數控（kòng）機床機械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）障極為多見。本文基於機械手換刀裝置的結構與動作（zuò）控製，結合維（wéi）修實（shí）例，歸納常見故障現（xiàn）象、原（yuán）因及處理措施，在數（shù）控機床的維修與改造中具有較大的現（xiàn）實意義，值得認（rèn）真探索、交流與推廣。

數控機床特別是數控加工中心高精度、高效率的重（chóng）要原因之一在於其一次裝夾、多工序自動（dòng）加工，而實現這一功能（néng）的關鍵在（zài）於自動換刀裝置。由於自（zì）動換刀裝置工作（zuò）頻度高、控製機構複雜，包括刀（dāo）庫、刀具交換以及驅動等部分（fèn），因（yīn）此出（chū）現故障的幾率（lǜ）也大，在數控機床的維修中占有相當大的比（bǐ）例。了解其結構特點與（yǔ）控製機理，熟悉換刀的動作流程，總結歸納常見故障現象、原因及解決措施，借鑒相（xiàng）關維修實（shí）例，有助於（yú）快速、準確地診斷並排除故障，提（tí）高維修工作的質量與效率。

1.機械手換刀裝置的結構

數控（kòng）機床自動（dòng）換刀功能的實現有多種（zhǒng）方式。按是否由機械（xiè）手換刀可將其分為兩類：無（wú）機（jī）械手換刀（如鬥笠式）大多依靠主軸與刀庫間的軸向（xiàng）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（de）空刀座上，然後刀庫旋（xuán）轉使下一工序所需刀具進入換刀位置，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以及（jí）刀庫的（de）移動（dòng）和轉動，因此換刀時間長，加工效率低，刀庫的容量也（yě）較小；目前數控機（jī）床更多采用的是機械手換刀，利用機械（xiè）手快速、準確地對調刀庫中換刀位與主軸上的刀具，還刀、取（qǔ）刀同時進行，換刀時間大大縮短，而且刀（dāo）庫容量（liàng）不受換刀（dāo）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（zòng）向導軌

6.取刀機械手橫向（xiàng）導軌（guǐ）

刀庫（kù）按刀具的布局可（kě）分為盤式、鏈式和格子式三種。盤式刀庫刀具呈圓（yuán）周狀分布，鏈式刀庫刀具布置（zhì）在鏈（liàn）條（tiáo）的（de）各個環節上，格子式刀庫刀（dāo）具縱橫排列。盤式刀庫空間利用率低、容量小（xiǎo），一般用於小型加工（gōng）中心。鏈式（shì）與格（gé）子（zǐ）式刀庫空間利用率高、容（róng）量大，用（yòng）於中型與大（dà）型數控加（jiā）工中（zhōng）心。刀庫的作用不僅（jǐn）是存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（de）刀具準確（què）地送到換刀（dāo）位置。

刀具交換（huàn）裝置的驅（qū）動方式有液壓、伺服和（hé）交流異步電動機驅動三種。液（yè）壓驅動需要足夠的液壓動（dòng）力，且運動（dòng）的速度和準確性受油質、油壓、油溫及環境等因素（sù）影響，一（yī）般用於不需要頻繁換刀的大中型機床（chuáng）。伺服電動機驅（qū）動（dòng）的換刀裝置換刀速度快、精度高、穩（wěn）定性強（qiáng），但成本較高。交流異步電動機驅動的換刀裝置，借助凸輪機（jī）構，換刀速度快（kuài）、定位準、穩（wěn）定性高、連貫性好且（qiě）成本低，廣泛用於頻（pín）繁換刀的中小型加工（gōng）中心。

2.機械手換刀動作流程與（yǔ）選刀方式

刀庫的選刀有順（shùn）序選刀、刀具編碼選刀、刀座編（biān）碼選刀和隨機選刀四種方式。機械手換刀大多采用（yòng）隨機換刀方式，從主軸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（wán）成。其原理是在存儲器中建立（lì）換刀數據表，表中存儲（chǔ）單元的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（shù）加1，存儲單元中的數據與刀具編（biān）號一一對（duì）應，如附表所示。換刀時數據更新（xīn）是先將主軸所對應的（de）存儲單元中（zhōng）的數據（換刀前刀具的編號）寫入刀庫（kù）換刀位刀座所對應的存儲單元中，再將換刀（dāo）指令中的刀具編號（hào）寫入（rù）主軸所對（duì）應（yīng）的存儲單（dān）元，完成主軸（zhóu）與換刀位刀具編號的對換。假（jiǎ）設數據表存儲單（dān）元首地址為D300，該地址所對應存儲單元中存放的數據即為主軸上刀具的編號，地址為（wéi）D301～D（300+n）的存（cún）儲單元（yuán）中的數據，即刀庫中從1#～n#刀（dāo）座（zuò）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（xiū）的過程中，經常出現與換刀相關的故障，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（fāng）麵常見故障現象、產生原因與采取措施如下。

（1）刀庫故障。

①常見故障（zhàng）1：刀庫不能轉動（dòng）。可能原因（yīn）：電動機軸與蝸（wō）杆（gǎn）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無輸出控製，或PLC有輸出但接口板中的繼電器失效；氣壓低。常用措施：檢查調整聯（lián）軸器（qì）；檢查變頻器的輸入、輸出電壓是否（fǒu）正常（cháng）；通過PLC的IO監控畫麵檢查IO狀態（tài），調整或（huò）更換接近開關或磁（cí）簧開關，檢查或更換繼電器；調整氣壓達到規定值。

