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（zhōng），與換（huàn）刀相關的故障極為（wéi）多見。本文基（jī）於機械手換刀裝置的結構與動作控製，結合維修實例，歸納常見故障現象、原（yuán）因（yīn）及處理措施，在數控機床的維修與改造中具有較大的現實意義，值得認真探索、交流與推廣。

數（shù）控機床特（tè）別是數控加工中（zhōng）心高精度、高效率的重要原因之（zhī）一（yī）在（zài）於其一次裝夾（jiá）、多工序自動加（jiā）工，而實現這一功（gōng）能的關鍵在於自動換（huàn）刀裝置。由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（jiě）其結構特點與控製機理，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，借鑒相關維修實例，有助於快速、準確地診斷並（bìng）排除故障，提高維修工作的質量與效率。

1.機（jī）械手換刀裝置的結構

數控機床自動換刀功能的實現有多種方式。按是否由（yóu）機械手換刀可將其分為兩類：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（huàn）刀位的空刀座上，然後刀庫旋轉使下一（yī）工序所需刀具進入換刀位置，主軸再從刀庫取（qǔ）走新的刀具，還刀（dāo）和取刀兩個動作隻能分步進行（háng），加之主軸的軸（zhóu）向（xiàng）運動以及刀庫的移動（dòng）和轉動（dòng），因此換刀時（shí）間長，加工效率低，刀庫的（de）容（róng）量也較小；目（mù）前數控機床更多采用的是（shì）機械手換刀，利用機械手快速（sù）、準確地對調刀庫中換刀（dāo）位與主軸上的（de）刀（dāo）具，還刀、取刀同時進行，換刀時間（jiān）大大縮短，而且刀庫容（róng）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（qǔ）刀機械手縱（zòng）向導軌

6.取刀機械（xiè）手橫向導軌

刀庫（kù）按刀具的布局可分為盤（pán）式、鏈式和格子式三種。盤式刀庫刀具呈圓周（zhōu）狀分布，鏈式刀庫刀具布置在鏈條的各個環節上，格子式刀庫刀具縱橫排列。盤式刀庫空間利用率（lǜ）低、容（róng）量小（xiǎo），一般用於小型加工中心。鏈（liàn）式與格子式（shì）刀庫空間利用率高（gāo）、容量大，用於中型與大型（xíng）數控加工中心。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（suǒ）要使用（yòng）的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、伺服和交流異步電動機驅（qū）動三種。液壓驅動需要足夠的液壓動力，且運動的速度和準確性受油質、油壓、油溫及環境等因素影響，一般用於不需要頻繁換刀的大中型機床。伺服（fú）電動機（jī）驅動的換刀裝置換刀（dāo）速度快、精度高、穩定性強，但成本較高。交流異步電動機驅（qū）動的（de）換刀（dāo）裝置，借助凸輪機構，換刀速度快、定位準、穩定性高、連貫（guàn）性好（hǎo）且成本低，廣泛用（yòng）於頻繁換刀的中（zhōng）小（xiǎo）型加工中心。

2.機械手換刀動作流程與選刀方式（shì）

刀（dāo）庫的選刀有順序選刀、刀具編碼選刀（dāo）、刀座編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（shì），從主軸取下（xià）的（de）刀具（jù）就近放入刀庫中剛取（qǔ）走刀具的換刀位刀座內，取刀（dāo）與還刀同步完成。其原（yuán）理是在存儲器中建立換刀數據表，表中（zhōng）存儲單元的地址與（yǔ）刀座編號及主（zhǔ）軸相對應，因此數（shù）據表的容（róng）量為刀庫中刀（dāo）座數加1，存儲單元中的數據與刀具編號一一對應，如附表所示。換刀時數據更（gèng）新是先將主軸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（duì）應的存儲單元中，再將（jiāng）換刀指令中的刀具編號寫入主軸（zhóu）所對應的存儲單元，完成主軸與換刀（dāo）位刀具編號的對換。假設（shè）數據（jù）表（biǎo）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（dāo）具的編號。

3.機械手換（huàn）刀裝置的常見故障與排除方法（fǎ）

在（zài）數控機床維修的過程中，經常出現（xiàn）與換刀相關的故障，根據其結構特點（diǎn）及換刀動（dòng）作過程，歸納刀庫及機械手兩大方麵常（cháng）見故障現象、產生原因與采取措施如下。

