數控機床機械手換刀裝置故障（zhàng）與維修（xiū）

在數控機床的維修中，與換刀相關的故障極為多見（jiàn）。本文基於機（jī）械手（shǒu）換刀裝（zhuāng）置的結構與動作控製，結合維修實例（lì），歸納常見故障現象、原因及處理措（cuò）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（liú）與推廣。

數控機床特別是數（shù）控加工中心高精度（dù）、高效率的重要原（yuán）因之一在於其一次（cì）裝夾、多工序自動加工，而（ér）實現這一功（gōng）能的關鍵在（zài）於自（zì）動換刀裝置。由於（yú）自動換刀裝置工作頻度高、控製（zhì）機構複雜，包括刀庫、刀具交換以及驅動等部（bù）分，因此出現故障的幾率也大，在（zài）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，熟悉換刀的動作流程，總（zǒng）結歸納常見故障現象（xiàng）、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（pái）除故障，提高維修工作的質量與效率。

1.機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（zhǒng）方式。按是否由機械手換刀可將其分為兩類：無機械手換刀（如鬥笠式）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（wèi）置，主軸先將刀具還回刀庫換刀位的空刀座上（shàng），然後刀庫旋轉使下一工序所需刀具進入換刀（dāo）位置，主軸再從刀庫取走新的刀具，還刀和取刀兩個動作隻能（néng）分步進行，加之主軸的軸向運動以及刀庫的移（yí）動和轉動，因此換刀時間長，加工效率低，刀庫的容量也較小；目前數控機床（chuáng）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（dāo）位與主（zhǔ）軸上的刀具，還刀、取刀同時進行，換刀時間大大縮短（duǎn），而且刀庫容量不受換（huàn）刀機構限製。

1.刀具固定板架（jià） 2.刀座 3.換刀機械手

4.換刀位置刀座（zuò） 5.取刀機械手（shǒu）縱向導軌（guǐ）

6.取刀機械手橫向（xiàng）導軌

刀庫按刀具（jù）的布局可分為盤式、鏈式和格子式三種。盤式刀庫刀具呈圓（yuán）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（dāo）庫刀具縱橫排列。盤式刀庫空間利用率低、容（róng）量小，一般用於小型（xíng）加工中心。鏈式與（yǔ）格子式刀庫空間利用率高、容量大，用於中（zhōng）型與（yǔ）大型數控加工中心。刀庫的（de）作用不僅是存放（fàng）加工過（guò）程中所需要的刀具，還負責把下一工（gōng）序所要使用的刀（dāo）具（jù）準（zhǔn）確地送到換刀（dāo）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（dòng）機驅動三種。液壓驅動需要足夠的（de）液壓動（dòng）力，且運動的速度和準確性受油質、油壓、油溫及環境等因素（sù）影響，一（yī）般用於不需要頻（pín）繁換刀的大中型機床。伺服電動機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（jiāo）流異（yì）步電動（dòng）機驅動的（de）換刀裝置，借助凸（tū）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加工中心。

2.機械手換刀動作流程與選刀方（fāng）式

刀庫（kù）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（dāo）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（dāo）位刀座內，取刀與還刀同步完成。其原理是在存儲（chǔ）器中建（jiàn）立換刀數（shù）據表，表中存儲單元的地址與刀（dāo）座編號及主軸相對（duì）應，因此數據（jù）表的容（róng）量為刀庫中刀座數加1，存儲單元（yuán）中的數據與刀具（jù）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（yīng）的存儲單元中的（de）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元中，再將換刀指令中的刀具編號寫入（rù）主（zhǔ）軸所對（duì）應的存儲（chǔ）單（dān）元（yuán），完成主軸與（yǔ）換刀位刀具編號的（de）對換。假設（shè）數據表存儲單元首地址為D300，該地址（zhǐ）所對應存儲單元（yuán）中存放的（de）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（cóng）1#～n#刀座上刀具的編（biān）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（xiū）的過程中，經常出現與（yǔ）換刀相關的故障，根據其結構特點及換刀動作過（guò）程，歸納刀庫及機（jī）械手兩大方麵常見（jiàn）故障現象、產生（shēng）原因與采取措施如下（xià）。

（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鬆動；變頻器（qì）故障，電動機不得（dé）電（diàn）；接近開關或磁（cí）簧開關故障（zhàng）；PLC無輸出控製，或PLC有輸出但接（jiē）口板中的繼電器失效（xiào）；氣壓低（dī）。常用措施：檢查調整聯軸器（qì）；檢查變（biàn）頻器的輸入、輸出電（diàn）壓是否正常；通過（guò）PLC的IO監控畫麵檢（jiǎn）查（chá）IO狀態（tài），調整或更換接近開關（guān）或磁簧開關，檢查或更換繼電器（qì）；調整氣壓達到規（guī）定值。

