​數（shù）控機（jī）床機械手換刀裝置故（gù）障與維修

在（zài）數控機床（chuáng）的維修中，與換（huàn）刀相關（guān）的故障極為多見。本文基於機械手換刀裝置的結構與（yǔ）動作控製，結合維修（xiū）實例（lì），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（zào）中具有較大的（de）現實意義，值得認真探索、交流與推廣。

數控機床特別是數控加工中（zhōng）心高精度、高（gāo）效率的重要原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（zài）於自動換刀（dāo）裝置。由於自動換刀裝（zhuāng）置工作頻度高、控製機構複雜，包括刀（dāo）庫、刀具交換以（yǐ）及驅動等部分，因此出現故障的幾率（lǜ）也大，在數控機床的維修中占有相當大的比例。了（le）解其（qí）結構特點與控製機理，熟悉換刀的動（dòng）作流程（chéng），總結歸（guī）納常見故障現象、原因及解決措（cuò）施，借鑒相關維（wéi）修（xiū）實例，有助於快速、準確地診斷並排除故障，提高（gāo）維修工作的質量與效率。

1.機械手換（huàn）刀（dāo）裝置（zhì）的結構

數控機床自動換刀功能的實現有多種方式。按是否由機械（xiè）手換刀可將其分為兩類：無機械手換刀（如鬥（dòu）笠式）大多依靠主（zhǔ）軸與刀庫間的軸向相對運動（dòng）實現（xiàn）拔刀與插刀，換刀時刀庫移至換刀位置，主軸先將（jiāng）刀具還回刀庫換刀位的空刀座上（shàng），然後刀庫旋轉使（shǐ）下一工序所需刀具進入換刀位置，主（zhǔ）軸再從刀庫取走新的刀具，還刀和取刀兩個動作隻能分步進（jìn）行，加之主軸的軸向運動以及刀庫的移動和轉動，因此換刀時間長，加工（gōng）效率低，刀庫的（de）容（róng）量也較小；目前數控機（jī）床更多采（cǎi）用的是機械手換刀，利用機械手快速、準確（què）地對調刀庫中（zhōng）換刀位與主軸上的刀具，還（hái）刀、取刀（dāo）同時進行，換刀時間大大縮短（duǎn），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（jī）械手

4.換刀位置刀座5.取刀機械手縱向導軌

6.取刀（dāo）機械手橫向（xiàng）導軌

刀庫按刀具（jù）的布局可分為盤（pán）式、鏈式和格子式三種。盤式刀庫刀具呈圓周狀（zhuàng）分布，鏈式（shì）刀（dāo）庫刀具布置在鏈條的各個環節上，格子式刀庫刀具縱橫排列。盤式刀庫（kù）空間利用率（lǜ）低、容量小，一般用於小型加（jiā）工（gōng）中心。鏈式與（yǔ）格子式刀庫（kù）空（kōng）間利用率高（gāo）、容量大，用於中型與大型數控加工中心。刀庫的作用不僅是存放（fàng）加工（gōng）過程中所（suǒ）需（xū）要的（de）刀（dāo）具，還負責把下一工序所要使（shǐ）用的（de）刀具準確地送到換刀位置。

刀具交換裝置的驅動方式有液壓、伺服和交流（liú）異步電（diàn）動機驅動三種。液壓驅動需要足夠的液壓動力，且運動的速度（dù）和準確（què）性受油質（zhì）、油壓、油（yóu）溫及環境等因素影（yǐng）響，一般用於不需要頻繁換刀的大中型機床（chuáng）。伺服電動機驅動的換刀裝置換刀速度快（kuài）、精度高、穩定性強，但（dàn）成本（běn）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、穩定性高、連貫性好且成本低，廣泛用於頻繁換刀的中小型（xíng）加工中心。

2.機械手換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（biān）碼選刀和隨機選刀四種方式。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（kù）中（zhōng）剛取走刀具的換刀位刀座內，取刀與還刀同步完（wán）成。其原理是在（zài）存儲器中（zhōng）建立換刀數據表，表中存儲（chǔ）單元的地址與（yǔ）刀（dāo）座（zuò）編號及主（zhǔ）軸相對應，因此數（shù）據表的容量為刀庫中刀座數加1，存儲單元中的數據與（yǔ）刀具編（biān）號一一對應，如附表所示（shì）。換刀時數據更新是先將主軸所對應的存儲單元中的數據（jù）（換刀前刀（dāo）具的編號）寫入刀庫換（huàn）刀位刀座所對應的存儲單元中，再（zài）將換（huàn）刀指令中的刀具（jù）編號寫入主軸所對應的存（cún）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地址為D300，該地址所對應存儲單元中存（cún）放的數據（jù）即為主軸上刀具（jù）的編號，地址為D301～D（300+n）的（de）存儲單元中的數據，即刀庫（kù）中從1#～n#刀座上刀具的編號。

3.機（jī）械手換刀裝置的常見故障與排除方法

在數控機床維修的過程中，經常出現與換刀相關的故障，根據其結（jié）構特點及換刀動作過（guò）程，歸納刀庫及（jí）機械手（shǒu）兩大方麵常見（jiàn）故障現（xiàn）象、產生原因與采取措施如下。

