​數控機（jī）床機械手換刀裝置故障與維修

在數控機床的維（wéi）修中，與換刀相（xiàng）關的故障極為多見。本文基於機械手換（huàn）刀裝置的結構與（yǔ）動（dòng）作控製，結合維修實例，歸納常見故障現象、原因及（jí）處理措施，在數控機床的維修與改造中具有較大的（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心高（gāo）精度、高效率的重要原因之一在於其一次裝夾、多工（gōng）序自動加工，而實現這一功能的關鍵（jiàn）在於自動換刀裝置。由於自動換刀裝置工作頻度（dù）高、控製機構複雜，包括（kuò）刀庫、刀具交換以及驅動（dòng）等部分，因此出現故障的幾率也大，在數控（kòng）機床的維修中占有相當大的比例。了解其結構特點與（yǔ）控製機理，熟悉換刀的動作流程，總結歸納常（cháng）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、準確地診斷並排除故障，提高維修（xiū）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（dòng）換刀功（gōng）能（néng）的（de）實現有多（duō）種方式。按是否由機械手換刀（dāo）可將其分（fèn）為兩類：無機械手換刀（如鬥笠式）大多依靠（kào）主軸與（yǔ）刀庫間的軸（zhóu）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（hái）回刀庫換刀位的空刀（dāo）座上，然後刀（dāo）庫旋轉使（shǐ）下一工序所需刀具進入換刀位置，主軸再從刀庫取走新（xīn）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（dòng）和轉動，因此換刀（dāo）時間長，加工效率低，刀庫的容量也較小；目（mù）前（qián）數控機床（chuáng）更多采用的是機械手換刀，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、取刀同時進行，換（huàn）刀時間大大（dà）縮短，而且刀庫（kù）容量不受換刀機構（gòu）限製（zhì）。

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（shǒu）縱向導軌

6.取刀機械手橫（héng）向導軌

刀（dāo）庫按刀（dāo）具的布局可分為盤式、鏈式和格（gé）子（zǐ）式三種。盤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，格子式刀庫刀具縱橫排（pái）列。盤式刀庫空間利用率低、容量小，一般用於小型加工中心。鏈式與格子式（shì）刀（dāo）庫空間利用率高、容量大，用於中型與大型數（shù）控加工中心。刀庫的作用不僅是（shì）存放加工（gōng）過程中所需（xū）要的刀具，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式有液壓、伺服和交流異步電動機驅動三種。液壓驅動需要足夠的液（yè）壓動（dòng）力，且運動的速度和準確性受油質、油壓、油溫（wēn）及環境等因素影響，一般（bān）用於（yú）不需（xū）要（yào）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（dù）快（kuài）、精度高、穩定（dìng）性強，但成本較高。交流（liú）異步電動機驅動的換刀裝置，借助凸輪機構，換刀速度快（kuài）、定位準、穩定（dìng）性高、連貫（guàn）性好且（qiě）成本（běn）低（dī），廣（guǎng）泛用於頻繁（fán）換刀的中小型（xíng）加工中心。

2.機械手換刀動作流程與（yǔ）選刀方式

刀庫的選刀有順序選刀、刀具編碼選刀、刀座編碼選刀和隨機（jī）選刀四種方式。機械（xiè）手換刀大多采用隨機換刀方式，從主軸取下的刀具就（jiù）近放入刀庫中剛取走刀具的換刀位刀座內，取刀與還刀同步完成。其（qí）原理是在存儲器中建立換（huàn）刀數據表，表中存儲單元的地址與刀座編號及（jí）主軸相對應，因此數據（jù）表的容量為刀庫中刀座數加1，存（cún）儲單元中（zhōng）的數據與刀（dāo）具編號一一對應，如附表所（suǒ）示。換刀（dāo）時數據更新是先（xiān）將（jiāng）主軸所對應的存儲單元中的數據（換刀前刀具的編號）寫（xiě）入刀庫（kù）換刀位刀座所對應的存儲單元中，再將（jiāng）換刀（dāo）指令中（zhōng）的刀具編號寫入主軸所對應的存儲單元（yuán），完成主軸（zhóu）與換刀位刀具編號的對（duì）換（huàn）。假設數據表存（cún）儲單元首地址為D300，該（gāi）地址所對應存（cún）儲單元（yuán）中存放的數據即為主軸上（shàng）刀具的編號，地址為D301～D（300+n）的存（cún）儲單元中的數據，即（jí）刀庫中從1#～n#刀座上（shàng）刀具的編號。

3.機械手換（huàn）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，根據其結構特點及換（huàn）刀動作過程，歸（guī）納刀庫及機械手兩大方麵常（cháng）見故障（zhàng）現象、產生原因與采（cǎi）取措施如下。

