數控機床（chuáng）機械手換刀裝（zhuāng）置故障與（yǔ）維修

在數控機床的維修中，與（yǔ）換刀相關的故（gù）障極為多見。本文基於機械手換（huàn）刀（dāo）裝置的結構與動作控製，結合維修實例，歸納常見故障（zhàng）現象、原因及處理措施，在數控機床的維修與改造中具有較大（dà）的（de）現實意義，值得認真探索（suǒ）、交流與推廣（guǎng）。

數控機床（chuáng）特別是數控加工中心高精度、高效率的重要原因之一在於（yú）其一次裝夾、多工（gōng）序自動加工，而實現這一功能的關鍵（jiàn）在於自動換刀（dāo）裝置。由（yóu）於自動換刀裝置工作頻度高、控製機構複雜，包括刀庫、刀具交換以及驅動等（děng）部分，因此出現故障的幾率也大，在數控機床的維修中占有相當大的比例。了解其結構特（tè）點與控製機理（lǐ），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，借鑒相關維修實（shí）例，有助於快速、準確地診斷並排除故障，提高維修工作的質（zhì）量與（yǔ）效率（lǜ）。

1.機械手換（huàn）刀裝置的結（jié）構

數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（dāo）可將其分為兩類：無機械手換刀（如鬥笠式）大（dà）多依（yī）靠主軸與（yǔ）刀庫間的軸向相對運（yùn）動實現拔刀與插刀，換刀時刀庫移至換刀位置，主（zhǔ）軸先將刀具還回（huí）刀庫換刀位的空刀座上，然後刀庫旋轉使下一工（gōng）序所需刀具進入換（huàn）刀位置，主軸再從（cóng）刀庫取走（zǒu）新的刀具，還刀和取刀兩（liǎng）個動作隻能分步進行，加之主（zhǔ）軸的（de）軸向運動以及刀庫（kù）的移動和（hé）轉（zhuǎn）動，因此換刀時間長（zhǎng），加工效率低，刀庫的容量也較小；目前數（shù）控（kòng）機床更多采用（yòng）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（zhǔ）軸上的刀具，還刀、取刀同時進行，換（huàn）刀時間大大縮短，而且刀庫容量不受換刀機構限製。

1.刀具固定板架 2.刀座 3.換刀機械手

4.換刀位置刀座 5.取刀機械手縱向導軌

6.取（qǔ）刀機械手橫向導（dǎo）軌

刀（dāo）庫按刀具的布局可分（fèn）為盤式、鏈式和格子式三（sān）種。盤式刀庫刀具呈圓周狀分（fèn）布，鏈式刀庫刀具布置在鏈條的各個環節上，格子式刀庫刀具（jù）縱橫排列。盤式刀庫空（kōng）間利用率低、容量小，一般用於小（xiǎo）型加工中心。鏈式與格子式刀庫空（kōng）間利用率高、容量大，用於中型與大型數控加工（gōng）中心。刀庫的作用不僅是存放加工過程中所需要的刀具，還負責把下一工序所（suǒ）要（yào）使用的刀具準確地（dì）送到換刀位置。

刀具交換裝置的驅動方式有液壓、伺服和交（jiāo）流異步電動（dòng）機驅動（dòng）三種。液壓驅動（dòng）需（xū）要足夠的液壓動（dòng）力（lì），且運（yùn）動的速度和（hé）準確性受油質、油壓、油溫及環境等因素（sù）影響（xiǎng），一般（bān）用於（yú）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（huàn）刀速（sù）度快（kuài）、精度高、穩定性強，但（dàn）成本較高。交流異步電動機驅動的換刀裝置，借助凸輪機構，換刀速度快、定位準、穩定性（xìng）高、連貫性好且成本低，廣泛用於頻繁換刀的中小型加工中心。

2.機（jī）械手換刀動作流程與選刀方（fāng）式

刀庫的選刀有順序選刀、刀（dāo）具（jù）編碼選刀（dāo）、刀座編碼選刀和隨機選刀四種方（fāng）式。機械手換刀大多采用隨機換刀方式（shì），從主軸取下的刀具就近放入刀（dāo）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（shì）在存儲器中建立換刀數據（jù）表，表中存儲單元的地址與刀座（zuò）編號及主軸（zhóu）相對應，因此數據表的容量為刀（dāo）庫中刀座（zuò）數加1，存儲單元中的數據與刀具編號一一對應，如附表所（suǒ）示。換刀（dāo）時（shí）數據（jù）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（de）編號（hào））寫入（rù）刀（dāo）庫換刀位刀座所對應的存儲單元中（zhōng），再（zài）將換刀指令中的刀具編（biān）號寫入主軸所對應的（de）存儲單元，完成主軸與換刀位刀具編號的對換。假設數據表存儲單元首（shǒu）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（zhǐ）為D301～D（300+n）的存儲單元（yuán）中的數據，即刀庫中從1#～n#刀座上刀具的編（biān）號（hào）。

3.機械手換刀裝置的常見故障與（yǔ）排除方法

在數（shù）控機（jī）床（chuáng）維修的過程中，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麵常見故（gù）障現象、產生原因與采取措施（shī）如下。

