​數控機床機械手換刀裝置故障與維修

在數控機床的維修中，與換刀相關的故障（zhàng）極為多見。本文基（jī）於（yú）機械手換刀裝置的結構（gòu）與動作控製，結合維修實例（lì），歸納常見故障現象、原因及處（chù）理（lǐ）措施，在數（shù）控機床的維修與改造中具有較大的現實意義，值得認（rèn）真探索、交流與推廣。

數控機床特別是（shì）數（shù）控加工中心高精度、高效率的重要原因之一在於其一次裝夾、多（duō）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（dāo）裝置工作頻度高、控製（zhì）機構複雜，包括刀庫、刀具交（jiāo）換以及驅動等部分，因此出現故障的幾率也（yě）大，在數控機（jī）床的維修中占有相當大的比例。了解其結構特點與控製機理，熟（shú）悉（xī）換刀的（de）動作流程，總結歸納常見故障現（xiàn）象、原因及解決措施，借鑒相關維修實例（lì），有助於（yú）快速、準確地（dì）診斷並排除故障，提高維修工作的質量與效率。

1.機械手換刀裝置（zhì）的結構

數（shù）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（wéi）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（dòng）實現拔刀與插刀，換刀（dāo）時刀庫移至換（huàn）刀位（wèi）置，主軸先（xiān）將刀具還回刀庫換（huàn）刀位的空刀（dāo）座上（shàng），然（rán）後刀庫旋轉使下一工（gōng）序所需刀具進入換刀位置，主軸再從刀（dāo）庫取走新的刀具，還刀和取刀兩個動作隻能分步進行，加之（zhī）主軸（zhóu）的軸向運動（dòng）以及刀庫的移動和（hé）轉動，因此（cǐ）換（huàn）刀時間長，加（jiā）工效率低，刀（dāo）庫的（de）容量也（yě）較小（xiǎo）；目前數（shù）控機床更多采用的是機械手換刀（dāo），利用機（jī）械手快速、準確地（dì）對調刀庫中換刀位與主軸上的刀（dāo）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刀機（jī）構限製。

1.刀具固定板架2.刀座3.換刀機械手

4.換刀位置刀座5.取刀（dāo）機械手縱向導軌

6.取刀機械手（shǒu）橫（héng）向導軌

刀庫按刀具的布局可分為盤式、鏈式和格子式三種。盤式（shì）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，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，用於中型與大型數控加工中（zhōng）心。刀庫的作用不（bú）僅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刀具準確（què）地送到換刀位（wèi）置。

刀具交換裝置的驅動方式（shì）有液壓、伺服和（hé）交流異步電動機驅動（dòng）三種。液壓驅動需要足夠的液壓動力，且（qiě）運動的速度和準確性受油質、油壓、油溫及環境等因素影響，一般用於不需要（yào）頻繁換刀的大中型機床。伺服電動機（jī）驅動的換刀裝置換（huàn）刀速（sù）度快、精度高、穩定性強，但（dàn）成本較高。交流異步電動機驅（qū）動的換刀裝置，借助凸輪機構，換刀速度快、定位（wèi）準、穩定性高、連貫性好且成本低，廣泛用於頻繁換刀的中小（xiǎo）型加工中心（xīn）。

2.機械手換（huàn）刀動作流程與選刀方式

刀（dāo）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。機械手換刀大多（duō）采用隨機換刀方式，從主軸取下的（de）刀具就近放入刀庫中剛取走刀具的換刀位刀座內，取刀與（yǔ）還刀同步完（wán）成。其原理是在存儲（chǔ）器中建立換刀數據表，表中存儲單元的地址（zhǐ）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（yuán）中的數據與刀具編號一一對應，如附表所示。換刀時數據更新是先將主軸所對（duì）應的存儲單元中的（de）數據（換（huàn）刀前刀具的編號）寫入刀庫換刀位刀座所對應（yīng）的存儲單元中，再將換刀指令中的刀具編號寫入主軸所對應的存儲單元，完（wán）成主軸與換刀（dāo）位刀具編號的對換（huàn）。假設數據表存儲單（dān）元首地址（zhǐ）為D300，該地址（zhǐ）所對應存儲單元中存放的數據即（jí）為（wéi）主軸上刀具的編號，地址為D301～D（300+n）的存儲單元中的數據，即刀庫中從（cóng）1#～n#刀座上（shàng）刀具的編號。

3.機械手換刀（dāo）裝置的（de）常見故障與排除方法

在數控機床維修的過程中，經常出（chū）現與換（huàn）刀相關的故障，根據其結構特點及換刀動作（zuò）過程（chéng），歸（guī）納刀庫（kù）及機（jī）械手兩大方（fāng）麵常見故障現（xiàn）象、產生（shēng）原因與采取措施如（rú）下。

（1）刀（dāo）庫故障。

①常見故障1：刀庫不能轉動（dòng）。可能原因（yīn）：電（diàn）動機（jī）軸與蝸杆軸的聯軸器鬆動；變頻器故障，電動機不得電；接近開關或（huò）磁簧開關故障（zhàng）；PLC無輸出控（kòng）製，或PLC有輸出但接口板中的繼電器失效；氣壓低。常用措施：檢查調整聯軸器；檢查變頻器（qì）的輸入、輸出電壓是否正常；通過PLC的IO監（jiān）控畫（huà）麵（miàn）檢查IO狀態，調（diào）整或更換接近開關或（huò）磁簧（huáng）開關（guān），檢查或更換繼（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（yuán）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常見故障3：換刀位刀座在（zài）倒刀時不正常。可能原因：氣壓不符合（hé）要求、止動螺絲鬆動、氣缸損壞、倒刀電磁閥接觸不（bú）良或（huò）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、檢查電磁閥接點（diǎn）或更換元（yuán）件、更換（huàn）刀具。