（1）刀庫故障。

①常（cháng）見故障1：刀庫（kù）不（bú）能轉動。可能原因：電動機軸與蝸杆軸的聯軸器鬆動（dòng）；變（biàn）頻器故障（zhàng），電動機不得電；接（jiē）近開關或磁簧（huáng）開關故障；PLC無輸出控製，或PLC有輸出但接口板中的繼電器（qì）失效；氣壓低。常用（yòng）措施：檢查調整（zhěng）聯軸器；檢查變頻器的輸入（rù）、輸出電壓是否正常；通過PLC的IO監控畫麵檢查IO狀態，調整或更（gèng）換接近開關或磁（cí）簧開關，檢（jiǎn）查或（huò）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（néng）原因：電動機剎車器磨損。常用措施：調整電（diàn）動機（jī）剎車器（qì）中調節螺釘。

③常見故障3：換刀位刀座在倒刀時不正常。可能原因：氣（qì）壓不符合（hé）要求（qiú）、止動螺絲鬆動、氣缸損壞、倒刀（dāo）電（diàn）磁閥接觸不良或損壞、刀具超（chāo）重或超長。常用措（cuò）施：調整氣壓到（dào）符合（hé）要求、鎖緊（jǐn）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（gù）障4：刀套（tào）上下不到位。可能原因：安（ān）裝調整不當或撥叉位置不正確、限位開關安裝不正確或調整不當（dāng），造成反饋信號（hào）錯誤。常用措施：檢查、調整撥叉或限位開（kāi）關位置，或更換（huàn）元件。

⑤常見故障5：倒刀時刀具掉落。可能原因：刀套（tào）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（yòng）措施：調整或更換元器（qì）件。

⑥常見故障6：刀套破裂（liè）。可能原因：刀套未定位前有倒（dǎo）刀動作或未回位（wèi）前刀盤轉動、裝入刀具時（shí）撞壞。常用措施：調整刀盤定位近接開（kāi）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：電（diàn）源缺相或電壓不正確、剎車燒壞、刀（dāo）具超重、組件不能運轉。常用措施：檢查接觸器接點是否損壞、電源是否缺相及電壓等級是（shì）否匹配；檢（jiǎn）測剎（chà）車器線圈是否損壞、接地（dì）是（shì）否正確；檢查刀具質量是否超（chāo）過允許值；檢查（chá）刀套滑動部位是否順暢（chàng）。

（2）機械手故障。

①常（cháng）見故障1：刀具夾不緊，時常掉刀。可能原因：卡爪彈簧的壓力（lì）太小、彈簧後麵的螺母鬆動、機械手卡緊鎖不起作用、刀具超重。常用措施：擰緊（jǐn）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（néng）原因：卡爪彈簧壓合過緊（jǐn），卡（kǎ）爪縮不回。常用措（cuò）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（néng）原因：換刀時主軸箱（xiāng）沒回到換刀點或換刀點漂移；機械手抓刀時沒有到位就開始打刀或拔刀、刀臂及刀具的夾刀點不（bú）正（zhèng）確，打刀缸（gāng）鬆拉刀位置不準確，打刀（dāo）缸壓力不夠，鬆刀不正常、刀具太重、刀（dāo）臂變形。常用（yòng）措施： 應重設定換刀點（diǎn）；校正夾刀點（diǎn）、調整打刀缸鬆刀行程、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：電路（lù）接觸不良、無夾刀或鬆刀信號、刀（dāo）臂彎曲。常用措施：執行手動換刀，檢查是否電路故（gù）障；用PLC監看夾刀（dāo）或鬆刀信號，調整近接開（kāi）關位置（zhì）、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（gù）障。

故障診斷與排除方法：

①檢查機械手手臂上兩個卡爪的（de）彈簧及附件，沒有（yǒu）發現異（yì）常，說明（míng）機械手夾持刀具沒（méi）有問題。

②拆開主軸檢查碟簧能否對刀具夾持（chí）緊固，發現碟簧（huáng）完好。

③打開PLC的I O監控畫麵，反複按壓（yā）主軸刀具（jù）夾緊到位行程開（kāi）關，發現其（qí）“0”、“1”狀態與實際動作不一致，說明（míng）該行程開關有問題,更換後故障排除。

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

故障診斷與排（pái）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（diào）整其位置後，機床恢複（fù）正常。但一段時間之後（hòu），再次出現此故障，檢查限位開關沒有鬆動，但卻沒有壓合，進一步檢查發現液（yè）壓缸拉杆頂端鎖緊螺母的緊固螺釘鬆動，致使液壓缸伸縮（suō）的行程發生了變化；調整鎖緊螺母並擰緊緊固螺釘後（hòu），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，不但有助於提高維（wéi）修數控機床（chuáng）的效（xiào）率與質量，對機床的維護與改（gǎi）造也有重要的（de）參考意義（yì）。