數控機床（chuáng）機械（xiè）手換刀裝置故障與維修

在（zài）數（shù）控機床的維修中，與換刀相關（guān）的故障極為多見。本文基於機（jī）械手換刀裝置（zhì）的結構與動作控製，結合（hé）維修（xiū）實例，歸納常見故障現象、原（yuán）因及處理措施，在數控機床的維修與（yǔ）改造中具有較（jiào）大的現實（shí）意義，值得認真探索、交流與推廣。

數控機床特別是（shì）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（jiá）、多工（gōng）序自動加工（gōng），而實現這一功能的（de）關鍵在於自動換刀裝（zhuāng）置。由（yóu）於自動換刀裝置工作頻度高、控製機構複雜，包括刀庫、刀具交換以及驅（qū）動等部分，因此出現（xiàn）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（jié）構特點與控製機理，熟悉換刀的動作流程（chéng），總結歸納常見故障現象、原因及解決措施，借鑒相關維修實例，有助於快速、準確地診（zhěn）斷並（bìng）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

數控機床自動換刀功能的實現有多種方式。按是否由機械手（shǒu）換刀可將其分為兩（liǎng）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（yǔ）插刀，換刀時刀庫移至換刀位置，主軸先將刀具還回刀庫換刀位的空刀座上，然後刀庫旋轉使下一工序（xù）所需刀具進入換刀位置，主（zhǔ）軸再從刀庫取走新的（de）刀具，還（hái）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，因此（cǐ）換刀時間（jiān）長，加（jiā）工效率低，刀庫（kù）的容量也較小；目前數控機床更（gèng）多（duō）采用的是機械手換刀，利用機械手快速、準（zhǔn）確地對調刀庫中換刀位與主軸上（shàng）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.換刀位置刀座 5.取刀機械（xiè）手（shǒu）縱向導軌

6.取（qǔ）刀機械手橫向導軌

刀庫按刀具的布局可分為盤式、鏈式和格子式三種。盤式刀庫刀具呈圓周狀分布，鏈式刀庫刀（dāo）具布置在鏈條（tiáo）的各個環節上，格（gé）子式（shì）刀庫刀（dāo）具（jù）縱橫排列（liè）。盤式刀庫空（kōng）間利用率低、容量小，一般用（yòng）於小型（xíng）加工中心。鏈式與格子式刀庫空間利用率高、容量大，用於中型（xíng）與大型數控加工中心。刀庫的作用不僅是存放加工過程（chéng）中所需要的刀具，還負責（zé）把下一工序所要使用的刀具準確地送到換刀位置。

刀具交（jiāo）換裝置（zhì）的驅動方（fāng）式有液（yè）壓、伺（sì）服和（hé）交流異步電動機驅（qū）動三種。液壓驅動需（xū）要足夠的液壓動力，且運動的速（sù）度和準確性受油質、油壓、油溫及環境等因（yīn）素影響，一般用於不（bú）需要頻繁換刀的大（dà）中型機床（chuáng）。伺服電動（dòng）機驅動的（de）換刀裝置換刀速度快、精度（dù）高、穩定性強，但成本較高。交流異步電動機驅動的（de）換刀裝置，借助凸輪（lún）機構，換（huàn）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加工中心。

2.機（jī）械手換（huàn）刀動作流程與選刀方式

刀庫的選刀（dāo）有順序選刀、刀具編碼選（xuǎn）刀、刀（dāo）座編碼選（xuǎn）刀和隨機選刀四（sì）種方式。機械手換刀大多采用（yòng）隨機換刀方（fāng）式，從主軸取下的刀具就近放入刀庫中剛（gāng）取走刀具的（de）換刀（dāo）位刀座內（nèi），取（qǔ）刀與還刀同（tóng）步完成。其原（yuán）理是在（zài）存儲器中建立（lì）換刀數據（jù）表（biǎo），表中存儲單元的地址與刀（dāo）座編號及主軸（zhóu）相對應，因此數據表的容（róng）量為刀庫中刀座數加1，存儲單元（yuán）中的數據與刀（dāo）具編（biān）號一一對應，如附表所示（shì）。換刀時數（shù）據更新是先將主軸（zhóu）所對（duì）應的存儲單元中的數據（換刀前刀具的編號）寫入刀庫換刀位刀座所對應的存儲單（dān）元中，再將換刀指令中的刀（dāo）具編號寫（xiě）入主軸所對應的存儲單元，完成主軸（zhóu）與換刀位刀具編號的對換。假設數據表存儲單元首地址為（wéi）D300，該地址所對應存儲（chǔ）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，經常出現與（yǔ）換刀相關的故障，根據其結構特點及換刀動（dòng）作過程，歸納刀庫及機械手兩大方麵常見故障現（xiàn）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（néng）轉動（dòng）。可能原因：電動機軸與蝸杆（gǎn）軸的聯軸器鬆動；變頻器故障，電（diàn）動機不得電；接近開關或磁簧開關故（gù）障；PLC無輸出控製，或（huò）PLC有輸出但接（jiē）口板中的繼電器失效；氣壓低。常用措（cuò）施：檢查調（diào）整聯軸器（qì）；檢查變頻器的輸入、輸出電壓是否正（zhèng）常；通過PLC的IO監控畫麵檢查（chá）IO狀態，調整或更換接近開關或磁簧開關（guān），檢查或更（gèng）換繼電器；調整氣壓達到規定值。