② 常見故障2：刀盤定位不（bú）準（zhǔn）。可能原因：電動機剎車器磨（mó）損。常（cháng）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（dāo）時不正常。可能原因：氣壓不符合要求、止動螺絲鬆動、氣缸損（sǔn）壞、倒刀電磁閥接（jiē）觸不良或損壞、刀具超重或超長。常用措（cuò）施：調整氣壓到符合要求、鎖緊止動螺絲（sī）、更換氣缸（gāng）、檢（jiǎn）查電磁閥接點或更（gèng）換元（yuán）件、更換刀具。

④常見故障4：刀套（tào）上下不到位（wèi）。可能原因（yīn）：安裝調整不當或撥叉位置不（bú）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（yòng）措施：檢查、調整撥叉或（huò）限位開關位置，或（huò）更換元件。

⑤常見故（gù）障5：倒刀時刀具掉（diào）落。可能（néng）原因：刀套內彈簧夾力不夠或不能正常複位、刀柄和拉釘的（de）距離不正（zhèng）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：刀（dāo）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（zhuàng）壞（huài）。常用（yòng）措施：調整刀盤（pán）定位近接開關或倒（dǎo）刀氣缸磁（cí）簧開關（guān）位置、更換刀套。

⑦常見故障7：電動機燒壞。可能原因：電源缺（quē）相或電壓不正（zhèng）確（què）、剎車（chē）燒壞（huài）、刀（dāo）具超重、組件不能運轉。常用措施：檢（jiǎn）查接觸器接點（diǎn）是否損（sǔn）壞、電源是否缺相及電（diàn）壓等級是否匹配；檢測剎車器線圈是否損壞（huài）、接地是否正確；檢查刀具質量是（shì）否超過允許值；檢（jiǎn）查刀套滑（huá）動部（bù）位是否（fǒu）順暢。

（2）機（jī）械手故（gù）障。

①常見故障1：刀具夾不緊，時常掉刀。可能原（yuán）因：卡爪彈簧的（de）壓力太小、彈簧後麵（miàn）的螺母（mǔ）鬆動、機（jī）械手卡緊鎖不起作用、刀具超重。常用措施：擰緊彈（dàn）簧後螺母（mǔ）、調整或（huò）更換卡緊鎖、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（zhǎo）縮不（bú）回。常用措施：調鬆螺母（mǔ）或更換彈簧，使最大載荷不超（chāo）過（guò）額定值。

③常見（jiàn）故障3：刀具（jù）交換時掉刀。可能原因：換刀時主軸箱沒回到換刀點或換刀點漂（piāo）移；機械手（shǒu）抓刀時沒（méi）有到位就開（kāi）始打刀或拔刀、刀臂及刀具的夾刀點不正（zhèng）確，打刀缸鬆拉刀位置不準確（què），打刀缸壓（yā）力不夠，鬆（sōng）刀不正常、刀具太重、刀臂變形。常用措施（shī）： 應重設定換刀點（diǎn）；校正夾刀點（diǎn）、調整打刀缸鬆（sōng）刀行程、調整壓力值、檢（jiǎn）查刀具質量、更換刀臂。

④常見故障（zhàng）4：刀（dāo）臂不回位（wèi）。可能原因：電路接（jiē）觸不良、無夾刀或鬆刀信號、刀臂彎曲。常用措（cuò）施：執行手動換刀（dāo），檢查是否電路故障（zhàng）；用（yòng）PLC監（jiān）看夾刀或鬆刀信號，調整近接開關位置、調整或更（gèng）換刀（dāo）臂。

4.維修實例

（1）案例1。

故障現象：加工中（zhōng）心VMC1000C換刀時出現主軸掉刀故障。

故障診斷與排除方法：

①檢查機械手手（shǒu）臂上兩個（gè）卡（kǎ）爪的彈簧及附件，沒有發現異常，說明機械手夾持刀具沒有（yǒu）問題。

②拆開主（zhǔ）軸檢查（chá）碟簧能否對刀具夾持緊固，發現碟（dié）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（guān），發現其“0”、“1”狀態與（yǔ）實際動作不一致（zhì），說明該（gāi）行程開關有問題, 更換後故障排除。

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

故障診斷與排除方法： 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，機（jī）床恢（huī）複正常。但一段時間之後，再次出現此故障，檢查限位（wèi）開關沒有（yǒu）鬆動，但卻沒有壓合，進一步檢（jiǎn）查發現液壓缸拉杆頂端鎖緊螺母的緊固螺釘鬆動，致使液壓缸伸縮的行程發生了變化；調整鎖緊螺母並擰緊緊固螺釘後，此故障排（pái）除。

5.結語

機械手換刀裝置是（shì）數控機（jī）床最重（chóng）要的（de）功能部件之一，掌握（wò）其結構（gòu）特點、控製機（jī）理，不斷總（zǒng）結歸納常（cháng）見故障現象、原因及解決措施，不但有助（zhù）於提高維修數控機床的效率與質量，對機（jī）床的維護與改造也有重（chóng）要的參考意義。