數控機床機械手換刀（dāo）裝置故障與（yǔ）維修

在數控機床的維修中，與換（huàn）刀相（xiàng）關的故障極為多見。本文基於機械手換刀（dāo）裝置的結構與動作控製，結（jié）合維修實例，歸納常（cháng）見（jiàn）故障現象、原因及（jí）處理措施，在數控機床的維修與（yǔ）改造中具有較大（dà）的（de）現實意義，值（zhí）得認（rèn）真探索、交流與推廣。

數控（kòng）機床特別是數控加（jiā）工中心高精度、高（gāo）效率的重要原因之一在於其一次裝夾、多工序自動加工，而實現這一功能的關鍵在於自動換刀裝置。由於自動換刀裝置工作頻度高、控（kòng）製機構複雜，包括（kuò）刀庫、刀具交換以及驅動等（děng）部分，因此出現故障的幾率（lǜ）也大，在數控機床的維修中占有（yǒu）相當大的比例。了解（jiě）其結構特點與控製機理，熟悉換刀的（de）動作流程，總結歸（guī）納常（cháng）見故障（zhàng）現象、原因及解決措施，借鑒相關維修實例（lì），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與（yǔ）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。按是否由機械手換刀可將其分為兩類：無機械手換刀（如鬥笠式）大多依靠主（zhǔ）軸與刀庫間的軸向相對運動實現拔刀與插刀，換刀時刀庫移至換刀位置（zhì），主軸先將刀具（jù）還回刀庫換刀位的空刀座上，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（dāo）兩個動作隻能分步進行，加之主軸（zhóu）的軸向運動以及刀庫的移動和轉動，因（yīn）此換刀時間長，加工效率低，刀庫的容量也較（jiào）小；目前數（shù）控機床更多采用的是機械手（shǒu）換刀，利用機械手快速、準確地對調刀庫中換（huàn）刀（dāo）位與主軸上（shàng）的刀具，還刀、取（qǔ）刀同時進行，換刀時間大（dà）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（zuò） 3.換刀機械手

4.換刀位置刀座 5.取刀機械手縱向導軌

6.取刀機械手橫（héng）向導軌

刀（dāo）庫按（àn）刀具的布局可（kě）分（fèn）為盤式、鏈式和（hé）格子式三種。盤式刀庫刀具呈圓周狀分布，鏈式刀庫刀具布置在鏈條的各個（gè）環節上，格（gé）子式刀庫刀具縱橫排列。盤式（shì）刀庫空間利用率（lǜ）低、容量小，一般用於小型加工中心。鏈式與格（gé）子式刀庫空（kōng）間利用（yòng）率高、容量大，用於中型與大型數控加工（gōng）中心。刀庫的作用不僅是存（cún）放加工過程中所需要的刀具，還負責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（jiāo）流異步電（diàn）動機驅動三種。液壓驅動（dòng）需要足夠的液壓動力，且運動的速度（dù）和準確性受油（yóu）質、油（yóu）壓、油溫及環境（jìng）等因素影響，一般用於不需要頻繁換刀的大（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、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（gòu），換刀速度快、定位準、穩定性高、連貫性好且成本低，廣泛用於（yú）頻繁換刀的（de）中小型加工中心。

2.機械手換刀動作流程（chéng）與選刀（dāo）方式

刀庫的選刀有順序選刀、刀具編碼選刀、刀座（zuò）編（biān）碼選刀和隨機選刀（dāo）四種方式。機（jī）械手換刀大多采用隨機（jī）換刀方式（shì），從主軸取下的刀具就近放入刀庫中剛取走（zǒu）刀具的換刀位刀座內，取刀與還刀同步完成。其原（yuán）理是在存儲器中建立換刀數據表（biǎo），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數加1，存儲單元中（zhōng）的數據與刀具編號（hào）一一對應，如（rú）附表所示。換刀時數據更新是先將主軸所對應的存儲（chǔ）單元中的數據（換刀前刀具（jù）的編號（hào））寫入刀庫換刀位刀座所對應的存儲單元中，再將換刀（dāo）指令（lìng）中（zhōng）的刀具編號寫（xiě）入主軸所對應的存儲單元，完成主軸與換刀（dāo）位刀具編號的對換。假設數據表存儲單元首（shǒu）地（dì）址為D300，該地址所對應存（cún）儲單元中存放的數據即為主軸（zhóu）上刀具的編號，地址為D301～D（300+n）的存（cún）儲（chǔ）單元中的數據，即刀庫中從1#～n#刀（dāo）座上刀具的編號。

3.機械手換（huàn）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作過程，歸納刀庫及機械手兩大方麵常見故（gù）障現象、產生原因與采取（qǔ）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：電動機軸與（yǔ）蝸杆軸的聯軸器鬆動；變頻器故障，電動機（jī）不得電；接近開（kāi）關或磁簧開關故障；PLC無輸出控製，或PLC有輸出但接口板中的繼電器（qì）失效；氣壓低（dī）。常用措（cuò）施：檢查調整聯軸器；檢查變頻器的輸入、輸出電（diàn）壓是否正常；通過（guò）PLC的IO監控畫麵檢查IO狀態（tài），調整（zhěng）或更（gèng）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（dìng）值。