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

③常見故障3：換刀位刀座（zuò）在倒刀時不正常。可能原因：氣壓（yā）不符（fú）合要求、止動螺絲（sī）鬆動、氣缸損（sǔn）壞、倒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（diàn）磁閥接點或更換元件（jiàn）、更換刀具。

④常見故障4：刀套上下不到位。可能原因：安裝調整不當或（huò）撥叉（chā）位（wèi）置（zhì）不正（zhèng）確、限位開關安裝不正確（què）或調（diào）整（zhěng）不當，造成（chéng）反饋信號錯誤。常用措施：檢查、調（diào）整撥叉或（huò）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（wèi）、刀柄（bǐng）和拉釘的距離不正確。常用措施（shī）：調整或更換元（yuán）器（qì）件。

⑥常（cháng）見故（gù）障6：刀套破裂。可能原因：刀套未定位前有倒（dǎo）刀動作或未回位前刀盤轉動、裝入刀具時撞壞。常用措施（shī）：調整刀盤定位近接開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。可能原因：電源缺相或電壓不正確、剎車燒壞、刀具超重、組（zǔ）件不能運轉。常用措施：檢查接觸器接點是（shì）否（fǒu）損壞、電源是否（fǒu）缺相及電壓等級是否匹配；檢測剎車器線圈（quān）是否損壞、接地是否正確（què）；檢查刀具質量是（shì）否超過允許（xǔ）值；檢查刀套滑動（dòng）部位是否順暢。

（2）機械手故障。

①常見故障1：刀具（jù）夾（jiá）不緊，時常掉刀。可能原因：卡爪彈簧的壓力（lì）太小、彈簧（huáng）後麵的螺母鬆動、機械手卡緊鎖不起（qǐ）作用、刀具超重。常用措施：擰緊彈簧後螺母、調整或更換卡緊鎖、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（yā）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（dìng）值。

③常（cháng）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或換刀點漂（piāo）移；機械手抓刀（dāo）時沒有到位就開始打（dǎ）刀或拔刀、刀臂及刀具的夾刀點不正（zhèng）確，打刀（dāo）缸（gāng）鬆拉刀位置不準確，打（dǎ）刀缸壓力（lì）不夠，鬆刀不正常、刀（dāo）具太重、刀（dāo）臂（bì）變形。常用措施： 應（yīng）重設定換刀點；校正夾刀點、調整打刀缸鬆刀行程、調整壓力值（zhí）、檢查刀具質量、更換刀臂。

④常見故障4：刀臂不回位。可能（néng）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，檢查是否電路故障；用PLC監（jiān）看夾刀或鬆（sōng）刀信號，調（diào）整近接開（kāi）關位置、調（diào）整或更（gèng）換刀臂。

4.維修（xiū）實例

（1）案例1。

故障現（xiàn）象：加工（gōng）中心VMC1000C換刀時出現主軸掉（diào）刀故障。

故障診斷與排除方法：

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

②拆開主軸檢查碟簧能否對（duì）刀具夾持緊固，發現碟簧完好（hǎo）。

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，發現其“0”、“1”狀態與實（shí）際動作不一致，說明該（gāi）行程開關有問題, 更（gèng）換後故障排（pái）除。

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

故（gù）障診斷與排除方法： 打開PLC的IO監（jiān）控畫麵，發現相應的（de）限（xiàn）位開（kāi）關沒有壓合；調整其位（wèi）置後，機床恢複正常。但一段（duàn）時間之後，再次出現此故（gù）障，檢查限位開關沒有鬆動，但卻（què）沒有壓合，進一（yī）步檢查發（fā）現液壓缸拉杆頂端鎖緊螺母的緊固螺釘鬆動，致（zhì）使液壓缸伸縮的行程發生了變化；調整（zhěng）鎖（suǒ）緊（jǐn）螺母並擰緊緊固螺釘後，此故（gù）障排除。

5.結語

機械（xiè）手換刀裝置是數（shù）控機床最重要的功能部件之一（yī），掌握其結構特點、控製機理，不斷（duàn）總結（jié）歸納常見故障（zhàng）現象（xiàng）、原因及解決措施，不但有助於提高維修數控機床（chuáng）的效率與質量，對機床的（de）維護與改造也有重要的參考意義。