​數控機床機械（xiè）手換刀裝置故障與維修

在數控機床的維修中，與換刀（dāo）相關的（de）故障（zhàng）極（jí）為多見。本文基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、原因及處理措施，在數控機床（chuáng）的維修與改造中具有較大的現實意義，值得認（rèn）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（chóng）要原因（yīn）之一在於其一次裝夾、多工序自動（dòng）加工，而實現這一功能的關鍵在於（yú）自動換刀裝置。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（de）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（qí）結構特點與控製機理，熟悉換刀的動作流程（chéng），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（yú）快速、準確（què）地診斷並排除故障，提高維修工作（zuò）的質量與效率。

1.機械（xiè）手換刀裝置的結構（gòu）

數控機床自動換刀功能的實現有多種方式。按是否（fǒu）由機械手換刀可將其分為兩類：無機械手換刀（如（rú）鬥笠式）大（dà）多依（yī）靠主軸（zhóu）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刀位的空（kōng）刀座（zuò）上，然後刀庫旋轉使下一工序所需刀具進入換刀位置，主軸再（zài）從刀庫取走新的刀具，還刀（dāo）和取刀兩個動作隻能分步進行，加之主軸的軸（zhóu）向運動以及刀庫的移動和轉（zhuǎn）動，因此換刀時間長（zhǎng），加工效率（lǜ）低，刀庫（kù）的容量也較（jiào）小；目前數控機床（chuáng）更多采（cǎi）用的是機械手換刀，利用機械手快速、準確地對調刀庫中換（huàn）刀位與（yǔ）主軸上的刀（dāo）具，還刀、取（qǔ）刀同時進行，換刀（dāo）時間大大縮短，而且刀庫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（shǒu）

4.換刀位置刀座5.取刀機械手縱向導軌

6.取刀機械手橫向導軌

刀庫按刀具的布局可分為（wéi）盤式、鏈式和格子式三種（zhǒng）。盤式（shì）刀庫刀具呈圓周狀（zhuàng）分布，鏈式刀庫刀具布（bù）置在鏈條的各個（gè）環節（jiē）上，格子式（shì）刀庫刀具縱橫排列。盤式刀庫（kù）空間利用（yòng）率低、容量小，一般用於小型加工中心。鏈式與格子式刀庫空間利用率高、容（róng）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具，還負（fù）責把（bǎ）下一工（gōng）序所要使用的刀具準確（què）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（jī）驅動三種。液壓驅動需要足夠的液壓動力，且運動的速度和準確性受油質、油壓、油溫及環（huán）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）電動機驅動的換刀裝置換刀速度快、精度高、穩定性強（qiáng），但成本較高。交流異步電動機驅動的換（huàn）刀裝置，借助凸輪機（jī）構，換刀速度（dù）快、定位準、穩（wěn）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（huàn）刀動作流程與選刀（dāo）方式

刀庫的選刀（dāo）有順序選刀（dāo）、刀（dāo）具編碼選刀、刀座編（biān）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，從主軸（zhóu）取下的刀具就近放入刀庫中剛取走刀具的換刀位刀（dāo）座內，取刀與還（hái）刀同步完成。其原理是在存儲器（qì）中（zhōng）建立換刀數據表（biǎo），表中存儲單元的地址與刀座編號及主軸相對（duì）應，因（yīn）此數據表的容量為刀庫中刀座數加1，存儲單元中的數據與刀具編號一一對應，如附表所示。換（huàn）刀時數據更新是先將主軸所（suǒ）對（duì）應的（de）存儲單元中的數據（換（huàn）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（zhōng），再將換刀指令中（zhōng）的刀具編號（hào）寫入主軸所（suǒ）對應的存儲單元，完成主軸與換刀位（wèi）刀具編號的對換。假設數據表（biǎo）存儲單元首地址為D300，該地址（zhǐ）所對應存儲單元中存放（fàng）的數據即為主（zhǔ）軸（zhóu）上（shàng）刀具的編號，地址為D301～D（300+n）的存儲單（dān）元中的數據，即刀庫（kù）中從1#～n#刀座上刀具的編號。

3.機械手換刀裝置的常見（jiàn）故障與排除方法

在數控機床（chuáng）維修（xiū）的（de）過程中，經常出現與換（huàn）刀相（xiàng）關（guān）的故障，根據其結（jié）構特（tè）點及換刀動作過程，歸納刀庫及機械手兩大方麵（miàn）常見故障現象、產生原因與采取措施如下。

（1）刀庫故障。

①常（cháng）見故障（zhàng）1：刀庫不能轉動。可（kě）能（néng）原因：電動機軸與蝸杆（gǎn）軸的聯軸器鬆動；變（biàn）頻器故障，電動機（jī）不（bú）得電；接近開關或磁簧（huáng）開（kāi）關故障；PLC無輸出控製，或PLC有輸出但（dàn）接口板中的繼電器（qì）失效；氣壓低。常用措施：檢查調整（zhěng）聯軸器；檢查變頻（pín）器的輸入、輸出（chū）電壓是否正常；通過PLC的IO監控畫麵檢（jiǎn）查IO狀態，調整或更換接近開關或（huò）磁簧（huáng）開關，檢查或更換繼電器；調整氣壓達到規定（dìng）值。

