​數控機床機（jī）械手換刀裝置（zhì）故障與（yǔ）維修

在數（shù）控機床的（de）維修中，與換刀相關的故障極為多見。本文基於機械手換（huàn）刀裝置（zhì）的結構與（yǔ）動作控製，結合維（wéi）修實例，歸納常見故障現象、原因及處理措（cuò）施，在數（shù）控機床的（de）維修與改造中具有較大（dà）的現實意義，值得（dé）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）效率的重要原因（yīn）之一在於其一次裝夾（jiá）、多工序自動加工，而實現這（zhè）一功能的關鍵在於自動換刀裝置。由於自動換刀裝置（zhì）工作頻度高、控製機構複雜，包括刀庫（kù）、刀具（jù）交換以（yǐ）及驅動等部分，因此出現故障的幾（jǐ）率也大，在數控機床的維修（xiū）中（zhōng）占有相當大的比例。了解其結構特點與控製機理，熟（shú）悉換刀（dāo）的動作流程，總（zǒng）結歸納常見（jiàn）故障現象、原因（yīn）及解決措施，借（jiè）鑒相關維修實例，有助於快速、準確地診斷並排除故障，提高維修（xiū）工作的質量與效率。

1.機械手換刀裝（zhuāng）置的結構（gòu）

數控機床自（zì）動換刀（dāo）功能的實現（xiàn）有多種方式。按（àn）是否由機（jī）械手換刀（dāo）可將其分為兩類：無機械手換刀（如鬥笠式）大多（duō）依靠主軸與刀庫間的軸向相對（duì）運動實現拔刀（dāo）與插刀，換刀時刀庫移至換刀位（wèi）置，主軸（zhóu）先將刀具還回刀庫（kù）換刀（dāo）位的空刀座上，然後刀庫旋（xuán）轉使下一工序所需刀具進入換刀（dāo）位置，主軸再從（cóng）刀庫取走新的刀具，還刀和取刀兩個動作隻能（néng）分步進行，加之（zhī）主軸的軸向運動以及刀庫的（de）移動和轉動，因此換刀時間長，加工效率低，刀庫的（de）容量也（yě）較小；目前數控機床更多采（cǎi）用的是機械手換刀，利用機械手快速、準確地對調刀庫中換刀位與主軸上的刀具，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（huàn）刀機構限製。

1.刀具固定板架（jià）2.刀座3.換刀機械手

4.換刀位置刀座5.取刀機械手（shǒu）縱向導軌

6.取刀機械手橫向導軌

刀庫按刀具的布局可分（fèn）為盤式、鏈式和（hé）格子式三種。盤（pán）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環節（jiē）上，格子式刀庫刀具縱橫排列。盤式刀庫空間利用率低、容量小，一般用於小型加工中心。鏈式與格子式刀庫空間利用率高、容量大，用於中型與大型數（shù）控（kòng）加工中心。刀庫的作用不僅是存放加工（gōng）過程中（zhōng）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（huàn）刀位置。

刀具交換裝置的驅動方式有液壓（yā）、伺服和交流異步電動機驅動三種。液壓驅動需（xū）要足夠的液壓動力，且運動的速度和準確性受（shòu）油質、油壓、油溫及環境等因素影響，一般用於不需要頻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（gāo）、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（jiè）助凸輪（lún）機構，換刀速度快、定位準、穩定性高（gāo）、連貫性好且成本（běn）低，廣泛用於頻繁換刀的中小型加工中心。

2.機械手換刀（dāo）動作（zuò）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（zuò）編碼（mǎ）選刀和隨機選刀四種方式。機械手換刀大多采用隨機換刀（dāo）方式，從主軸取下的刀具就近放（fàng）入刀庫中剛取（qǔ）走刀具的換刀位（wèi）刀座內，取刀與還刀同步（bù）完成。其（qí）原理是在存儲器中建立換刀數據表，表中（zhōng）存儲單元（yuán）的地址與刀座編號及主軸相對應（yīng），因此（cǐ）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號一一對應，如附表所示。換刀時數據（jù）更新是先將主軸所對應的存儲單元中的數據（換（huàn）刀前刀具的編號）寫入刀庫換刀位（wèi）刀座所對應的存儲單元中，再將換刀（dāo）指令中的（de）刀具編號寫（xiě）入主（zhǔ）軸所對（duì）應的存（cún）儲單元，完成主軸與換刀位刀具編號的（de）對換。假設數據表存儲單元首地址為D300，該地址所（suǒ）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D301～D（300+n）的存儲單元中的數據（jù），即刀庫中從1#～n#刀座（zuò）上刀具的編號。

3.機械手換刀裝置的常見故障與排（pái）除方法

在數控機床維修的過程（chéng）中，經常出現與換刀相關的故障，根據其結（jié）構（gòu）特點及換刀動作過程，歸納刀庫及機械手兩大方麵常見故障（zhàng）現象、產生原因與（yǔ）采取措施如（rú）下（xià）。

