​數控機床機械手換刀裝置（zhì）故障與維（wéi）修（xiū）

在數控機床的（de）維修中，與換刀相關的故障極為多見。本文基於機械手換刀裝置（zhì）的結構與動作控製，結合維修實例，歸納常見故障現象（xiàng）、原因及（jí）處理措施，在數控（kòng）機床的（de）維（wéi）修與改（gǎi）造中具有較大的現實意義，值得認真探索、交（jiāo）流與推廣。

數控（kòng）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（zhuāng）夾、多工序自動加工，而實現這一功能的關鍵在（zài）於自動換刀（dāo）裝置。由於（yú）自動換刀（dāo）裝置工作頻度（dù）高、控製機構複雜，包括刀庫、刀具（jù）交換以及驅動（dòng）等部分，因此出現故（gù）障的幾率也大，在數（shù）控機床的維修中占（zhàn）有相當（dāng）大的比例。了解其結構特點與控（kòng）製機理，熟悉換刀的動作流程，總（zǒng）結歸納常見故障現象、原因及解決措施，借鑒相關維修實例，有助於快速、準確地診斷並排除故障，提高維修工作的質量與效率。

1.機械手換刀（dāo）裝置的結構

數控機床自動換（huàn）刀功能的實現有多種方式。按是否由機械手換刀可將（jiāng）其分（fèn）為兩類：無機械手換刀（如鬥笠式）大多（duō）依靠主（zhǔ）軸與刀庫（kù）間的軸向相對運動實現拔刀與插（chā）刀（dāo），換刀時刀庫移至換刀位置，主軸先將刀（dāo）具還（hái）回刀庫換刀位的空刀座上，然後（hòu）刀庫旋轉使下一工序所需（xū）刀具進入換刀位置，主軸再從刀庫取走新的刀具，還刀和（hé）取刀（dāo）兩個動作隻能分步進行，加之主軸的軸向運動（dòng）以及刀庫的移動和轉（zhuǎn）動，因此換刀時間（jiān）長，加工效率低（dī），刀庫的容量也較小；目前數（shù）控機床更多采（cǎi）用的是機械手換刀（dāo），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（kù）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（dāo）位置刀座5.取刀機械手縱向（xiàng）導軌

6.取刀機械手橫向導軌

刀庫按刀具的布局可分為盤式、鏈式和（hé）格子式（shì）三種。盤式刀庫刀具呈圓周（zhōu）狀分布，鏈式刀庫刀具布置在（zài）鏈條的各個環節上，格子式刀庫刀具（jù）縱橫排列。盤式刀庫空間利（lì）用率低、容量小，一般（bān）用於小型（xíng）加工中心（xīn）。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（kòng）加工中心。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要使用的（de）刀具準確地送到換刀位（wèi）置。

刀具交換裝置的驅（qū）動方式有液壓、伺（sì）服和交流異步電動機驅動三種（zhǒng）。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（huán）境等因素影響，一（yī）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、穩定性強，但成本（běn）較高。交（jiāo）流異步電動機驅動的（de）換刀裝置，借（jiè）助凸輪機（jī）構，換刀速度快、定位準、穩定（dìng）性高、連貫性好且（qiě）成（chéng）本低，廣泛用於頻繁換刀的中小型（xíng）加工中心。

2.機械手（shǒu）換刀動作流程與選刀方式

刀庫的選刀有順序選刀、刀具編碼選刀、刀座編碼選刀和隨機選刀四種方式。機械手換刀大多采（cǎi）用（yòng）隨機換刀方式，從主軸取下的刀具就近放入刀庫中（zhōng）剛取（qǔ）走刀具（jù）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表，表中存儲單元（yuán）的地址與（yǔ）刀座編號及主軸（zhóu）相（xiàng）對應，因此數據表的容量為刀庫中刀座數（shù）加1，存（cún）儲單元中的數據與刀具編號一一對（duì）應，如附表所示。換刀時數據更新是先（xiān）將主（zhǔ）軸（zhóu）所對應的存儲單元中的數據（換刀前刀具的編號）寫入刀庫換刀位刀座所對應的存儲單（dān）元中，再將換刀指令中的刀具編號寫入主軸所對（duì）應的存儲單元（yuán），完成主軸與換刀位刀具編號的對換（huàn）。假（jiǎ）設數據表存儲單元首地址為D300，該地址所對應存儲單元中存放的數據即（jí）為主軸上刀（dāo）具的編號，地（dì）址為D301～D（300+n）的存（cún）儲單元中的數據，即刀庫（kù）中從1#～n#刀座（zuò）上刀具的編（biān）號。

3.機械手換刀裝置的常見故障與排除方（fāng）法

在數控機床維修的過程中（zhōng），經常出現與換刀相關的故障，根（gēn）據其結構特點（diǎn）及換刀動作過程，歸納刀庫及機械（xiè）手兩大（dà）方麵常見故障現象、產生原因與采取措（cuò）施如下。

