數控機床機械手換刀裝置故（gù）障與維修

在數控機床的維修中，與換刀相關的故障極為（wéi）多見。本文基於機械手換刀（dāo）裝置（zhì）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，在數控機床的維修與改造中（zhōng）具有較大的現實（shí）意義，值得認真探索、交流（liú）與推廣。

數（shù）控（kòng）機床（chuáng）特別是數控加工中心高精度、高效率的重要原（yuán）因之一在於其一（yī）次裝夾、多工序自動（dòng）加（jiā）工（gōng），而實現這一功（gōng）能（néng）的關鍵在於自動換刀（dāo）裝置。由於自動換刀裝置工作頻度高、控製機構（gòu）複（fù）雜，包括刀庫、刀具交換以及驅動等部分，因此出現故（gù）障（zhàng）的幾率也大，在數控機床的維修中占有相當大的比例（lì）。了解其結構特點（diǎn）與控製機理，熟悉換刀的動作流程，總結（jié）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（zhǔn）確地診（zhěn）斷並排除故障，提高維（wéi）修工作的質量與效率。

1.機械手（shǒu）換刀裝置的結構

數控機床自動（dòng）換刀功（gōng）能（néng）的（de）實現有多種方式。按是否（fǒu）由機械手換刀可將其分（fèn）為（wéi）兩類：無機械手換刀（如鬥笠式（shì））大多依靠主軸與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，主軸先將刀具還回刀庫換刀位的（de）空刀座上，然後刀庫旋轉使下一工序所（suǒ）需刀具進入換刀（dāo）位置，主軸再從刀庫取走新（xīn）的刀具，還刀和取（qǔ）刀兩個動作隻能分步進行，加之主軸的軸向運動以及刀庫的移動和轉動，因此（cǐ）換刀時（shí）間長，加工效率（lǜ）低，刀庫的容量也較小；目前數（shù）控機床更多采用的（de）是機械（xiè）手換（huàn）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（shí）進行，換刀時間大大縮短，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.取刀機械手橫向導軌

刀庫按刀具的布局可分為盤（pán）式、鏈式和格子式三（sān）種（zhǒng）。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上，格子式刀庫（kù）刀具縱橫（héng）排列。盤（pán）式刀庫空間利用率低、容量小，一般用於小型加（jiā）工中心。鏈式（shì）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。刀庫的作用不僅（jǐn）是存放加工過程中所需要的（de）刀具，還負責把下一工序所要使用的刀（dāo）具準確地送到換刀位置。

刀具交換裝置的驅動方式有液壓（yā）、伺服和交流異（yì）步電動機（jī）驅動三種。液壓驅動需要足夠的（de）液壓動力，且運動的速度和準確性受油（yóu）質、油壓、油溫及（jí）環境等因素影（yǐng）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（jīng）度高、穩定性強（qiáng），但成本較高。交流異步電動機驅動的換刀裝置，借助凸輪機構，換刀速（sù）度快、定位準、穩定性高、連貫性（xìng）好且成（chéng）本低，廣泛用於頻繁換（huàn）刀的中小型加工中心。

2.機械（xiè）手換刀動作流（liú）程與選刀方式

刀庫（kù）的選刀（dāo）有順（shùn）序選刀、刀具編（biān）碼選（xuǎn）刀、刀座編碼選刀和隨機（jī）選刀四種方式。機械手換刀大多采用隨機換刀方式，從主軸取下的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）還刀同步完成。其原理是在存儲器中建立換刀數據表，表中存儲單元的地址與刀座編號及主軸（zhóu）相對應，因此數據表的容量為刀（dāo）庫中刀座數加1，存儲單元中的數據（jù）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應的存儲單元中的數（shù）據（換刀前刀具的編號）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（zhǔ）軸所對應的存儲單元，完（wán）成主軸與換刀位刀具編號的（de）對換（huàn）。假設（shè）數據表存儲（chǔ）單元首地址為D300，該地址所對應（yīng）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，即刀庫中從1#～n#刀座上刀具的編（biān）號。

3.機械手換刀（dāo）裝置的常（cháng）見（jiàn）故（gù）障與（yǔ）排除方法

在數（shù）控機床維修的過程中，經常（cháng）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（guò）程，歸納刀庫及機械手兩（liǎng）大方麵常見故障（zhàng）現象、產生原因與采取措施（shī）如下。

（1）刀庫故障。

①常見故障1：刀庫不能轉動。可能原因：電動機軸與蝸杆軸的聯軸器（qì）鬆（sōng）動；變頻器故障，電動機不得電；接近（jìn）開關或（huò）磁簧開關故障；PLC無輸出控製，或PLC有輸（shū）出但接口板中的繼電（diàn）器失效；氣壓低。常用措施（shī）：檢查調整聯軸器；檢查變頻器的輸入、輸出電壓是否正常；通過PLC的（de）IO監控畫麵檢（jiǎn）查IO狀態，調（diào）整或更換接近開關或磁簧開關，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。可能原因：電動機剎車器磨損。常用措施：調（diào）整電動機剎車器中調節螺釘（dìng）。