（1）刀庫故障。

①常（cháng）見（jiàn）故障1：刀（dāo）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，電動機不得電；接（jiē）近開關或磁簧開關故障；PLC無輸（shū）出控製，或PLC有輸出但接口板中的繼電器失效（xiào）；氣壓低。常用措施：檢（jiǎn）查調整（zhěng）聯（lián）軸器；檢（jiǎn）查變頻器的（de）輸入（rù）、輸出電壓是否正常；通過PLC的IO監控畫麵檢查IO狀態，調整或更換接近開關或磁簧開關（guān），檢（jiǎn）查或更換繼電器；調整氣（qì）壓達到（dào）規定值。

② 常（cháng）見故障2：刀盤定位不準。可能原因：電動機剎車（chē）器磨損。常用措施：調整電動（dòng）機剎車器（qì）中調節螺釘。

③常見故障3：換刀位刀座在倒刀時不正常。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（bú）良或（huò）損壞、刀具超重或超長。常（cháng）用措（cuò）施：調整氣壓到符合（hé）要求、鎖緊（jǐn）止動（dòng）螺（luó）絲、更換氣缸、檢查電磁閥接點或更換元件、更換（huàn）刀具。

④常（cháng）見故障4：刀套上下不到位。可能原因：安裝調整不當或撥叉位置（zhì）不正確、限位開關安裝不正確或調整不當，造（zào）成反饋信號錯誤。常用措施：檢查、調整撥（bō）叉或限位開關位置，或更換元件。

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（wèi）、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（dāo）套破裂。可能原因：刀套未定位前有倒刀動（dòng）作或未回位前刀盤轉動、裝入刀具（jù）時（shí）撞壞。常（cháng）用措施：調整（zhěng）刀盤定位近接開關或（huò）倒刀氣（qì）缸磁簧開關位置、更（gèng）換刀套。

⑦常見故障7：電動（dòng）機燒壞（huài）。可能原因：電源缺相或電（diàn）壓不正確、剎車（chē）燒壞、刀具超重、組件不能（néng）運轉。常用措施：檢查接觸器接點是否損壞、電源是（shì）否缺相及電壓等級是否（fǒu）匹配（pèi）；檢（jiǎn）測（cè）剎（chà）車器線圈是否損壞、接地是（shì）否正確；檢查刀具質量是否超（chāo）過允（yǔn）許值；檢查刀套滑動部位（wèi）是否順暢。

（2）機械手故障。

①常見故障1：刀具夾不（bú）緊，時常掉刀。可能原（yuán）因：卡爪彈簧的壓力太小、彈簧後麵的螺母鬆動、機（jī）械手卡緊鎖不起作用、刀具超重。常用（yòng）措施（shī）：擰緊彈簧後螺（luó）母、調整或（huò）更換卡緊鎖、更換彈簧、更換（huàn）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（yā）合過緊，卡爪縮不回。常（cháng）用措施：調鬆螺母或更換彈簧，使最（zuì）大（dà）載荷不超過額定值。

③常見故障3：刀具交換時掉刀（dāo）。可能（néng）原因：換刀時主（zhǔ）軸（zhóu）箱沒回到換刀點或換刀點漂移；機械手抓刀時沒有（yǒu）到位就開始打刀或拔刀、刀臂及刀具的夾刀點不正確，打（dǎ）刀缸鬆拉刀位置不準確，打刀（dāo）缸（gāng）壓力不夠，鬆刀（dāo）不正常（cháng）、刀具太重、刀臂變形（xíng）。常用（yòng）措施： 應重設定換刀點；校正夾（jiá）刀點、調整打（dǎ）刀（dāo）缸鬆刀行程、調整壓（yā）力值、檢查刀具質量、更換刀臂。

④常見故障4：刀（dāo）臂不回位。可（kě）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（háng）手動換刀，檢查是否電（diàn）路故障；用PLC監看夾刀或鬆刀信號，調整近接開關位置、調（diào）整或更換刀臂。

4.維修實例

（1）案例1。

故（gù）障現（xiàn）象：加工中心VMC1000C換刀時出現主軸掉刀故障。

故障（zhàng）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，沒有（yǒu）發現異常，說明機械手（shǒu）夾持刀具沒有問題（tí）。

②拆開主軸檢（jiǎn）查碟簧能否（fǒu）對刀具夾持緊固，發現碟簧完好。

③打（dǎ）開PLC的I O監控畫麵，反（fǎn）複按壓主軸刀具夾緊到位行程開關，發現其“0”、“1”狀態與（yǔ）實際動作不一致，說明（míng）該行（háng）程開關有（yǒu）問題, 更（gèng）換後故障排除。

（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（fāng）法： 打開PLC的IO監控畫麵，發（fā）現相應的限位開關沒有壓合；調整其位置後，機（jī）床恢複正常。但一段時（shí）間之後，再次出現此故障，檢查限位開關沒有鬆（sōng）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（zhì）使液（yè）壓缸（gāng）伸縮的行程發生了變化；調整鎖緊（jǐn）螺母（mǔ）並擰緊緊固螺釘後，此故障排除。

5.結語

機械（xiè）手換刀裝置是數控（kòng）機床最重要的功能部件之一，掌握其結構特點、控製機理，不斷總結歸納常見故障現象、原因及解決（jué）措（cuò）施，不但（dàn）有助於提高（gāo）維修數控機床的效率與質量（liàng），對機床（chuáng）的（de）維護（hù）與改造也（yě）有重要的參（cān）考意義。