（1）刀庫故障。

①常（cháng）見故障1：刀庫不能轉（zhuǎn）動。可能原因：電動機軸與蝸杆軸的聯軸器（qì）鬆動；變頻器故障，電（diàn）動機不得電；接近開（kāi）關或磁（cí）簧開關故障（zhàng）；PLC無輸出控製，或PLC有輸出（chū）但接口（kǒu）板中的（de）繼電（diàn）器失效；氣壓低。常用措（cuò）施：檢查（chá）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IO監控畫（huà）麵檢查IO狀態，調整或更換接近開關或磁簧開關，檢（jiǎn）查或更換繼電器；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（dòng）機剎車器磨損。常（cháng）用措施：調整電動機剎車器中調節螺（luó）釘。

③常（cháng）見故（gù）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、倒刀電磁閥接觸不良或損壞、刀（dāo）具超重或超長。常用措（cuò）施（shī）：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元件、更換刀具。

④常見故障4：刀（dāo）套上下（xià）不到位。可能原因：安裝調整不（bú）當或撥叉位置不正確、限位開關安（ān）裝不正確或調整不（bú）當，造成（chéng）反饋（kuì）信號錯誤。常用措施：檢查（chá）、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。可能原因：刀套內彈簧夾力不夠或不能正常複位、刀（dāo）柄和（hé）拉（lā）釘的距離不正確。常用措施：調整或（huò）更換元器件。

⑥常見故障6：刀套破裂。可能原因：刀套未定（dìng）位前有倒刀動作或未（wèi）回位前刀盤轉（zhuǎn）動、裝（zhuāng）入刀具時撞壞。常用措施（shī）：調整刀盤定位近接（jiē）開關或（huò）倒刀氣缸（gāng）磁簧開關位置、更換刀套。

⑦常見故障（zhàng）7：電動機燒（shāo）壞。可能原（yuán）因：電源缺相或電壓不（bú）正確、剎車燒壞、刀具超重、組件不能（néng）運轉。常用措施：檢查接觸器接（jiē）點是（shì）否損壞、電（diàn）源是否缺相及電壓等（děng）級是否匹配；檢測剎車器線圈（quān）是否損（sǔn）壞、接地是否正確；檢查刀（dāo）具質量是否超過允許值；檢查刀套滑動部位是否順暢。

（2）機（jī）械手故障（zhàng）。

①常見故障1：刀具夾不緊，時常掉刀。可能原因：卡爪彈簧的壓力太（tài）小、彈簧後麵的螺母鬆（sōng）動、機械手卡（kǎ）緊鎖不起作（zuò）用、刀具超重。常用措施（shī）：擰緊彈簧後螺母、調整或更換卡緊鎖、更換彈簧、更換刀具（jù）。

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（kǎ）爪縮不回。常用（yòng）措施：調鬆螺母或更換彈簧，使最大載荷（hé）不（bú）超過額定值。

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、刀臂及刀（dāo）具的夾刀點不正確，打刀（dāo）缸（gāng）鬆拉刀位置不準確，打刀缸壓力（lì）不夠（gòu），鬆刀不正常、刀具太重、刀臂變形。常用措施： 應重（chóng）設定換刀點；校（xiào）正夾（jiá）刀點、調整（zhěng）打刀缸（gāng）鬆刀行程、調整壓力值、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（diàn）路接觸不良、無夾刀或鬆刀（dāo）信號、刀臂彎曲。常（cháng）用措施：執行手動換刀，檢查是否（fǒu）電路故障；用PLC監看夾刀或鬆刀（dāo）信號，調整近接開關位置、調整或（huò）更換刀臂。

4.維修實例

（1）案例1。

故（gù）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檢查機械手手臂上兩個卡爪的彈簧及附件，沒有發現異常（cháng），說明機械手夾持刀具（jù）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（dié）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，發現（xiàn）其“0”、“1”狀態與實際動（dòng）作不一致，說明（míng）該行程開關有問題（tí）, 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（dāo）具時不能縮爪（zhǎo）。

故障診斷與排除方（fāng）法（fǎ）： 打開（kāi）PLC的（de）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，機床恢複正常。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（dòng），但卻沒有壓（yā）合，進一步檢查發現液壓缸拉杆頂端鎖緊螺母的緊固螺釘鬆動，致使液壓缸伸縮的行程發生了（le）變化；調（diào）整鎖緊螺母並擰緊緊固（gù）螺釘後，此故障排除。

5.結語

機械手換刀裝置是數控機床最重（chóng）要的功能部件之（zhī）一（yī），掌握其（qí）結構特點、控製機理，不斷總結歸納常見故障現象、原因及解（jiě）決措施，不（bú）但有助於提高（gāo）維修數控機床的效率與質量，對機（jī）床的（de）維護與改造也有重（chóng）要的參考意義（yì）。