② 常（cháng）見故障2：刀盤定位不準。可能（néng）原因：電動機剎車器磨損。常用措施（shī）：調整電動機剎車器中調節螺釘。

③常見故障3：換刀位刀座在倒刀時不正常。可能原因：氣壓不符合（hé）要求、止動螺絲鬆（sōng）動、氣缸（gāng）損壞、倒刀電磁閥接觸不良或損壞（huài）、刀具超重或（huò）超長。常用措施：調整氣壓到符合要求、鎖（suǒ）緊止動螺絲、更換氣缸、檢查（chá）電磁閥接點或（huò）更換元（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（zhuāng）調整不當或撥叉位置不正確、限位開關安裝（zhuāng）不正確或（huò）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（huò）更換元件。

⑤常見故障5：倒刀時刀具掉落。可能（néng）原因：刀套內彈（dàn）簧夾力不夠或不能正常（cháng）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（liè）。可能原因：刀套未定位前有倒刀動作（zuò）或未回（huí）位前刀盤轉動、裝入刀具時撞壞。常用措（cuò）施：調整刀盤定位近接開關或倒刀氣缸磁簧開（kāi）關位置、更換刀套。

⑦常見故障7：電動機燒壞。可能原因：電源缺相或電壓不正確、剎車燒壞、刀具（jù）超重、組件不能運（yùn）轉。常用措施（shī）：檢查接觸器接點是否損壞、電源是否缺相及電壓等級是否匹配；檢測剎（chà）車器（qì）線圈（quān）是（shì）否損壞、接地是否正確；檢查刀具質量（liàng）是否（fǒu）超過允許值；檢查（chá）刀套滑動部位是否順暢。

（2）機械手故障。

①常見故（gù）障1：刀具夾不緊，時常掉刀。可能原因：卡爪彈簧的（de）壓力（lì）太小、彈簧後麵的螺（luó）母鬆動、機械手卡緊鎖不起作用、刀具超重。常用措施：擰緊（jǐn）彈簧（huáng）後螺母、調整或更換（huàn）卡（kǎ）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：卡爪彈簧壓合過緊，卡爪縮不回（huí）。常用措施：調鬆螺母或（huò）更換彈簧，使最大載（zǎi）荷不超（chāo）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（zhǔ）軸箱沒回到換刀點或換（huàn）刀點漂（piāo）移；機械手抓刀時沒有到位就開（kāi）始打（dǎ）刀或拔刀、刀臂及刀具的夾（jiá）刀點不正確，打刀缸鬆拉（lā）刀位置不準確，打刀缸壓力不夠，鬆刀不正常（cháng）、刀具太重、刀臂變（biàn）形。常用措施： 應（yīng）重（chóng）設定換刀（dāo）點（diǎn）；校正夾刀點、調整打刀缸鬆刀行程、調（diào）整壓力值、檢查刀具質量、更換刀臂。

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

4.維修實例

（1）案例1。

故障現象：加工中心VMC1000C換刀時出現主軸掉刀故障。

故障診斷與排除（chú）方法：

①檢（jiǎn）查機械手手臂上兩個（gè）卡爪的彈（dàn）簧及附件，沒有發現異常，說明（míng）機械手夾持刀具（jù）沒有（yǒu）問題。

②拆開主軸檢查碟簧能否對刀具夾持緊固，發（fā）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，發現其“0”、“1”狀（zhuàng）態與實際動作不一致，說明該行程開關有問題（tí）, 更換後故障排除。

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

故（gù）障診斷與排除方法： 打開PLC的IO監控畫麵，發現相應的限位開關沒有壓合；調整其位置後（hòu），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（fā）現液壓缸拉杆頂端鎖緊螺（luó）母的緊固（gù）螺釘鬆動，致使液（yè）壓缸伸縮的行程發生了變化；調整鎖緊（jǐn）螺母並擰緊緊固螺釘後，此故障排除。

5.結語

機械手換刀裝置是數控機床最重要的功能部件之一，掌握其結構特點、控製機理，不斷（duàn）總結歸納常見故障現象、原因（yīn）及解決（jué）措施，不但有助於提高維修數控機床的效率（lǜ）與質量，對機床的（de）維護與改造也有重要（yào）的參考意義。