④常見故（gù）障4：刀套上下不到位。可能（néng）原因：安裝調整不當或撥（bō）叉位置不正確、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（zhěng）撥（bō）叉或限位開關（guān）位置，或更換元件。

⑤常見故障5：倒刀時刀具掉（diào）落。可能原（yuán）因：刀套內彈簧夾力不夠（gòu）或不能正常複位、刀柄和拉釘（dìng）的（de）距離不正確。常用措施：調整或更換元器件。

⑥常見故（gù）障（zhàng）6：刀（dāo）套破裂。可能原因：刀套未定位前有倒刀動作或未（wèi）回位前刀盤轉動、裝入刀具時撞壞。常用措（cuò）施：調整刀（dāo）盤定（dìng）位近接開關或倒刀氣缸磁簧（huáng）開（kāi）關位置、更換（huàn）刀套。

⑦常見故障7：電動機燒壞。可能原因：電源缺（quē）相（xiàng）或電壓不正確、剎車燒壞、刀具超（chāo）重、組（zǔ）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（diàn）壓等級是否匹配；檢測剎車（chē）器（qì）線圈是否損壞、接（jiē）地是否正確；檢查刀具質量是否超過允許值；檢（jiǎn）查刀套滑動部位是否順暢。

（2）機械手（shǒu）故障。

①常見故障1：刀具夾不緊，時常掉刀（dāo）。可能原因：卡爪彈簧（huáng）的壓力太小（xiǎo）、彈簧後麵的螺母鬆動、機械（xiè）手卡緊（jǐn）鎖不起作用（yòng）、刀具超重。常（cháng）用（yòng）措施：擰緊彈簧後螺母、調整或更換卡緊鎖、更（gèng）換（huàn）彈簧、更換（huàn）刀具。

②常見故障2：刀具夾（jiá）緊後鬆（sōng）不開。可能原因：卡爪彈簧壓（yā）合過緊（jǐn），卡爪縮不回。常用措施：調（diào）鬆螺母或更（gèng）換彈簧，使最大載荷不超過（guò）額定值。

③常見故障3：刀（dāo）具交換時（shí）掉刀。可能原因：換刀時主軸箱沒回到換刀點（diǎn）或換刀點漂移；機械手抓刀時沒有到位就開始打刀或拔刀、刀（dāo）臂及（jí）刀具的夾刀點不正確，打刀缸鬆拉刀位（wèi）置不準確，打刀缸壓力不夠，鬆刀不（bú）正常、刀（dāo）具太（tài）重、刀臂變形（xíng）。常用（yòng）措施： 應重設定換刀點；校（xiào）正夾刀點、調整打（dǎ）刀缸鬆刀行（háng）程、調整（zhěng）壓（yā）力值、檢查刀具質量（liàng）、更換刀臂（bì）。

④常見故障4：刀臂不回位。可能（néng）原因：電路接觸不良、無夾刀或鬆刀信（xìn）號、刀臂彎曲。常用措（cuò）施：執行手動換（huàn）刀，檢查是否電路故障；用PLC監看夾刀或（huò）鬆刀信號，調整近接開關位置、調整或更（gèng）換刀臂。

4.維（wéi）修實例

（1）案例1。

故障現象：加工中心VMC1000C換刀時（shí）出現主（zhǔ）軸掉刀故障。

故障診斷與（yǔ）排（pái）除方（fāng）法（fǎ）：

①檢查（chá）機械手手臂上兩（liǎng）個卡爪的彈簧及附件，沒有發現（xiàn）異常，說明機械手夾持刀具沒有問題。

②拆（chāi）開主軸檢查碟簧能否對刀具夾持緊（jǐn）固（gù），發現碟簧完好。

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，發（fā）現其（qí）“0”、“1”狀（zhuàng）態與實際動作不一致，說明該行程開關有問題,更（gèng）換後故障（zhàng）排（pái）除（chú）。

（2）案例2。故障現（xiàn）象（xiàng）：加工中心BX-110P機械手（shǒu）取送刀具時不能縮爪。

故障（zhàng）診斷與排除方法：打開（kāi）PLC的IO監控畫麵，發現相應的（de）限位開關沒有壓（yā）合；調整其位置後，機床恢複正常。但（dàn）一段時間之後，再次出現此故障，檢查限位開關沒有鬆動，但卻沒有壓合，進一步檢（jiǎn）查發現液（yè）壓（yā）缸拉杆頂（dǐng）端鎖緊螺（luó）母（mǔ）的緊固螺釘鬆動，致使液壓缸伸（shēn）縮（suō）的行程發生了變化；調整鎖緊螺母並擰緊緊（jǐn）固螺釘後，此故障排除。

5.結語

機械手換（huàn）刀裝置是數控機床最重要的功能部件之一，掌握（wò）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（jué）措（cuò）施，不但有助於提（tí）高維修數控機床的效率與質量，對機床的維護（hù）與改造也有重（chóng）要的參考意義。