③常見（jiàn）故（gù）障3：換刀位（wèi）刀座在倒刀（dāo）時不（bú）正（zhèng）常。可能原因：氣壓（yā）不符合要求、止動螺絲鬆動、氣缸損壞、倒（dǎo）刀電磁閥接觸不良或損壞、刀具超重或超長。常用措施：調整氣壓到符合要求、鎖緊止動螺絲、更換氣缸、檢查電磁閥（fá）接點或更換（huàn）元件、更換刀具。

④常見故障4：刀套上下不到位。可能原因：安裝調整不當或（huò）撥叉位置不正（zhèng）確、限位開關安裝不正確或調整不當，造成反饋信（xìn）號錯誤。常用措施：檢查、調整撥叉或限位開關位置，或更換元件。

⑤常見故障5：倒（dǎo）刀時刀具掉落。可能原（yuán）因：刀（dāo）套內彈簧夾力不夠或不能正常複位、刀柄和拉釘的距離不正確。常用措施：調整或更換（huàn）元器件（jiàn）。

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或未（wèi）回位前刀盤轉動、裝（zhuāng）入（rù）刀具時撞壞。常用措施（shī）：調（diào）整刀（dāo）盤定位近接開關或倒刀氣缸磁簧（huáng）開關位置、更換刀套。

⑦常見故障7：電動機燒壞。可能原因（yīn）：電源缺相或電壓不正確（què）、剎車燒壞、刀具超重（chóng）、組（zǔ）件（jiàn）不能運轉。常用措施：檢查接（jiē）觸器接點是否損壞、電源是否（fǒu）缺相（xiàng）及電壓等級是否匹配；檢測（cè）剎車（chē）器（qì）線圈是否損壞、接地是（shì）否正確（què）；檢查（chá）刀具質量是否超過允（yǔn）許值；檢查刀套滑動部位是否順暢（chàng）。

（2）機械手故障（zhàng）。

①常見故障1：刀具夾不緊，時常掉刀（dāo）。可能原因：卡爪彈簧的壓（yā）力太小、彈簧後（hòu）麵的螺母（mǔ）鬆動、機（jī）械手卡緊鎖不起作用、刀具超重。常用措施：擰緊彈簧後螺母、調整或更換（huàn）卡緊鎖、更換彈簧、更換（huàn）刀具。

②常見故障2：刀具夾緊後（hòu）鬆不開。可能原因：卡爪彈簧壓合過緊（jǐn），卡爪縮不回。常用（yòng）措（cuò）施：調鬆螺母或更換彈簧，使最大載荷（hé）不超過（guò）額定值。

③常見故障3：刀具交換時掉刀。可能原因：換刀時主軸箱沒（méi）回到換刀點或換刀點漂移（yí）；機械手抓刀（dāo）時沒有到位就開（kāi）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，打刀缸壓力不夠，鬆刀不正常、刀具太重、刀臂變形。常用措（cuò）施： 應重設（shè）定換（huàn）刀點；校（xiào）正夾（jiá）刀點、調整打刀缸（gāng）鬆刀行程、調整壓力值、檢查（chá）刀具質量、更換刀臂。

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

4.維修實例

（1）案例1。

故障現象：加工中心VMC1000C換刀時出現主軸掉刀故障。

故障診斷與排除方法：

①檢（jiǎn）查機械手手臂上兩個卡爪的彈簧及附件，沒有發現異常，說明機械手（shǒu）夾持（chí）刀具沒有問題。

②拆開主軸檢查碟簧能否對刀具夾持緊固，發現碟簧完（wán）好。

③打開PLC的I O監控畫麵，反複按（àn）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，說明該行程開關（guān）有問題, 更換後故（gù）障排除。

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

故障診斷與排除方法（fǎ）： 打開PLC的IO監控畫麵，發現相應的限位開關（guān）沒有壓合（hé）；調整其位置後，機床恢複正常（cháng）。但一段時間之（zhī）後，再（zài）次出現此故障，檢查（chá）限位（wèi）開（kāi）關沒有鬆（sōng）動，但卻沒有壓合，進（jìn）一步檢查（chá）發（fā）現液壓缸拉杆頂端（duān）鎖緊螺母（mǔ）的緊固螺釘鬆動，致使液壓缸伸縮的行程發（fā）生（shēng）了變化；調整鎖緊螺母並擰緊（jǐn）緊固螺釘後，此故障排除（chú）。

5.結語

機械手換刀裝置是數控機床最重要的功能部（bù）件之一，掌握其（qí）結構特點、控製（zhì）機理，不斷總結歸納（nà）常見故障現象（xiàng）、原因及解（jiě）決措施（shī），不但有助於提高維修數（shù）控機床（chuáng）的效率與質量（liàng），對機（jī）床的維護與改造也有重要的參考意義。