數控機床機械手換刀裝置（zhì）故（gù）障與維修

在數控機床的維修中，與換刀相關的故障極為（wéi）多見（jiàn）。本文基於機（jī）械手（shǒu）換（huàn）刀裝（zhuāng）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，在數控機床的維修與（yǔ）改造中具有較大的現實（shí）意義，值（zhí）得（dé）認真探索、交流與推廣。

數控機床特別（bié）是數控加工中心高精度（dù）、高效率的重要原因之一在於其一次裝夾、多工序（xù）自動加工，而實（shí）現這一功能的關鍵在（zài）於自動換刀裝置。由於自動換刀裝（zhuāng）置工作頻（pín）度高（gāo）、控製機構複雜，包（bāo）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）控機床（chuáng）的維修中（zhōng）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（zǒng）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（yǒu）助於快速、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

數控機床自動換刀功能的實現有多種方（fāng）式。按是否由機械手換刀可將其分為（wéi）兩類：無（wú）機械手換刀（如鬥笠（lì）式）大（dà）多（duō）依靠主軸與刀庫間的軸（zhóu）向相對運動實現拔刀與插刀，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（kù）旋轉使下一工序所需刀具進入換刀位置（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行，加之主軸的軸向運動（dòng）以及刀庫的移動和轉動，因（yīn）此換刀時間長，加工（gōng）效率低，刀庫的容量也較小；目前數控機床更多采用（yòng）的是機械手換刀，利用機械手快速、準確（què）地對調刀庫中換刀位與主軸上的刀具，還刀、取刀同時（shí）進行，換刀時間大大縮短，而（ér）且刀庫容量不受換刀機構限製。

1.刀具固定（dìng）板架 2.刀座 3.換刀機械手

4.換刀位置刀座 5.取刀機（jī）械手縱向導（dǎo）軌

6.取（qǔ）刀機械手橫向（xiàng）導軌

刀庫按刀具的布局可分為盤式、鏈式和（hé）格子式三（sān）種。盤式刀庫刀具呈（chéng）圓（yuán）周狀分布，鏈式刀庫刀具布置在鏈條的各個環節上，格子（zǐ）式刀庫刀具縱橫排（pái）列。盤式刀庫空間利用率低、容量小，一般用（yòng）於小型加工中心。鏈式與格子式（shì）刀庫空間利用率高（gāo）、容量大，用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的刀（dāo）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（zhǒng）。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（jí）環境等因（yīn）素影響，一般用於不需要（yào）頻繁換刀的大中型（xíng）機床。伺服電動機驅動的換刀裝置換刀速度快、精度高、穩定性強，但成本較（jiào）高。交（jiāo）流（liú）異步電動機驅（qū）動的換刀（dāo）裝置，借助凸輪機構，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（yú）頻繁換刀的中小型加工中心。

2.機械手（shǒu）換刀（dāo）動作流（liú）程與選刀（dāo）方式

刀庫的選刀有順序選（xuǎn）刀、刀具編碼選刀、刀座編碼選刀和隨機選刀四種方式。機械（xiè）手換刀大多采用隨機換刀方式，從主軸取下（xià）的刀具就近放入刀庫中剛取（qǔ）走刀具的換刀位刀（dāo）座（zuò）內（nèi），取刀與還刀同步完成。其原理是在存儲器中（zhōng）建立換刀數據表，表中存（cún）儲（chǔ）單元（yuán）的地址與刀座編號及主（zhǔ）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（de）數（shù）據與刀具編號一一對應，如附表所示。換刀時數據更新是（shì）先將主（zhǔ）軸所對應的存儲單元中的數據（換刀前刀（dāo）具的編號）寫入刀庫換刀位刀座所對應的存儲單元中，再（zài）將（jiāng）換刀（dāo）指令中的刀具編號寫入主軸所對應的存儲單元，完成（chéng）主（zhǔ）軸與換刀位刀具編號的對換。假設數據（jù）表存儲單元首地址為D300，該地址所對（duì）應存儲（chǔ）單元中存放的數據即為（wéi）主軸上刀具的編號，地址為（wéi）D301～D（300+n）的存儲（chǔ）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（zhì）的常見故障（zhàng）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（kù）及機（jī）械手（shǒu）兩大方（fāng）麵常見故障現象、產生原因與采（cǎi）取措施如下。

（1）刀庫故障（zhàng）。

①常見故障1：刀（dāo）庫不能轉動。可能（néng）原因：電動機軸與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（zhàng）；PLC無輸出控製，或PLC有輸出但（dàn）接口板中的繼電器失（shī）效；氣壓低。常用措施：檢查調（diào）整聯（lián）軸器；檢查變頻（pín）器（qì）的輸入、輸出（chū）電壓是否正常；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，檢查或更換繼電器；調整氣壓達到規定值（zhí）。

