數控機床機械（xiè）手換刀裝置（zhì）故障與維修

在數控機床的維修中，與換刀相關的故障極為（wéi）多見。本文基於機械手換刀裝置的結構（gòu）與動作控製，結合維修實（shí）例，歸納常見（jiàn）故障現象、原因及處理措施，在數（shù）控機床的維修與改造中具有較大的（de）現實（shí）意義，值得認真探索、交流與推廣（guǎng）。

數控機床特別是數控加工中心高精度、高效率的重要原（yuán）因之一在於其一（yī）次裝夾、多工序自動加工，而實現這一（yī）功能（néng）的（de）關鍵在於自動換刀裝置。由於自動換刀裝置工作頻度（dù）高、控製機構複雜，包括刀（dāo）庫、刀具交換以及驅動等部分，因此（cǐ）出現故障的幾率也大，在數（shù）控機（jī）床的維修中占有相當大（dà）的比例。了解其結構特（tè）點與控製機（jī）理（lǐ），熟悉換刀的動作流（liú）程，總結歸納常見故障現象、原因及解決措施（shī），借鑒相關維修實例，有助於快速、準確地診斷並排除故障，提高維修工作的質量與效率。

1.機械（xiè）手換（huàn）刀裝置的結構

數控機床自動換刀功能的實現有多種方式。按是否由機械手換刀可將其（qí）分為兩類：無機械手換刀（如鬥（dòu）笠式）大多依靠主軸與刀庫間的軸向相對（duì）運動實現拔刀（dāo）與插刀，換刀時刀庫移至（zhì）換刀位置，主（zhǔ）軸先將刀具還回刀庫換刀位（wèi）的空刀座上，然後刀庫（kù）旋（xuán）轉使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（jù），還刀和取刀兩個（gè）動作隻能分（fèn）步（bù）進行，加之主軸的軸向運動以及刀庫的移動和轉（zhuǎn）動（dòng），因此（cǐ）換刀時（shí）間長，加工效率低，刀庫的容量（liàng）也（yě）較小；目前（qián）數控機床更多采用（yòng）的是機械手（shǒu）換刀，利用（yòng）機械手快速、準確地（dì）對調刀庫中換刀位與主軸上的刀具，還刀、取刀同時進行，換刀時間大大（dà）縮短，而且刀庫（kù）容量不受換刀機構限製。

1.刀具固（gù）定板架 2.刀座 3.換刀機械（xiè）手

4.換刀位置刀座（zuò） 5.取刀機（jī）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（shì）和（hé）格子式三種。盤式刀（dāo）庫刀具呈圓周狀分布，鏈式刀庫刀具布置在（zài）鏈條的各個（gè）環節上，格子式刀庫刀具縱橫（héng）排列。盤式刀庫空間利用率低（dī）、容量小，一般用於小型加工中心。鏈式與（yǔ）格子式刀庫空間利用率高、容量大，用於中型與大型數控加工（gōng）中心（xīn）。刀庫（kù）的作用（yòng）不僅是存放加工過程中所需要的刀具，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（yǒu）液（yè）壓、伺服和交（jiāo）流異步電動機驅動三種。液壓驅動需（xū）要足夠的液壓動力，且運動的速度和準（zhǔn）確性受油質、油壓、油溫及（jí）環（huán）境等因素影響，一般用於不需要頻繁換刀的大（dà）中型機床。伺服電動機驅動的換刀裝置換刀速度快、精度高、穩定性強，但成本較高。交流異步電動機驅動的換刀裝置，借助凸輪機（jī）構，換刀速度快、定位準、穩定性高（gāo）、連（lián）貫性好且成本（běn）低，廣（guǎng）泛（fàn）用於頻繁換刀的中小（xiǎo）型加工（gōng）中心。

2.機械手換刀動作流程與選刀（dāo）方式

刀庫的選刀有順序選刀、刀具編碼選（xuǎn）刀、刀座編碼選刀和隨機選刀四種方（fāng）式。機械手（shǒu）換刀大多（duō）采用隨機換刀方式，從主軸取（qǔ）下的刀具（jù）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。其原理是在存（cún）儲器中建立換刀數據表，表中存儲單元的地址與刀座編號及主軸（zhóu）相對（duì）應（yīng），因（yīn）此（cǐ）數據表的容（róng）量（liàng）為刀庫中刀座（zuò）數加1，存儲單元中的（de）數據與刀（dāo）具編號一一對應，如（rú）附表所示。換刀時數據更新是先將主軸所對應的存儲單元中的數據（換刀前刀具的編號）寫入刀庫換刀（dāo）位刀座所對應的存儲單元中，再將換刀（dāo）指令中（zhōng）的刀具編號寫入（rù）主軸所對（duì）應的存儲單元，完成主軸與換刀（dāo）位刀具編號的對換。假設數據表（biǎo）存儲單元首地址為D300，該地址所對應存儲單元中存放的數據即為主軸上刀具的編（biān）號，地址為（wéi）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（dāo）裝置的常見故障與排（pái）除方法

在數控機床維修的過程中，經常出現與換刀相關的（de）故障，根據其結構特點及換刀動作過程，歸納刀庫及機械手兩（liǎng）大方麵常見故障現象、產生原因與（yǔ）采取措施如下。