② 常見故障2：刀（dāo）盤定位不（bú）準。可能原因：電動機剎車器（qì）磨損。常（cháng）用措施：調整電動機剎車器中調節（jiē）螺釘。

③常見故障（zhàng）3：換刀位刀座在倒刀時不（bú）正常。可能原因：氣壓（yā）不符合要求（qiú）、止動螺絲鬆動、氣缸損壞、倒刀電（diàn）磁閥接觸不良或損壞、刀（dāo）具超（chāo）重或超長。常用措施：調整氣（qì）壓到符合要求、鎖緊止動螺絲、更換氣缸、檢查電磁閥接點或（huò）更換元件、更換刀具。

④常（cháng）見故障4：刀套上下不到位。可能原因：安裝調整不當或撥叉位置不正確、限位開關安裝不（bú）正確或調整不（bú）當，造成反（fǎn）饋信號錯誤。常用措施：檢查（chá）、調整（zhěng）撥叉或限位開關位置，或更換元件。

⑤常見故（gù）障（zhàng）5：倒刀時刀具掉落。可能（néng）原因：刀套內彈簧夾力不（bú）夠或不能正（zhèng）常複位、刀柄和拉（lā）釘的距離不正確。常用措（cuò）施：調（diào）整（zhěng）或更（gèng）換元（yuán）器件。

⑥常見故障6：刀套破裂。可能原因（yīn）：刀套未定位前有倒刀動（dòng）作或（huò）未回（huí）位前刀盤轉動、裝入刀具時撞壞。常用措（cuò）施：調整刀盤（pán）定位近（jìn）接開（kāi）關或倒刀（dāo）氣（qì）缸磁簧開關位置、更換刀（dāo）套。

⑦常見故障7：電動（dòng）機燒壞。可能原因：電源缺（quē）相或電壓不正確、剎車（chē）燒（shāo）壞、刀具超重、組（zǔ）件不能運轉（zhuǎn）。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否匹配；檢測（cè）剎車器線圈是否損（sǔn）壞、接地是否（fǒu）正確；檢查刀（dāo）具（jù）質量是否超（chāo）過允許值；檢查（chá）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（dāo）。可能原因：卡爪彈簧的壓力太小、彈簧後麵的螺母鬆動、機械手（shǒu）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（kāi）。可能原因：卡爪（zhǎo）彈簧壓（yā）合過緊，卡爪縮不回。常用措施：調鬆螺母（mǔ）或更換彈簧，使最大載荷不超過（guò）額定值。

③常見故障3：刀具交換時掉（diào）刀（dāo）。可能原因：換刀（dāo）時主軸箱沒（méi）回到換刀點或換刀點漂移；機（jī）械手抓刀時沒有到位就開始（shǐ）打刀或拔刀、刀（dāo）臂及刀具的夾刀點不（bú）正確，打刀缸鬆拉刀位置不準確，打刀缸（gāng）壓（yā）力不夠，鬆刀不正常（cháng）、刀具太重、刀臂變形。常（cháng）用（yòng）措施（shī）： 應重設定換刀點（diǎn）；校正夾刀點、調整打刀缸鬆刀行程、調整壓力值、檢（jiǎn）查刀具質量（liàng）、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、無夾刀或鬆刀信號、刀臂彎曲。常用措施（shī）：執行（háng）手動換刀，檢查是否電路故障；用PLC監看夾刀或（huò）鬆刀信號，調整近接開關（guān）位置、調整（zhěng）或更換刀臂。

4.維修（xiū）實例

（1）案例1。

故障現象：加工中心（xīn）VMC1000C換刀時出現主軸掉刀故障。

故（gù）障診斷與排除方法：

①檢查機械（xiè）手手臂上兩個卡爪的（de）彈簧及附件，沒有發現異（yì）常（cháng），說明機（jī）械手（shǒu）夾持刀具沒有問題。

②拆開主軸檢查（chá）碟簧能否對（duì）刀具夾持緊固，發現碟簧完好。

③打（dǎ）開PLC的I O監控畫麵，反複按（àn）壓（yā）主軸（zhóu）刀具夾緊到（dào）位行程（chéng）開關，發現其“0”、“1”狀態與實際動作不一致，說明該行程開關有問題（tí）,更換後故障排除。

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

故障診斷與排除方法：打開PLC的IO監控畫麵，發現相應的（de）限位開關沒有（yǒu）壓合；調整其位置後，機床恢複正常。但一段時間之後，再次出現此故障，檢查限位開關沒有鬆動，但卻沒有壓合，進一步檢查（chá）發現液壓缸拉杆頂端鎖緊螺（luó）母的緊固螺釘鬆動，致使液壓缸伸縮的行程發生了變化；調整鎖緊螺母並擰緊緊固螺（luó）釘後，此故障排除。

5.結語

機械手換刀裝置是數控機床（chuáng）最重要的功能部件之一，掌握其結構特（tè）點、控製（zhì）機理，不斷總結歸納常見故障現象、原因及解決措施，不但有（yǒu）助於提高維修數控機床的效率與（yǔ）質量，對機床（chuáng）的維護與改造也有重（chóng）要的參考（kǎo）意義。