數控機床機械手換刀裝置故障與維修

在數控（kòng）機床的維修中，與換刀（dāo）相關的故障極為多見（jiàn）。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（guī）納常見故障現象、原因及處理措施，在數控機床（chuáng）的維修（xiū）與改造中具有較大的（de）現實意義，值得認真探索、交（jiāo）流與推廣。

數控機床（chuáng）特別是數控加工中心高精（jīng）度、高效率的重要原（yuán）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（huàn）刀裝（zhuāng）置工作頻度高、控製機構複雜，包括刀庫、刀具交換以及驅動等部分，因此出現故障的（de）幾（jǐ）率也大，在數控機床（chuáng）的維修中（zhōng）占有相當大的比例。了解其結構特點與（yǔ）控製機（jī）理，熟（shú）悉換（huàn）刀（dāo）的動作流程（chéng），總結歸納常見故障現象、原因及解決（jué）措施，借（jiè）鑒（jiàn）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.機械手換刀裝置（zhì）的結構

數控機床自動換刀功能的實現有多種（zhǒng）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（huàn）刀（dāo）（如鬥笠（lì）式）大多依靠主軸與刀庫間（jiān）的軸向相對運動實現拔刀與（yǔ）插刀，換刀（dāo）時（shí）刀庫（kù）移至（zhì）換刀位置，主軸先將刀具還回刀庫換刀位的空刀座上，然後刀庫旋轉使下一工（gōng）序所需刀具進（jìn）入（rù）換刀位置，主軸再從刀庫取走新的刀具，還刀（dāo）和取刀兩個動作隻能分步進（jìn）行，加之主軸的軸向運（yùn）動以及刀庫的移動和轉動（dòng），因此換刀（dāo）時間長，加工效率低，刀庫的容量也較小；目前數控機床更多采用的是機械（xiè）手換刀（dāo），利用機械手快速、準確地對調刀庫中換刀位與主（zhǔ）軸上的刀具，還刀、取刀同時進行，換刀時間大大（dà）縮短，而且刀庫容量（liàng）不受換刀機構限（xiàn）製。

1.刀具固定板架 2.刀座 3.換刀機械手

4.換刀（dāo）位置刀座（zuò） 5.取刀機械（xiè）手縱向導軌

6.取刀機械手橫向導軌

刀庫按刀具的（de）布局可分為盤式、鏈式和格子式（shì）三種。盤式刀庫刀（dāo）具呈圓（yuán）周狀（zhuàng）分（fèn）布，鏈（liàn）式刀庫刀具（jù）布（bù）置在鏈條的各個環節上，格子式刀（dāo）庫刀具縱（zòng）橫排列。盤式刀庫空間利（lì）用率低、容量小（xiǎo），一般用於小型加工中心。鏈式與格子式刀庫空間（jiān）利用率高、容量大，用於中型與大型（xíng）數控加工中心。刀庫的作用不僅是（shì）存放加工過程中所需（xū）要的刀具，還負（fù）責把下一工序所（suǒ）要使用（yòng）的刀具準確地送到換刀位置（zhì）。

刀具（jù）交換裝（zhuāng）置的驅動（dòng）方式有液壓（yā）、伺服和交流異步電動機驅（qū）動三種。液（yè）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（yóu）溫及環境等因素影響（xiǎng），一般用（yòng）於不需要（yào）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、穩（wěn）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（lún）機構，換刀速度快、定位準、穩定性高、連貫性好且成本低，廣泛用於頻（pín）繁換刀的中小型加工（gōng）中心。

2.機械手換刀（dāo）動（dòng）作（zuò）流程與選刀方式（shì）

刀庫的選刀有順序選刀、刀具編（biān）碼選（xuǎn）刀、刀座編碼選刀和隨機選刀（dāo）四種（zhǒng）方式。機械手換刀大（dà）多采用隨機（jī）換刀方式，從主軸取下的刀具（jù）就近放入刀（dāo）庫中（zhōng）剛取走（zǒu）刀具的換刀（dāo）位（wèi）刀座內，取刀與還刀同步完成。其原理是在存儲器中建立換刀數據表，表（biǎo）中存儲單元的地址與刀座編號及主軸相對應，因此數據表的容量（liàng）為刀庫中刀座數加1，存儲單元（yuán）中（zhōng）的數據與刀具編號一一對應，如附表（biǎo）所示。換刀時數據更新是先將主軸所對應的存儲單元中的數據（換刀前刀具的編號）寫入（rù）刀庫換（huàn）刀位刀座所（suǒ）對應的存儲單元中，再將換刀（dāo）指（zhǐ）令中的刀具編號寫入主軸所（suǒ）對應的存儲單元，完（wán）成主軸與換刀位刀具編號的對換。假設數據表存儲（chǔ）單元首地址為D300，該地址所對應存儲單元中存放（fàng）的數據（jù）即為（wéi）主軸上刀具的（de）編號，地（dì）址為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.機械手換刀裝置的常見故障與排除方法（fǎ）

在數控機床維修的過程中，經常出現與（yǔ）換刀相關的（de）故障，根據其結構特點及換刀動作過程，歸（guī）納刀庫及機械手兩大方麵常見故障現象、產生原因與采取措施（shī）如下。

