數控（kòng）機床機械手換刀裝置故障與維修

在數控機床（chuáng）的維修中（zhōng），與（yǔ）換刀相關的故障極為多（duō）見。本文基於機械手換刀裝置的結構與動（dòng）作控製，結合維修實例，歸納常見故障現象、原因及處理措施，在（zài）數控機床的（de）維（wéi）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。

數控機床特別是（shì）數控加工中心高（gāo）精度、高效率的（de）重要原因之一在於其一次裝（zhuāng）夾、多工序自動加（jiā）工，而實現這一功能的（de）關鍵在於自動換刀裝置。由於自動換刀裝（zhuāng）置工作頻度高、控製機構複雜，包括刀庫、刀具交換以及驅動等部分，因此出現故障的幾率（lǜ）也大，在數控機床的（de）維修中占有相當大的比例（lì）。了解其結構特點與控製（zhì）機理，熟悉換刀（dāo）的動作流程，總結歸納常見（jiàn）故障現象、原（yuán）因及解決措（cuò）施，借鑒相（xiàng）關維修實例，有助於快速、準確地診斷並排除故障，提高維（wéi）修工作的質量與（yǔ）效率（lǜ）。

1.機械手換刀（dāo）裝置的結構

數控機床自動換刀功能的實現有多（duō）種方式。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（zhóu）向相對運動實現拔（bá）刀與（yǔ）插刀，換刀（dāo）時（shí）刀（dāo）庫移至換刀位置，主軸先將刀（dāo）具還回刀庫（kù）換刀位的空（kōng）刀（dāo）座上，然後刀庫旋轉使下一工序（xù）所需刀具進（jìn）入換刀（dāo）位置，主軸再從刀庫取走新的刀（dāo）具，還刀和取刀兩（liǎng）個動作隻能分步進行，加之主軸（zhóu）的軸向運動以及刀（dāo）庫的移（yí）動和（hé）轉動，因此換刀時間長，加工效率低，刀庫的容（róng）量也較（jiào）小；目前數控（kòng）機床更多采用的是機（jī）械手換刀，利用機械手快速、準確地對調（diào）刀庫（kù）中換（huàn）刀位與主軸上的刀具，還（hái）刀、取刀同時進行，換刀時間大（dà）大縮（suō）短，而（ér）且（qiě）刀庫容量不受（shòu）換刀機構限製。

1.刀具固定板架 2.刀（dāo）座 3.換刀機械手

4.換刀位置刀座 5.取刀機械（xiè）手縱向導軌

6.取刀機械手橫向導軌

刀（dāo）庫按刀具的布（bù）局可分為盤式、鏈式和格子式三種。盤式刀庫刀具呈圓周狀分布，鏈式刀庫刀（dāo）具布置在鏈條的各個環節上（shàng），格子式刀庫刀具縱橫排列。盤式（shì）刀庫空（kōng）間利用率低、容量小（xiǎo），一般用於小型加工中心（xīn）。鏈式與格子式（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（dāo）具，還負責把下一工序所要使用的刀具準確地送到換刀位置。

刀具交換裝置的驅動方（fāng）式有液壓、伺服和交流異步電動（dòng）機驅動三種。液壓驅動（dòng）需要足（zú）夠的（de）液壓動力，且運動的（de）速度和（hé）準確性受油質、油壓、油溫及環境等因素（sù）影響，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（zhì）換刀速（sù）度快、精度高、穩定性（xìng）強，但成本較高。交流異步電動機驅動的換刀裝（zhuāng）置，借（jiè）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加工中（zhōng）心（xīn）。

2.機（jī）械手（shǒu）換刀動作流程與選（xuǎn）刀方式

刀庫的選刀有順序選刀、刀具編碼選（xuǎn）刀、刀座編碼選刀和隨機選刀四種方式。機械手換刀大（dà）多采用（yòng）隨機換（huàn）刀方式，從主軸取下的刀具就近放入刀庫（kù）中剛取（qǔ）走（zǒu）刀具（jù）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（dāo）數據表，表中存儲單元的地址與刀座編號（hào）及主軸相對應，因此（cǐ）數據表的容量為刀（dāo）庫（kù）中刀座數加1，存儲單元中的數據與刀具編號一一對應，如（rú）附表所示。換刀（dāo）時數據更新（xīn）是先將主軸所對應的存（cún）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（suǒ）對應的存儲單元中，再將換刀指令中的刀具編號寫入主軸所對應的存儲單元，完成（chéng）主軸與換刀位刀具編號的對換。假設數據表存儲單元（yuán）首地址為D300，該地址所對應存儲單元中存（cún）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#刀座上刀具的編號。

3.機械手換刀裝置的常見故障與排除方法

在數控機（jī）床維修的過程中，經常出現與換刀相關的故障，根據其結構特點及換刀（dāo）動作過程，歸納刀庫及機械手兩大方（fāng）麵常見故（gù）障現象、產生原因與采取措（cuò）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（gǎn）軸的聯軸器鬆動；變頻器故障，電動機不得電；接近開關或磁（cí）簧開關故障；PLC無輸出控製，或PLC有輸出但接口板中的繼電器失效；氣壓低。常用措施：檢查調整聯（lián）軸器；檢查變頻器的輸入、輸出電（diàn）壓是否正常；通過PLC的（de）IO監控畫麵（miàn）檢查IO狀態，調整或更換接近開關或磁簧開（kāi）關（guān），檢查或更換繼（jì）電器；調整氣壓達到（dào）規定值。

