​數控機床機（jī）械手換刀裝置故障與維修（xiū）

在數（shù）控機床的維修中，與換刀相關的故障極為多見。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，在數控機床的（de）維修與改造中具（jù）有較大的現實意義，值得認真探索、交流與推廣。

數控機床特別是數控加工中心高精度、高（gāo）效率（lǜ）的重要原因之一（yī）在於其（qí）一次裝（zhuāng）夾、多工（gōng）序自動加工（gōng），而實現這一功能的關鍵（jiàn）在於自動（dòng）換刀裝置。由於（yú）自動換刀裝置工作頻度高、控（kòng）製機（jī）構複雜，包括刀庫、刀具交（jiāo）換以及驅動（dòng）等部分，因（yīn）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（le）解其結構特點與控製機理，熟悉換刀的（de）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，有助於快速、準確地診斷（duàn）並排除故障，提高維修工作（zuò）的質量與效率。

1.機械手換刀裝置的結構

數控機床自動換（huàn）刀功能的實現有多種方式。按是否（fǒu）由（yóu）機械手換（huàn）刀（dāo）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，換刀時刀庫移至換刀位（wèi）置，主軸先將刀（dāo）具還回刀庫（kù）換（huàn）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（zhóu）再從刀庫取走（zǒu）新的刀（dāo）具，還刀（dāo）和取刀兩個動作隻能分步進行，加之主軸的軸向運（yùn）動以（yǐ）及刀庫的移動和轉動，因（yīn）此（cǐ）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（huàn）刀，利用機械手快速、準（zhǔn）確地對（duì）調（diào）刀（dāo）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，而且刀庫容量不受換刀機構限製。

1.刀（dāo）具固定（dìng）板架（jià）2.刀座3.換（huàn）刀機械（xiè）手

4.換刀位置（zhì）刀座5.取（qǔ）刀機械手縱向導軌

6.取刀機械手橫向導軌

刀庫按刀具的布局可分為盤式、鏈（liàn）式和格子式三種。盤式刀庫刀具呈圓周（zhōu）狀分布，鏈式刀庫刀具布置（zhì）在鏈條的各個環（huán）節上，格子式刀庫刀具（jù）縱橫排列。盤（pán）式刀（dāo）庫空間利用率低、容量小，一般用於小型（xíng）加工中心。鏈式與格子式刀庫空間利（lì）用率高、容量大，用於中型與大型數（shù）控加工中心。刀庫的作用不僅是存放加工過程中所需要的刀（dāo）具，還負責把下一工序所要使用的刀具準確地送到換（huàn）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（diàn）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（zhì）、油壓（yā）、油溫及環境等因素影響，一般用於（yú）不需要頻（pín）繁換刀的大中型機床。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，借助凸輪機構，換刀速度（dù）快、定位準、穩定性高、連貫性好且成本低，廣泛用於頻繁換刀的中小型加工中（zhōng）心。

2.機械手換刀（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（huàn）刀大多采用隨機換刀方式，從主（zhǔ）軸（zhóu）取下的刀具就近放入刀庫中剛取走刀具的換刀位刀座內，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，表中存儲單元的地址（zhǐ）與刀座（zuò）編號（hào）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（chǔ）單元（yuán）中的數據與刀具編（biān）號（hào）一一對應，如附表所示。換刀時數據（jù）更（gèng）新是先將主軸所對應的存儲（chǔ）單元中的（de）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元中，再將換刀指（zhǐ）令中的刀（dāo）具編（biān）號（hào）寫入（rù）主軸所對（duì）應的存儲單元，完成主軸與（yǔ）換刀位刀具編號（hào）的（de）對換。假設數據表存儲單元首地（dì）址為D300，該地（dì）址所對應（yīng）存儲單元中存放的數據即為主軸上刀具的編號，地址（zhǐ）為D301～D（300+n）的存儲單元中的數據（jù），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（jiàn）故障與排除方法

在數控機床維修的過程中，經常出現與換刀（dāo）相關的故障，根據其結構特點及換刀動作過程，歸納刀庫（kù）及機械手兩大方麵常見故障現象、產（chǎn）生原因與采取措施如下。

（1）刀庫故障。

①常見故障1：刀庫不能轉動。可能原因：電動機軸與蝸（wō）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（wú）輸出控製，或PLC有輸出但接口（kǒu）板中的繼電器失效；氣壓低（dī）。常（cháng）用措施：檢查（chá）調整聯軸器；檢查變頻（pín）器的輸入、輸出電壓是（shì）否正常；通（tōng）過PLC的IO監控畫麵檢查IO狀態，調整或更換接近開關或（huò）磁簧開關（guān），檢查（chá）或更換繼（jì）電器；調整氣壓達到規定值。