② 常（cháng）見故障2：刀盤定位不準。可能原因（yīn）：電動機剎車器磨損。常用措施（shī）：調整電動機剎車器中（zhōng）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（yā）不符合要求、止動螺絲（sī）鬆動、氣（qì）缸損壞、倒刀電磁閥接觸（chù）不良或損壞、刀具超重或超長。常用措施：調整氣壓到符合（hé）要（yào）求、鎖緊止動螺絲、更換氣缸（gāng）、檢查電磁閥接點或更換元件、更換刀（dāo）具（jù）。

④常見故障4：刀套上下不到位。可能原因（yīn）：安裝調整（zhěng）不當或撥叉位置不正確、限（xiàn）位開關安裝不正確或（huò）調整（zhěng）不當，造成反饋信號錯誤。常用措施：檢（jiǎn）查、調整撥叉或限位開（kāi）關位置，或更換元件。

⑤常見故障5：倒刀時刀具掉（diào）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（hé）拉釘（dìng）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（yuán）因：刀套未定位前有倒刀動作或未（wèi）回（huí）位前刀盤轉動、裝入刀（dāo）具時撞（zhuàng）壞（huài）。常用措施：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（tào）。

⑦常見故障7：電動機燒壞。可能原因：電源缺相（xiàng）或電壓不正（zhèng）確、剎車燒（shāo）壞、刀具超重、組件不能運轉。常用措施：檢查（chá）接觸器接點是否損壞、電源是否缺相（xiàng）及電壓等級是否（fǒu）匹配；檢測剎車器線圈是否損壞、接地是否正確；檢（jiǎn）查（chá）刀具質量是否（fǒu）超過允許值；檢查刀套滑動部位是否順（shùn）暢。

（2）機械手故障。

①常見故障1：刀（dāo）具夾不緊，時常（cháng）掉（diào）刀。可能原因：卡（kǎ）爪彈簧的壓力太小、彈簧後麵的（de）螺母鬆動、機械手（shǒu）卡緊（jǐn）鎖不起作用、刀具超重（chóng）。常用措施：擰緊彈簧後螺母、調整（zhěng）或更換卡緊（jǐn）鎖、更換彈簧、更（gèng）換刀具（jù）。

②常見故障2：刀（dāo）具夾緊後鬆不開。可能原（yuán）因：卡爪彈簧壓合過緊，卡爪縮（suō）不回。常用措施：調（diào）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（zhóu）箱（xiāng）沒回到換刀點或換刀點漂移；機械手抓刀時沒有到位（wèi）就開始打刀或拔刀、刀臂（bì）及刀具的（de）夾刀點不正（zhèng）確（què），打刀缸鬆拉刀位置不準（zhǔn）確，打刀缸壓力不夠，鬆刀不正常（cháng）、刀具太重、刀臂變形。常用（yòng）措施： 應重設定換刀點；校正夾刀點、調整打刀缸鬆刀行程、調整壓力值、檢查刀具質量、更換刀（dāo）臂。

④常見故障4：刀臂不回位。可能（néng）原因（yīn）：電路接觸不良、無夾刀或鬆刀信號、刀臂彎曲。常用措施：執行手動換（huàn）刀，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、調整或更換刀臂（bì）。

4.維修實例（lì）

（1）案例1。

故障（zhàng）現象：加工中心（xīn）VMC1000C換（huàn）刀時出現主軸掉（diào）刀故障。

故障診斷與（yǔ）排除方（fāng）法：

①檢查機械（xiè）手手臂（bì）上兩（liǎng）個卡爪的彈簧及附（fù）件（jiàn），沒有發現異常，說明機（jī）械手（shǒu）夾持刀具沒有問題。

②拆開主軸檢查碟（dié）簧能（néng）否對刀具夾持緊固，發現碟簧完好（hǎo）。

③打開PLC的I O監控（kòng）畫麵，反複（fù）按（àn）壓主軸刀具夾緊到位行程開關，發現其“0”、“1”狀態與實際動作不一致，說（shuō）明該行程開關有（yǒu）問題, 更換後故障排除。

（2）案例2。故（gù）障現象：加工中心BX-110P機（jī）械（xiè）手取送刀具時不能縮爪。

故障診斷與排除方（fāng）法： 打開PLC的IO監控畫麵，發現相應的限位開關沒有壓（yā）合；調整其位置後，機床恢複正常。但一段時間之後，再（zài）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（gāng）拉杆頂（dǐng）端鎖緊螺（luó）母的緊固螺釘鬆動（dòng），致使液壓缸伸縮（suō）的行程發（fā）生了變化；調整鎖緊螺（luó）母（mǔ）並擰緊緊（jǐn）固（gù）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（diǎn）、控製機（jī）理，不斷總結歸納常（cháng）見故障現象、原因及（jí）解決措施，不（bú）但有助於提高維修數控機床的（de）效率與質量，對機床的（de）維護（hù）與改造也有重要的參考意（yì）義。