數控機（jī）床機械手換刀裝置故障與維修（xiū）

在數控（kòng）機床的維修中，與換刀相關的故障極為多見。本文（wén）基於（yú）機（jī）械手（shǒu）換刀裝置的結構與動（dòng）作控製，結合維（wéi）修實例，歸納常見故障現象、原因及（jí）處理措施，在數控（kòng）機床的維（wéi）修與改造中具有較大的現實意義，值得認真（zhēn）探索、交流與推廣。

數控機床特別是數控加（jiā）工中心（xīn）高精度、高效率的重要原因之一在於其一次裝夾、多工序自（zì）動加工，而實現這一（yī）功（gōng）能的關鍵在於自（zì）動換刀裝置。由於自動換刀裝置（zhì）工作頻度高、控製機構複（fù）雜，包括刀庫、刀具交換以及驅動等部分，因此出現故障（zhàng）的幾率也大，在數控（kòng）機床的維修中占有相當大的比（bǐ）例。了解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（zhǔn）確地診斷並排除故障，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（huàn）刀功能的實現有多種方式。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（dà）多依靠主軸（zhóu）與刀庫間的軸（zhóu）向相對運動實現拔刀與（yǔ）插刀，換刀時刀庫移至換刀位置，主軸先（xiān）將刀具還回刀庫換刀位的空刀座上（shàng），然後刀庫旋（xuán）轉使下（xià）一工（gōng）序所需刀具進入換刀位置，主軸再從（cóng）刀庫取走新的刀具，還刀和（hé）取刀兩個動作隻能分步進行，加之主軸的軸向運（yùn）動以及刀（dāo）庫的移動和轉動，因此換刀時間長，加工效率低，刀庫（kù）的容量也較小；目前數控機床更多采用的是機械手換刀，利用機（jī）械手快速、準（zhǔn）確地（dì）對（duì）調刀庫中換刀位與主軸上的刀具，還（hái）刀、取（qǔ）刀（dāo）同時進行，換刀時（shí）間大大縮（suō）短（duǎn），而且刀庫（kù）容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（dāo）座 5.取（qǔ）刀機械手縱向導（dǎo）軌

6.取刀機械手橫向導（dǎo）軌

刀庫按刀具的布（bù）局可分為盤式、鏈式和格子式三種（zhǒng）。盤式刀庫刀具呈圓周狀分布，鏈式刀庫刀具布置在（zài）鏈條的各（gè）個環節上，格子式刀庫刀具縱橫排列。盤式刀庫空間利用率低、容量小（xiǎo），一般用於（yú）小型加工中心。鏈式與格子式刀庫空間（jiān）利用率高、容量大，用（yòng）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（guò）程中所需要的刀具，還負責把下一工序所要（yào）使（shǐ）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（yè）壓、伺服和交流異步電動機（jī）驅動三種。液壓驅動需要足夠的液壓動力，且運動的速度和準（zhǔn）確性受油質、油（yóu）壓（yā）、油溫及環境等因素影響，一般用（yòng）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換刀速度（dù）快（kuài）、精度高、穩定性強，但（dàn）成本（běn）較高。交流異（yì）步電動機（jī）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（dī），廣泛（fàn）用於頻繁（fán）換（huàn）刀的中小型加工（gōng）中心。

2.機械手換刀動作流程與選刀（dāo）方式

刀庫的選刀有順序（xù）選刀、刀具編碼選刀、刀座（zuò）編碼選刀和隨機選刀四種方式。機械手換刀大（dà）多采用隨機換刀方式（shì），從主（zhǔ）軸取下的（de）刀具就近放入（rù）刀庫（kù）中剛取走刀具的換刀位（wèi）刀座（zuò）內，取（qǔ）刀與（yǔ）還刀（dāo）同步完成。其原理是在存儲器中建立換刀數據表，表中存儲單元（yuán）的地址與刀座編號及主軸相對應，因此數據表（biǎo）的（de）容量為刀庫中刀座數（shù）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（zhóu）所（suǒ）對應（yīng）的存儲單元中的數據（換刀前（qián）刀具的編號）寫入刀庫換刀位刀座所（suǒ）對應的存儲單元（yuán）中，再將換刀（dāo）指令中的刀具編號寫入主軸（zhóu）所對應（yīng）的存儲單元，完成主軸與換刀位刀具編號的對換。假設數據表（biǎo）存（cún）儲單元首地址為D300，該（gāi）地址所對（duì）應存（cún）儲單元（yuán）中存放的數據即為主（zhǔ）軸上刀具的編號，地址為D301～D（300+n）的存儲單（dān）元（yuán）中的數（shù）據，即刀庫中從1#～n#刀座上（shàng）刀具的編號。

3.機械手換刀裝置的常見故障與排除方（fāng）法

在數控（kòng）機床維修的過程中（zhōng），經常出現與（yǔ）換刀相關的故障，根據（jù）其結構特點及（jí）換刀（dāo）動作過程，歸納刀庫（kù）及機（jī）械手兩大方麵常見故障現（xiàn）象、產生原因與采（cǎi）取措施如下。