② 常見故障2：刀盤定位不準。可能原因：電動機（jī）剎車器磨損。常用（yòng）措（cuò）施：調整電（diàn）動機剎車器中調節螺（luó）釘。

③常見故障3：換刀位刀座在倒刀時不正常。可（kě）能原（yuán）因：氣（qì）壓不符合要求、止動（dòng）螺絲鬆（sōng）動、氣缸損壞、倒刀電磁閥接觸不（bú）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、檢查電磁（cí）閥接點或更換元件、更（gèng）換刀具。

④常見故障4：刀套（tào）上下不到位。可能原因：安裝調（diào）整不當或撥叉位置不（bú）正確、限（xiàn）位開關（guān）安裝不正確或調整不當，造成反（fǎn）饋信號錯誤。常用措施：檢查、調整撥叉（chā）或限位開關位置，或（huò）更換元（yuán）件。

⑤常見故障5：倒刀時刀具掉落。可能原因：刀套內（nèi）彈簧（huáng）夾力不夠或不能正常複位、刀柄和拉釘的距離（lí）不正確。常用措施：調整或更換元器件。

⑥常見故障6：刀套破（pò）裂。可能原因（yīn）：刀套未（wèi）定位前有倒刀動作或未回（huí）位前（qián）刀盤轉動（dòng）、裝入刀具時撞壞。常（cháng）用措（cuò）施：調整刀盤定位近接開關或倒刀（dāo）氣（qì）缸磁簧開關位（wèi）置、更換刀套。

⑦常見故障7：電（diàn）動機燒壞。可能原因：電源缺（quē）相或電（diàn）壓不正確、剎車燒壞、刀具超重（chóng）、組件不能運轉。常用措施：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（jiǎn）測剎車器線圈是否損壞（huài）、接地是否正確；檢查刀具質（zhì）量是否超過允許值；檢（jiǎn）查刀套滑動部位是否（fǒu）順暢。

（2）機械手故障。

①常見（jiàn）故障1：刀具夾不緊（jǐn），時常掉刀。可能原因：卡爪（zhǎo）彈簧的壓力太小、彈簧後麵的螺母鬆動、機械手卡緊（jǐn）鎖不起作用（yòng）、刀（dāo）具超（chāo）重。常用措施：擰緊彈簧後螺母、調整或更換卡（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（zhǎo）彈簧壓合過緊，卡爪（zhǎo）縮（suō）不回。常用措施：調鬆（sōng）螺（luó）母或更換彈簧（huáng），使最大載荷不超過額定值。

③常見故障（zhàng）3：刀具交換時掉刀。可能原（yuán）因：換刀時主軸箱沒回到換刀（dāo）點或換刀（dāo）點漂移；機械手抓刀時沒有到位就開始打刀或（huò）拔（bá）刀、刀臂及（jí）刀具的夾刀點不正確（què），打刀（dāo）缸鬆拉刀位置不準確，打刀缸壓力不夠，鬆刀不正常、刀具太重、刀臂變形。常用（yòng）措施： 應（yīng）重設定換刀點；校正夾刀（dāo）點、調整打刀缸鬆刀行程、調（diào）整壓力值、檢查刀具質量、更（gèng）換刀臂。

④常見故障4：刀臂不回位。可能原因：電路接觸不良、無夾刀或鬆刀信號、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（jiá）刀或鬆刀信號，調整近（jìn）接開（kāi）關（guān）位置（zhì）、調整（zhěng）或更換（huàn）刀臂。

4.維修實（shí）例

（1）案例1。

故障現象：加工中心VMC1000C換刀時出現主軸掉（diào）刀故障。

故障診斷與排除方法：

①檢查機械手手臂上兩個卡爪的彈簧及附件，沒有發現異常，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（jiān）控畫麵，反複按壓主軸刀具（jù）夾緊到位行程開關，發現其“0”、“1”狀態與實際動作不（bú）一（yī）致，說明該行程開關有問題,更換後故障排除（chú）。

（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：打開PLC的IO監控畫麵，發現相應的（de）限位開關沒有（yǒu）壓合；調整其位置後，機床恢複正常（cháng）。但一段時間之後（hòu），再次出現此故障，檢查限位（wèi）開關沒有鬆動，但卻沒有壓合，進一步檢查發現液壓缸拉杆頂端鎖（suǒ）緊螺母的緊固螺（luó）釘鬆動，致使液壓缸伸縮的行程發生了變化；調整鎖緊螺母並擰緊緊固螺釘（dìng）後，此（cǐ）故障排除。

5.結語

機械手換刀裝置是數控機床最重（chóng）要的功能（néng）部件之一，掌握其結構特點（diǎn）、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床的效率與（yǔ）質量，對機床的維護與改造也有重要的參考意義。