（1）刀庫故障。

①常見故障（zhàng）1：刀庫不能轉動。可能原因：電動機軸與蝸杆軸的聯軸器鬆動；變頻器故障（zhàng），電（diàn）動機不得電；接近開關（guān）或磁（cí）簧開關故障；PLC無輸出控（kòng）製，或PLC有輸出但接口板中的（de）繼電器失效；氣壓低。常用措施：檢查調整聯軸器；檢（jiǎn）查變頻器的輸（shū）入、輸出電（diàn）壓是否正常；通過PLC的IO監控畫麵（miàn）檢查IO狀態，調整或更換接（jiē）近開關或磁簧開關（guān），檢（jiǎn）查或（huò）更換繼電器；調整氣壓達到規定值。

② 常見故障2：刀盤（pán）定（dìng）位不準。可能原因：電動機剎車器磨損。常用措施：調整電動機剎車器（qì）中調（diào）節螺釘。

③常見故障3：換刀位刀座在倒刀時不正（zhèng）常（cháng）。可能原因：氣壓不符合要（yào）求（qiú）、止動螺絲鬆動、氣缸損壞、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（dào）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、更換刀具。

④常見故障4：刀套上下不（bú）到位。可能原因：安裝調整不當或撥叉位置（zhì）不（bú）正（zhèng）確、限位開關安裝不正確或調整不當，造成反饋信號錯誤。常用措施：檢查、調（diào）整撥叉或限位開關位置（zhì），或更換（huàn）元件。

⑤常見故障5：倒刀時刀具掉落。可能原因：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（lí）不正確。常用措施：調整或更換元器件。

⑥常見故障（zhàng）6：刀套破裂。可能原因：刀套（tào）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（shī）：調整刀盤定位近接開關或倒刀氣缸磁簧開關位（wèi）置、更換刀套。

⑦常見故障7：電動（dòng）機燒壞。可能（néng）原因（yīn）：電源缺相或電壓（yā）不正確（què）、剎車燒壞、刀具超重、組件不能運轉。常用措施：檢查接觸器（qì）接點是否（fǒu）損壞、電源是否缺相及電壓等級是（shì）否匹配（pèi）；檢（jiǎn）測剎車器線圈是否損壞（huài）、接地是否正確；檢查刀具質量是否超過允許值；檢查刀套滑動部位是否順暢。

（2）機械手故障。

①常見故（gù）障1：刀具夾不緊，時常掉刀。可能原因：卡爪彈簧的壓力太（tài）小、彈（dàn）簧後麵的螺母鬆動、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、調整或更換卡緊鎖（suǒ）、更換（huàn）彈簧、更換刀具（jù）。

②常見故障2：刀（dāo）具夾緊後鬆（sōng）不開。可能原因：卡爪彈簧壓合過緊，卡爪（zhǎo）縮不回。常用措施（shī）：調鬆螺母或更換彈簧，使最大載荷不超過額定值。

③常見故障3：刀具交換時掉刀（dāo）。可能原因：換刀時主軸箱沒回到換刀點或換刀點漂移；機械手（shǒu）抓刀時沒有到位就開始打刀或拔刀、刀臂及刀具的（de）夾刀點不正確，打刀（dāo）缸鬆拉刀位置不（bú）準確，打刀缸（gāng）壓力不夠，鬆刀不正常、刀具太重、刀臂變形。常用措（cuò）施： 應重設定換刀點（diǎn）；校正夾刀（dāo）點、調整打刀缸鬆刀行程、調整（zhěng）壓力值、檢查刀具質量、更（gèng）換刀臂。

④常見故（gù）障4：刀臂不回位。可能原因：電路接觸不良（liáng）、無夾刀或鬆刀信號、刀臂彎曲。常用措施（shī）：執行手動換（huàn）刀，檢查是否電路故障；用（yòng）PLC監看夾（jiá）刀或鬆刀信號，調整近接開關（guān）位置、調整或更換刀臂。

4.維修實例

（1）案例1。

故（gù）障現象（xiàng）：加工中心VMC1000C換（huàn）刀（dāo）時出現主軸掉刀故障。

故障診斷與排除方法：

①檢查機械手手臂上（shàng）兩個卡爪的彈簧及附件，沒有發現異常，說明機械手夾（jiá）持刀具沒有問題。

②拆開主軸檢（jiǎn）查碟簧能否對刀具夾持（chí）緊固，發現碟簧完好。

③打開PLC的I O監控（kòng）畫麵，反複（fù）按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，說明該行程（chéng）開關有問題,更換後故障排除。

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

故障診斷與排除方法：打開PLC的（de）IO監控畫麵，發現相應的限位開關沒有壓合；調整其位置後，機床恢複正常。但一段時間（jiān）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，進一步檢查發現液壓缸拉杆頂端鎖緊螺母的緊固螺釘鬆動，致使液（yè）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（jiàn）故（gù）障（zhàng）現象、原因及解決措施，不但有助於（yú）提高維修數控機床的效（xiào）率與質量，對機床的維護與改造也有重要（yào）的參考意義。