháng）用措施（shī）： 應重設定換刀點；校正夾刀點、調整（zhěng）打刀缸鬆（sōng）刀行程、調整壓力值、檢查刀具質量、更換刀（dāo）臂（bì）。

④常見故障（zhàng）4：刀臂（bì）不回位。可能原因：電路接（jiē）觸不（bú）良、無夾刀或鬆刀信號（hào）、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監看夾刀或鬆刀信（xìn）號，調整（zhěng）近（jìn）接開關位置、調整或（huò）更換刀臂。

4.維修實例

（1）案例1。

故障現象（xiàng）：加工中心VMC1000C換刀時出現主軸掉刀故障。

故障診斷與排（pái）除方法：

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

②拆開主軸檢（jiǎn）查（chá）碟簧能否對刀具夾持緊固，發現碟簧完好。

③打開PLC的（de）I O監控畫麵，反複按壓主軸刀（dāo）具夾緊（jǐn）到（dào）位行程開關，發現其“0”、“1”狀態與（yǔ）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（gōng）中心BX-110P機械手取送（sòng）刀具時不能縮爪。

故障診斷與排除方法： 打（dǎ）開PLC的IO監控畫麵，發現相應的限位開關沒有壓合（hé）；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（lā）杆頂端鎖緊螺（luó）母的緊固（gù）螺釘鬆動，致（zhì）使液壓缸伸縮的行程發（fā）生了變化；調整鎖緊螺母並擰（nǐng）緊緊固（gù）螺釘後，此故障（zhàng）排除。

5.結語

機械手換刀裝置是數控機床最重要的功能部件之一，掌握其結構（gòu）特點、控製機理，不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（jī）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。