（1）刀（dāo）庫故（gù）障。

①常見故障1：刀（dāo）庫（kù）不能轉動。可能原因：電動機軸與（yǔ）蝸（wō）杆軸的聯軸器鬆（sōng）動；變（biàn）頻器（qì）故障（zhàng），電動機不得電；接近（jìn）開關或磁簧開（kāi）關故障；PLC無輸出（chū）控製，或PLC有輸出但接口板中（zhōng）的繼電器失效；氣壓低。常用措（cuò）施：檢查調整（zhěng）聯軸器；檢查變（biàn）頻器的輸入、輸出電壓是否正常（cháng）；通過（guò）PLC的（de）IO監控畫麵檢查IO狀態，調（diào）整（zhěng）或更換接近開關或磁簧開關，檢查或更換繼電器；調整氣壓達到規定值。

② 常（cháng）見（jiàn）故障2：刀盤定位（wèi）不準。可能原因：電動機剎車器磨損。常（cháng）用措施：調整（zhěng）電動機剎車器中調節螺釘（dìng）。

③常見故障3：換刀位刀座在倒（dǎo）刀時不正（zhèng）常。可能原因：氣壓（yā）不符合要（yào）求、止動螺絲鬆動、氣缸損壞、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（yào）求、鎖緊止動螺絲、更換氣缸、檢（jiǎn）查電磁閥接點或更換元件、更換刀具。

④常見故障4：刀套上下（xià）不到位。可（kě）能原因：安裝調整不當或（huò）撥叉位置不正確（què）、限位開關安裝不正確（què）或調整不當，造成反饋信號錯（cuò）誤。常用措施：檢查、調整撥（bō）叉或限（xiàn）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（dāo）套內彈簧夾力不夠或不能正常複位、刀柄和拉釘的距離不（bú）正確。常用措施：調整或更換元器（qì）件。

⑥常見故障（zhàng）6：刀套破裂。可能原因：刀套未（wèi）定位前有倒刀動作或未（wèi）回位前刀盤（pán）轉動（dòng）、裝入刀具時撞壞。常用措施（shī）：調整刀盤定位近（jìn）接開關或倒刀氣缸磁簧開關位置、更換刀套。

⑦常見故障7：電（diàn）動（dòng）機（jī）燒壞。可能原因：電源（yuán）缺相（xiàng）或電壓（yā）不正確、剎車燒壞、刀具超重、組件不能運轉。常用措施：檢查接（jiē）觸器接（jiē）點是否（fǒu）損壞、電源是否缺相及電壓等級是否匹配；檢（jiǎn）測剎車器線圈是否損壞、接地是否正確；檢（jiǎn）查（chá）刀具質量是否超過允許值；檢查刀套滑動部位是否順（shùn）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：卡爪彈（dàn）簧的（de）壓力太小、彈簧後麵的螺母鬆動、機械手卡（kǎ）緊鎖不起作用、刀（dāo）具超重。常用措施：擰緊彈簧後螺母、調整或更換卡（kǎ）緊（jǐn）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：卡爪彈簧壓合過緊，卡爪縮不回。常（cháng）用措施：調鬆螺母或更換彈簧，使最大載荷不超過（guò）額定值。

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（diǎn）不正確，打刀缸鬆拉刀位置不準（zhǔn）確，打刀缸壓力不夠，鬆刀不正常、刀具太重、刀臂變（biàn）形。常用措施： 應重設定換刀點；校正夾刀點、調整打刀（dāo）缸鬆刀行程、調整壓力值、檢（jiǎn）查刀具（jù）質量（liàng）、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（dāo）或鬆刀信號、刀臂彎曲。常用措施（shī）：執行手動換（huàn）刀，檢查是（shì）否電路故障；用PLC監看夾刀或（huò）鬆刀信號，調整近接開關（guān）位置、調（diào）整（zhěng）或更換刀臂。

4.維修實例（lì）

（1）案例1。

故障現象：加工中心VMC1000C換（huàn）刀時出現主軸掉刀故（gù）障。

故（gù）障診斷（duàn）與排除（chú）方（fāng）法（fǎ）：

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

②拆開主（zhǔ）軸檢查碟簧（huáng）能否對刀具夾持緊固，發現碟簧完好（hǎo）。

③打開PLC的I O監控畫麵（miàn），反（fǎn）複按壓主軸刀具夾緊（jǐn）到位行程開關，發現其“0”、“1”狀態與實際動作不一（yī）致，說明該行程開關有問題, 更換後故障排（pái）除。

（2）案例（lì）2。故障現（xiàn）象：加工中心BX-110P機械手取（qǔ）送（sòng）刀具（jù）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（hé）；調整其位置後，機（jī）床恢複正（zhèng）常。但一段時間之後，再次出（chū）現此故障，檢查限位開關沒有鬆動，但卻沒有壓合，進一步檢查發現液壓缸拉杆頂（dǐng）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變化；調整鎖緊（jǐn）螺母並擰緊緊固螺釘後，此（cǐ）故障排除（chú）。

5.結語

機械手換刀裝置是數控機床最重要的功能部件之一，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（jiě）決措施，不但有助於提高維修數控（kòng）機床的效率與質量，對機床的維護與改造也有重要（yào）的參（cān）考意義。