② 常見故障2：刀盤定位（wèi）不準。可（kě）能原因：電動機剎車器磨損。常用措施：調整電動機剎車器中調節（jiē）螺釘。

③常（cháng）見故障3：換刀位刀座在倒刀（dāo）時不正常。可能原因：氣（qì）壓不符合要求、止動螺絲鬆（sōng）動、氣（qì）缸損壞、倒刀電磁閥接觸不良或損壞、刀具超重或超長。常用措施：調整氣壓（yā）到符合要求、鎖緊止動螺絲、更換氣缸（gāng）、檢查電磁閥接點或更（gèng）換元（yuán）件、更（gèng）換刀具。

④常（cháng）見故障4：刀套上下不到（dào）位。可能原因：安裝（zhuāng）調整不當或撥叉位置不正確（què）、限位開關安裝（zhuāng）不正確或調整不當，造成反饋信號錯誤。常用措施：檢查、調（diào）整撥叉或限（xiàn）位開關（guān）位置，或更換元件。

⑤常見故障5：倒刀時刀具掉落。可能原因：刀（dāo）套內彈簧夾力不（bú）夠或（huò）不能正（zhèng）常複位（wèi）、刀柄和拉釘的距離不正確。常用措施：調整（zhěng）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或未回位前刀盤轉動、裝入刀具時撞壞。常用措施：調整刀盤定位近接（jiē）開關或倒刀氣缸磁簧開關位置、更換刀套。

⑦常見故（gù）障7：電動機燒壞。可能原因：電源缺相或電壓不正確、剎車（chē）燒壞、刀（dāo）具超重、組件不能運轉（zhuǎn）。常用措施：檢查接觸器接（jiē）點是否損壞、電源是否缺（quē）相及電壓（yā）等級是否（fǒu）匹配；檢（jiǎn）測剎車器線圈是否損壞、接地是否正確；檢查刀具（jù）質量是否超（chāo）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（shí）常掉刀。可（kě）能（néng）原因：卡爪彈簧的壓力太小、彈簧後麵的（de）螺母鬆動（dòng）、機械手卡緊鎖不起（qǐ）作用、刀具超重。常用措施：擰緊彈簧後螺（luó）母（mǔ）、調整或更換卡緊鎖、更換（huàn）彈（dàn）簧、更（gèng）換刀具。

②常見故障2：刀具夾緊後鬆不開。可能原（yuán）因：卡爪彈簧壓合過緊（jǐn），卡爪縮不回。常用措施（shī）：調鬆螺母或更換彈簧，使（shǐ）最大（dà）載（zǎi）荷不（bú）超過（guò）額定值。

③常見故障3：刀具交（jiāo）換時掉刀。可能原因：換刀（dāo）時主軸箱沒回到換刀點或換刀點漂移；機（jī）械手抓刀時沒（méi）有到位就開始打刀或拔刀、刀臂及（jí）刀具（jù）的夾刀點不正確，打刀缸（gāng）鬆拉刀位置不準確，打刀缸壓力不夠，鬆刀不正常、刀具太重、刀臂變（biàn）形。常（cháng）用措施： 應重設定換刀點；校正夾刀點、調整打刀（dāo）缸鬆（sōng）刀行（háng）程、調整壓力值、檢查刀具質量、更換刀臂。

④常見故障4：刀臂（bì）不（bú）回位。可能（néng）原（yuán）因：電路接觸不良、無夾刀或鬆刀信號、刀臂彎曲。常用措施：執行手動換刀，檢查是否電路故障；用PLC監看夾刀或鬆刀信號（hào），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。

故障診斷（duàn）與排除方法：

①檢查機械（xiè）手手臂上兩個卡爪的彈簧及附件，沒有發（fā）現異常，說明機（jī）械手夾持刀具（jù）沒有問題。

②拆開主軸檢查碟（dié）簧能否對刀（dāo）具夾持緊固，發現碟簧完好。

③打（dǎ）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”狀態（tài）與實際動作不（bú）一致，說明該（gāi）行程開關有問（wèn）題, 更（gèng）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（shí）不能縮爪。

故障（zhàng）診斷與（yǔ）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；調整其位置後（hòu），機床恢複正常（cháng）。但一段時間之後，再（zài）次出現此故障，檢（jiǎn）查限位開關沒有鬆動，但卻沒有壓合，進一（yī）步檢查發現液壓缸拉杆頂端鎖緊螺母的緊固螺釘鬆動，致使液壓（yā）缸伸縮的行程發生了變（biàn）化；調整鎖緊螺母並（bìng）擰（nǐng）緊緊固螺釘後，此故障（zhàng）排除。

5.結語

機械手換刀裝置是數控機床（chuáng）最（zuì）重要的功能部件之一，掌（zhǎng）握其結（jié）構特點、控製機理，不斷總結（jié）歸納常見故障現象、原因及解決措施，不但有助於提高（gāo）維修數控機床的效率與質量（liàng），對機床的維護與改造也有（yǒu）重要的參考意義。