（1）刀庫故障。

①常（cháng）見故障1：刀庫不能轉動。可能原（yuán）因：電動機軸與蝸杆軸（zhóu）的聯軸器鬆動；變頻器（qì）故障，電動機不得電；接近開（kāi）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（jì）電器失效；氣壓低。常用措施（shī）：檢查調整聯軸（zhóu）器（qì）；檢查變頻器的輸入、輸出電壓是否正常；通過PLC的IO監控畫麵檢查IO狀態，調整或更換接近（jìn）開關或磁簧開關（guān），檢查或更換繼電器；調（diào）整氣壓達到規定值。

② 常見故障2：刀盤定位不準。可能原因：電動機剎車器（qì）磨損。常用措施：調整電動機剎（chà）車器中調節螺釘。

③常（cháng）見故障3：換刀位刀座在倒刀時（shí）不正常。可能原因：氣壓不符合要求、止動螺絲鬆動、氣缸損壞、倒刀電磁閥接觸不良（liáng）或損（sǔn）壞、刀具超重或超長。常用措施：調整氣壓到符合要求、鎖緊止動螺絲、更換氣缸、檢查電磁閥接點或更換元件、更換刀具。

④常見故障4：刀套上下不到位。可能原因：安裝調整不（bú）當或撥叉（chā）位置不正確、限位開關安裝不正確或調整不當，造成（chéng）反饋信號錯誤。常用措施：檢查、調整撥叉或（huò）限位開關位置，或更換元（yuán）件。

⑤常（cháng）見故障5：倒刀時刀（dāo）具掉落。可能（néng）原因：刀套內彈簧夾力不夠或（huò）不能正常複位、刀柄和拉釘的距離不正確。常用措施：調整或更換元器件。

⑥常見故障6：刀套破裂。可能原因：刀套未定位前有倒刀動作（zuò）或未回位前刀盤轉動、裝入刀具時（shí）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（gèng）換刀（dāo）套。

⑦常見故障7：電動機燒壞。可能（néng）原因：電源（yuán）缺相或電壓不正確、剎車燒壞、刀具超重、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（shì）否匹配（pèi）；檢測（cè）剎（chà）車器線圈是否（fǒu）損壞、接地是否正確；檢查刀具質量是否超過（guò）允許（xǔ）值；檢查刀套滑動部位（wèi）是否順暢。

（2）機械（xiè）手故障。

①常見故障1：刀具夾不緊，時常掉（diào）刀。可能原因（yīn）：卡爪彈簧的壓力太小、彈簧後麵的螺母鬆動、機械手卡緊鎖不起作用、刀具超重。常用措施（shī）：擰緊彈簧後螺母（mǔ）、調整或（huò）更換卡緊鎖、更換彈（dàn）簧、更（gèng）換刀具。

②常見故障2：刀（dāo）具夾緊後鬆不開。可能（néng）原因：卡爪彈簧壓合過緊，卡爪縮不回（huí）。常（cháng）用措施：調鬆螺母或更換彈簧，使（shǐ）最大載荷不超過額定值。

③常見故障3：刀具交換時（shí）掉刀。可能原因：換刀時主軸箱沒回到（dào）換刀點或換刀點漂（piāo）移；機械手（shǒu）抓刀時沒有到位就開始打刀或拔（bá）刀、刀臂及刀具的（de）夾刀點不正確，打刀缸鬆拉刀位置不準確（què），打刀（dāo）缸壓力不夠，鬆刀不正常、刀具太重、刀臂變形。常用措施： 應（yīng）重設定換刀點；校正夾刀點、調整打刀缸鬆刀（dāo）行程（chéng）、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（bú）回位。可能原因：電路接觸不良、無夾刀或（huò）鬆刀（dāo）信號、刀（dāo）臂（bì）彎曲。常用措施：執（zhí）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（diào）整近接開關位置、調整或（huò）更換刀臂。

4.維修實例

（1）案例1。

故障現象（xiàng）：加工中（zhōng）心VMC1000C換（huàn）刀時出現主軸掉刀故障。

故障診斷與排（pái）除方法：

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

②拆開主軸檢查碟（dié）簧能否對刀具夾持緊固，發現碟簧完好。

③打開PLC的I O監控畫麵（miàn），反複按壓主軸刀具夾緊到（dào）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（huàn）後故障排（pái）除。

（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（diào）整其位置（zhì）後，機床恢複正常。但（dàn）一段（duàn）時間之後，再次出現此故障，檢查限位開關沒有鬆動，但卻沒有壓合（hé），進一步檢查發（fā）現（xiàn）液壓缸拉杆頂端（duān）鎖緊螺母的緊（jǐn）固螺（luó）釘鬆動，致使液壓缸伸（shēn）縮的行程發生了（le）變化；調整鎖緊螺母並擰（nǐng）緊緊固螺釘後，此故障排除。

5.結語

機械手（shǒu）換（huàn）刀裝置是數控機床最重要的功能（néng）部件之一，掌握其結構特點、控製機理，不斷總結歸納常見故障現象、原因及解決措（cuò）施（shī），不但有助於（yú）提高維修數控（kòng）機床（chuáng）的效率與質量，對機床的維護與（yǔ）改造也有重要的參考意義。