（1）刀（dāo）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（pín）器故（gù）障，電動機不得電；接近開關或磁簧開關故障；PLC無輸出控製，或PLC有輸出但接口板中的繼電器失（shī）效；氣壓低。常用措施：檢（jiǎn）查調整聯軸器；檢查變頻器的輸（shū）入、輸（shū）出（chū）電（diàn）壓（yā）是否正常；通過PLC的IO監控畫麵檢查IO狀態，調整或更換接近開關或磁簧開關（guān），檢查或更換繼電器；調整氣壓達到規定（dìng）值。

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

③常見故障3：換刀位刀座在倒刀時不正常。可（kě）能（néng）原因：氣壓不符合要求、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（zhǎng）。常用措施：調整氣壓到符合要求、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常見故障4：刀套（tào）上下不到（dào）位。可能原因：安裝調整不當或撥叉位置不正確、限（xiàn）位開關安裝不正（zhèng）確或調整不當，造成反饋信號錯誤。常用措（cuò）施：檢查、調整撥叉或限位開關位置，或更（gèng）換（huàn）元件。

⑤常見故障5：倒刀時（shí）刀具掉落。可能原因：刀套內（nèi）彈簧夾力不夠或不能正（zhèng）常複位、刀（dāo）柄和拉釘的距離（lí）不正確。常用措施：調整或更換元器件。

⑥常見（jiàn）故（gù）障6：刀套破裂（liè）。可能原因：刀套未定位前有倒刀動作或未回（huí）位前刀盤轉動、裝入刀（dāo）具時撞壞。常用措施：調整（zhěng）刀盤定位近接開關或倒刀氣缸磁簧開（kāi）關位置、更（gèng）換刀套。

⑦常見故障7：電動機燒壞。可能原因（yīn）：電源缺相或電壓不正確、剎車燒壞、刀具超重、組件（jiàn）不能運轉。常用措施：檢查接觸（chù）器接點是否損壞、電源是否缺相（xiàng）及電壓等級是否匹配；檢測剎車器線（xiàn）圈是否損壞、接地是否正確；檢查刀具質（zhì）量是否（fǒu）超過允許值；檢查刀套滑動部位是否順暢。

（2）機械手故障。

①常見故（gù）障1：刀具夾（jiá）不緊，時常掉刀。可能原因：卡爪彈簧的壓力太小（xiǎo）、彈（dàn）簧後麵的螺母（mǔ）鬆動、機械手卡緊鎖不起（qǐ）作用、刀具超重。常（cháng）用措施：擰緊彈簧（huáng）後螺母（mǔ）、調整（zhěng）或更（gèng）換卡緊鎖（suǒ）、更換彈（dàn）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（guò）緊，卡爪縮不回。常用措施：調鬆螺母（mǔ）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（jiāo）換（huàn）時掉刀。可能原因（yīn）：換刀時主軸箱沒回到換刀點或換刀（dāo）點漂（piāo）移；機械（xiè）手抓刀時沒有到位就開始（shǐ）打刀或拔刀、刀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，鬆刀不正（zhèng）常、刀具太重、刀臂變形。常用措（cuò）施： 應重設定換（huàn）刀（dāo）點；校正夾刀點（diǎn）、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（bì）。

④常見故障（zhàng）4：刀臂不回（huí）位。可（kě）能原因：電路接觸（chù）不良、無夾刀或鬆刀信號、刀臂彎曲。常用措施：執行（háng）手動換刀，檢（jiǎn）查是否電（diàn）路故（gù）障；用PLC監看夾刀或鬆刀信（xìn）號，調整近接開關位置、調（diào）整或更換刀臂。

4.維修實例

（1）案例（lì）1。

故障現象：加工中心（xīn）VMC1000C換刀時出現主軸掉刀故障。

故障診斷與排除方（fāng）法：

①檢查機械手手臂上（shàng）兩個卡爪的彈（dàn）簧（huáng）及附件，沒有發現異常，說明機（jī）械手夾持刀具沒有問題。

②拆開主軸檢查碟簧能否（fǒu）對刀具夾持緊固（gù），發現碟簧完好。

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”狀態與實際動作不一致，說明該行程（chéng）開關（guān）有問（wèn）題, 更換（huàn）後故障排除。

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

故障診斷與排（pái）除方法： 打開（kāi）PLC的IO監控畫麵，發現相應的限位開（kāi）關沒有壓合；調整其（qí）位置後（hòu），機床恢複正常。但（dàn）一段時間（jiān）之後，再次出現此故障，檢（jiǎn）查限位開關沒有鬆（sōng）動，但卻沒有（yǒu）壓合，進一步檢查發現液壓缸拉杆頂端鎖（suǒ）緊螺母（mǔ）的緊固螺釘鬆（sōng）動，致使液壓缸伸縮的行程發生了變化；調整鎖緊螺母並擰（nǐng）緊緊固螺釘（dìng）後，此故（gù）障排除（chú）。

5.結語

機械手換刀裝置（zhì）是數控（kòng）機床最重要的功能部（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（cuò）施，不但有助於提高維修數控機床（chuáng）的（de）效率與質量，對機床的維護與改（gǎi）造也有重要的參考意義。