（1）刀庫故障。

①常見故障1：刀庫不能轉動（dòng）。可能原因：電動機軸與蝸杆軸的聯軸（zhóu）器鬆動；變頻器故障，電動（dòng）機不得電；接近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：檢查調整聯軸器；檢查（chá）變頻（pín）器的輸入、輸出電壓是否正常；通過PLC的IO監控（kòng）畫麵檢查IO狀態，調（diào）整或（huò）更換接近開關或磁簧開關，檢查或更換繼電器；調整氣壓（yā）達到規定值。

② 常見故（gù）障2：刀盤定位不準。可能原因：電動機（jī）剎（chà）車器磨損。常用措施：調整電動（dòng）機剎車器（qì）中調節（jiē）螺釘。

③常見故障3：換（huàn）刀位刀座在倒刀時不正常。可能原因：氣壓（yā）不符合要求、止動螺絲鬆（sōng）動、氣缸損壞、倒刀電磁閥接觸不良或（huò）損壞、刀具超重或超長。常用措施：調整氣（qì）壓到符合要（yào）求、鎖緊止動螺絲、更換氣缸、檢查電磁閥接點（diǎn）或更換元件、更換刀具。

④常見故障4：刀套上下不到位。可（kě）能原因：安裝調整不當或撥叉位置不正確、限位開關安裝不正確（què）或調整不（bú）當，造成反饋信號錯誤。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：倒刀時刀具掉落。可能原因：刀套內彈簧夾力不夠或不（bú）能（néng）正（zhèng）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（pò）裂。可能原因：刀套未定位前有倒刀動作或未回位前刀盤轉（zhuǎn）動、裝入刀具時撞壞。常用措施：調整刀盤定位（wèi）近接開（kāi）關或倒刀氣缸磁簧開關位置、更換刀套。

⑦常見故障（zhàng）7：電動機燒壞（huài）。可能原因：電源缺相（xiàng）或電（diàn）壓不正確（què）、剎車燒壞、刀具超重、組件不能（néng）運轉。常（cháng）用措施：檢查接觸器（qì）接點（diǎn）是否損壞、電源是否缺相及電壓等級是（shì）否匹配；檢測（cè）剎車器線圈是否損壞、接地（dì）是否正（zhèng）確；檢查刀（dāo）具質量是否超（chāo）過允（yǔn）許（xǔ）值（zhí）；檢查刀（dāo）套滑動部位是否順暢。

（2）機械（xiè）手故障。

①常（cháng）見故障1：刀具夾不緊（jǐn），時（shí）常掉刀。可能原因：卡（kǎ）爪彈簧的壓力太小、彈簧後麵的螺母（mǔ）鬆動、機械手卡緊鎖不起作用、刀具超重。常用措（cuò）施（shī）：擰緊彈簧後螺母、調整或更換卡緊鎖、更換彈簧、更換刀（dāo）具。

②常見故障2：刀具夾緊後鬆（sōng）不開。可能原因：卡爪彈簧壓合過緊，卡爪縮不回。常用措施：調鬆螺母或更換彈簧，使最大載（zǎi）荷不超過額定值。

③常見故障3：刀具交換時掉刀。可能原（yuán）因：換（huàn）刀時主軸箱沒回到換刀點或換刀（dāo）點漂移；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（dāo）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。常用措施（shī）： 應重設（shè）定換刀（dāo）點；校正夾刀點、調整打刀缸鬆刀行程、調（diào）整壓力值、檢查刀具質量、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（hào）、刀臂彎（wān）曲。常用（yòng）措施：執行手動換刀，檢查是否電路故障；用PLC監看夾刀或鬆刀信號（hào），調整近接（jiē）開關位置、調整或更換刀臂。

4.維（wéi）修實例

（1）案例1。

故障現象：加工中心VMC1000C換刀時出現主軸掉刀故（gù）障。

故障診斷與（yǔ）排除方法：

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

②拆（chāi）開主軸（zhóu）檢查碟簧能否（fǒu）對（duì）刀具夾持緊固，發現碟簧（huáng）完好（hǎo）。

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（háng）程（chéng）開關，發現其“0”、“1”狀態（tài）與（yǔ）實際動作不（bú）一致（zhì），說明該行程開關有問題,更換後故障排除。

（2）案例2。故障現象：加工中心BX-110P機（jī）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；調整其位置後，機床恢複正常（cháng）。但一段時間之後，再次出現此（cǐ）故障，檢查限位開關沒有鬆動，但卻沒（méi）有壓合，進一步檢查發現液壓缸拉杆頂端鎖緊螺（luó）母（mǔ）的緊（jǐn）固螺釘鬆動，致使（shǐ）液（yè）壓缸伸縮的行程發生了變化；調整鎖緊螺母並（bìng）擰緊緊固螺釘後，此（cǐ）故障排除。

5.結語

機械手換刀裝置是數控機床（chuáng）最重要的功能部件之一，掌（zhǎng）握其結構特點、控製機理（lǐ），不斷總（zǒng）結歸納常見故障現象、原因及解決措施，不但有助於提高維（wéi）修數控機床（chuáng）的效率與質量，對機床的維護與改造也有重要的參（cān）考意義。