② 常見故障2：刀盤定位不準。可（kě）能（néng）原因：電動機剎車器（qì）磨損。常用措施：調整電動機（jī）剎車器中調節（jiē）螺釘。

③常見故障3：換刀位（wèi）刀座在倒刀時不正常。可能原因：氣壓不符合要求、止動螺絲（sī）鬆動、氣缸損壞、倒刀電磁閥接觸不良或（huò）損壞、刀具超重（chóng）或（huò）超長。常用措施：調整氣壓到（dào）符合要求、鎖緊止動螺絲、更換氣缸、檢查電磁閥（fá）接點或更換元件、更（gèng）換刀具。

④常（cháng）見（jiàn）故障4：刀套上下不到位。可能原因：安裝調（diào）整不當或撥叉（chā）位（wèi）置（zhì）不（bú）正確、限位開關安裝不正確或調整不當，造（zào）成反饋信號錯（cuò）誤。常（cháng）用措施：檢查、調整撥叉或限位開關（guān）位（wèi）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能正常複位、刀柄和（hé）拉釘的距離不（bú）正確（què）。常用措施：調整或更換元器件。

⑥常見故障6：刀套破裂。可能原因：刀套未定位前有倒刀（dāo）動（dòng）作或未回位前刀盤轉（zhuǎn）動、裝入刀具時撞壞（huài）。常（cháng）用措施：調整刀盤（pán）定位近接開關或倒刀氣缸磁（cí）簧（huáng）開關（guān）位置（zhì）、更換刀套。

⑦常見故障7：電動機燒壞。可（kě）能原因：電源（yuán）缺相或電壓不正確、剎車（chē）燒壞、刀具超重、組件不能運轉。常（cháng）用措施：檢查接觸器接點是否（fǒu）損壞、電源是（shì）否缺相及電壓等（děng）級（jí）是否（fǒu）匹配（pèi）；檢測剎車器線圈是否損壞、接地是否正確；檢查刀具質量是否超過允許值；檢（jiǎn）查刀套滑動部位（wèi）是否順暢。

（2）機械手故障。

①常見故障1：刀具夾不緊，時常掉刀。可能原因：卡（kǎ）爪彈簧（huáng）的壓力太小、彈簧後麵的螺母鬆動、機械（xiè）手（shǒu）卡緊鎖不起（qǐ）作（zuò）用、刀（dāo）具超重（chóng）。常（cháng）用（yòng）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。

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

③常見故障3：刀（dāo）具交換時掉（diào）刀。可能原因：換刀時主軸（zhóu）箱沒回到換刀點或換（huàn）刀點漂移；機械手抓刀時沒有到位就開始打刀或拔刀、刀（dāo）臂及刀具的夾刀點不正確，打刀缸鬆拉刀位置不準確，打刀缸壓力不夠，鬆刀（dāo）不正常、刀具太重、刀臂變形。常用措施： 應重設定換（huàn）刀點；校正（zhèng）夾刀（dāo）點、調整打刀（dāo）缸（gāng）鬆刀行程、調整壓力（lì）值、檢查刀具（jù）質量（liàng）、更換刀（dāo）臂。

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

4.維修實例

（1）案例1。

故障（zhàng）現象：加工中心VMC1000C換刀時出現主（zhǔ）軸掉刀故障。

故障診斷與排除方法（fǎ）：

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

②拆開（kāi）主軸（zhóu）檢查（chá）碟簧（huáng）能否對（duì）刀具夾持緊（jǐn）固，發（fā）現（xiàn）碟簧完好（hǎo）。

③打（dǎ）開PLC的I O監控畫麵，反（fǎn）複（fù）按壓主軸刀具夾緊到位（wèi）行程開關，發現其“0”、“1”狀（zhuàng）態與實際動作不一致，說明該行程開（kāi）關有問題, 更換後故障排除。

（2）案例2。故障現象：加（jiā）工中（zhōng）心BX-110P機械手取送刀具時不（bú）能縮爪。

故障診斷（duàn）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（wèi）置後，機床恢複正（zhèng）常。但一段時間之後，再次（cì）出現此故障，檢（jiǎn）查（chá）限（xiàn）位開關沒有鬆（sōng）動，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（dòng），致使液壓缸伸縮的（de）行程（chéng）發生了變化；調整（zhěng）鎖緊螺母並擰緊緊（jǐn）固螺釘後，此故障排除。

5.結語

機械手換刀裝置是數（shù）控機床最重（chóng）要的功能部（bù）件之一，掌握其結構特點、控製機理，不斷總結歸納常見故障現象、原因及解決措施，不但（dàn）有助於提高維（wéi）修數控機床的效率與質量，對機床的（de）維護與（yǔ）改造也有重要的參考（kǎo）意義。