（1）刀庫故障。

①常見故障1：刀（dāo）庫（kù）不能轉動（dòng）。可能原因：電動機（jī）軸與蝸杆軸的聯軸器鬆動；變頻器（qì）故障，電動機不得電；接近（jìn）開關或磁簧開關故障；PLC無（wú）輸出控製，或PLC有輸出但接口板中的繼（jì）電器失效；氣壓低。常用措施：檢查調（diào）整聯軸器；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（huàn）接近（jìn）開關或磁簧開關，檢查或（huò）更（gèng）換繼電器；調整氣壓達到規（guī）定值。

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

③常見故障3：換刀位刀（dāo）座在倒刀時不正常。可能原因：氣壓不符合要求、止動（dòng）螺絲（sī）鬆動、氣缸損壞、倒刀電磁（cí）閥接觸不良或損壞、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（huàn）元件（jiàn）、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（zhěng）不當或撥叉（chā）位置（zhì）不（bú）正確、限位開關安裝（zhuāng）不正確或調整不當，造成反饋信號錯誤。常用措施：檢查、調整（zhěng）撥叉或限位開關位置，或更換元件。

⑤常見故障5：倒刀時刀具（jù）掉（diào）落。可能原因：刀（dāo）套（tào）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（gù）障6：刀套破裂。可能原因：刀套（tào）未定位（wèi）前有倒刀動作或未回位前刀盤轉動、裝入刀具（jù）時撞壞。常用措施：調整刀盤定位近接開關（guān）或倒刀氣缸磁簧（huáng）開關位置、更換刀套。

⑦常見故障7：電動機燒壞。可能（néng）原因：電源缺相或電壓不（bú）正確、剎車燒壞、刀具超重、組件不能運轉。常（cháng）用措施：檢查接觸器接點是（shì）否損壞、電源是否缺相及電（diàn）壓（yā）等級是否（fǒu）匹配；檢測剎（chà）車器線圈是否損壞、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（shì）否順暢。

（2）機械手故障。

①常（cháng）見故障1：刀具夾不緊，時常掉刀。可能原因：卡爪彈簧的壓力太小、彈簧後麵（miàn）的螺母鬆動、機械手卡緊鎖不起作用、刀具超重。常用措施：擰緊彈簧後螺母、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，卡爪縮不回。常用措施：調鬆螺母或（huò）更換彈簧，使最大載荷不超過額定值（zhí）。

③常見故障3：刀具交換時掉刀。可能原因：換（huàn）刀時主軸箱沒（méi）回到換刀點或換刀點（diǎn）漂移；機械手抓刀時沒有到位就開始打刀或拔刀、刀臂及刀具的夾刀點不正確，打刀缸（gāng）鬆拉刀位置不準確（què），打刀缸壓力不夠，鬆刀不正常、刀具（jù）太重、刀臂變形。常用（yòng）措施： 應重（chóng）設定換刀點；校正夾刀點、調整打刀缸鬆刀行（háng）程、調整壓力值、檢查（chá）刀具質量、更換刀臂。

④常見（jiàn）故障4：刀臂不回位。可能原因：電路接觸不良、無夾刀或鬆刀信（xìn）號、刀臂（bì）彎曲。常用（yòng）措施（shī）：執行手動換刀，檢查是否電路故（gù）障；用PLC監看夾刀或鬆刀信號，調整近接開關位置（zhì）、調整或更換刀（dāo）臂。

4.維修實（shí）例

（1）案例1。

故（gù）障現象：加工中心VMC1000C換刀（dāo）時出現主軸掉刀故障（zhàng）。

故障診斷（duàn）與排（pái）除方法：

①檢查機械手（shǒu）手臂上兩個卡爪的彈簧及附件，沒有（yǒu）發現異常，說明機械手夾持刀具沒有問題。

②拆開主軸（zhóu）檢查（chá）碟簧能否對刀具夾持緊固，發現（xiàn）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（háng）程開關，發現其“0”、“1”狀（zhuàng）態與實際動作不一致（zhì），說明該行程開關（guān）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（xiàng）應的限位開關沒有（yǒu）壓合；調整其位置後，機床恢複正常。但一（yī）段時間之後，再次出現此（cǐ）故障，檢查限位開關（guān）沒有鬆動，但卻沒（méi）有（yǒu）壓合，進一步檢查發現液壓缸拉杆頂端鎖緊螺母的（de）緊固螺釘鬆動，致使液（yè）壓缸（gāng）伸縮的行程發生了變化；調整鎖緊螺母並擰緊緊固螺釘（dìng）後，此故障排除。

5.結語

機械（xiè）手（shǒu）換（huàn）刀裝置（zhì）是數控（kòng）機床最（zuì）重要的功能部件之一，掌握其結構特點、控製機理，不（bú）斷總（zǒng）結歸納常見故障現象、原因及解決（jué）措施，不但有助於提高維（wéi）修數（shù）控機床的效率與質量，對機床的維護與改造也（yě）有重要的（de）參考意義。