​數控機床機械手換（huàn）刀（dāo）裝置故障與維修

在數控機床的維修中，與換（huàn）刀相關的故障極為多見。本文基於機械手換刀裝置（zhì）的（de）結（jié）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，在數控機床的維修與改造（zào）中具有較大的現實意（yì）義，值得（dé）認真探（tàn）索、交流與推廣。

數控機床特別是數控加工中心高精度、高（gāo）效率的重要原因之一在於其一次裝夾、多工序自動加工，而實現這一（yī）功能的關鍵在於自動換刀裝置。由於自動換刀裝置工作頻度高、控製機（jī）構複雜，包括刀庫、刀具交換以（yǐ）及驅動等部分，因此出（chū）現故障的幾率也大，在數控機床的維修中占有相當大的比例。了解其結構特點與控製（zhì）機理，熟悉換刀的動作（zuò）流程，總結歸納常見故障現象、原因及（jí）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（chú）故障，提高維修（xiū）工（gōng）作（zuò）的質量與效率（lǜ）。

1.機械手換刀裝置的結構

數控機（jī）床自動換刀（dāo）功能的（de）實（shí）現有（yǒu）多種方式。按是否由機械手換刀可（kě）將（jiāng）其分為兩（liǎng）類：無機械手換（huàn）刀（如（rú）鬥笠式）大多依靠主軸與刀庫間的軸（zhóu）向相對運動實現拔刀與插刀，換刀時刀庫移至換刀位置，主軸先將刀具還回刀庫換刀（dāo）位的空刀座上，然後（hòu）刀庫旋轉使下一工序所需刀具（jù）進入換刀（dāo）位置，主軸再從（cóng）刀庫取走新的刀（dāo）具，還刀和取刀兩個（gè）動作隻能分步進行，加之主軸的軸向運動以及刀庫的移動和轉動（dòng），因此換刀時間長，加工效率（lǜ）低，刀庫的容量也較小；目前數控機床更多采用的是機械手換刀，利用機械手快速、準（zhǔn）確地對調刀庫中換（huàn）刀位與主軸上的（de）刀具，還刀、取刀同時進行，換刀時（shí）間大大（dà）縮短，而且（qiě）刀庫容量不受（shòu）換刀機構限製。

1.刀具固定（dìng）板架（jià）2.刀座3.換刀機械手

4.換（huàn）刀位置刀座5.取刀機械手縱向導軌（guǐ）

6.取刀機械手橫向導軌

刀庫按（àn）刀具的布局可分為盤式、鏈式和格子式三種。盤式刀庫刀具呈圓周狀分布，鏈式刀庫刀具布置在鏈條的各個環節上，格子式（shì）刀庫刀具縱（zòng）橫排（pái）列（liè）。盤（pán）式刀庫空間利用率低（dī）、容（róng）量小，一般用於小型加工（gōng）中心。鏈式與格子式刀庫空間利用率（lǜ）高、容量大，用於中型與（yǔ）大型數控加工中心。刀庫的作用（yòng）不僅是存放加工過程中所需要的刀具，還負責（zé）把下一工序（xù）所要使用的刀具準確地送到換刀位置。

刀具交換裝（zhuāng）置的驅動方式有液壓、伺服（fú）和交流異步電動機驅動三種。液壓（yā）驅動需（xū）要足（zú）夠的液壓（yā）動力，且（qiě）運動的速度和準確（què）性（xìng）受油質、油壓、油溫及（jí）環境等因素影響，一般用於不需要頻（pín）繁換刀的大中（zhōng）型機（jī）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（qū）動的換刀裝置，借助凸輪機構，換刀速度快、定位準、穩（wěn）定性高、連貫性好且成本低（dī），廣泛用（yòng）於頻繁換刀的中小型加工中心。

2.機械手換刀動作流程與選刀方式

刀（dāo）庫的選刀有順序選（xuǎn）刀、刀具編碼選刀、刀座編碼選刀和隨機選刀四種方式。機械手換刀大多采用隨機（jī）換刀方（fāng）式，從主軸取下的刀具就近放入刀庫（kù）中剛（gāng）取走刀具（jù）的換刀位刀座內（nèi），取刀與還刀（dāo）同步完成。其原理是在存儲（chǔ）器（qì）中建立換刀數據表，表中（zhōng）存儲單元的地址與刀座編號及主軸相對應，因此數據表的容量為（wéi）刀庫中刀（dāo）座數加（jiā）1，存儲單元中的數（shù）據與刀具編號一一對應，如附表所示。換刀時數（shù）據更新是（shì）先將主（zhǔ）軸所對應的存儲單元中的數據（換刀前刀具的編號）寫入刀庫換刀位刀座所對應的存儲單（dān）元中，再將（jiāng）換刀（dāo）指令中的刀（dāo）具編號寫入主軸所對應的存儲單元（yuán），完成主軸與換刀位刀具編號的對換。假設數據表存儲單元首地（dì）址為D300，該地址所對應存儲單元中存放的數據（jù）即為主軸上刀具的編（biān）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（de）編號。

3.機械手換刀裝置的常見故障與排除方法

在（zài）數控機床（chuáng）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動（dòng）作過程，歸納刀庫及機械手（shǒu）兩大方麵常見故障現象、產生原因與采取措施如下。

（1）刀庫故（gù）障。

①常見故障1：刀（dāo）庫不（bú）能轉動。可能原因：電動機軸與蝸杆軸的聯軸器鬆動（dòng）；變頻器故障，電動（dòng）機（jī）不得電；接近開關或磁簧開關故障；PLC無輸出（chū）控製，或PLC有輸出但接口板中的繼電（diàn）器失（shī）效；氣壓低（dī）。常用措施：檢查調整聯軸器；檢查變頻器的輸入（rù）、輸（shū）出電壓是否（fǒu）正常；通過PLC的IO監控畫麵檢查（chá）IO狀態，調整或更換接近開關或磁（cí）簧開關，檢查或更換繼電器；調整氣壓達到規定值。

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

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、止動螺絲鬆（sōng）動、氣缸損壞、倒刀電磁閥接觸（chù）不良或損壞、刀具超重或超長。常用（yòng）措施：調整氣壓到符合要求、鎖緊止動螺絲、更換氣缸、檢查電（diàn）磁閥接點或更換元件、更（gèng）換刀具（jù）。

④常見故障4：刀套上下不到（dào）位。可能原因：安裝調（diào）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，造成反饋信號錯誤。常用（yòng）措施：檢查、調整撥叉或限位開關位置，或更換元件。

⑤常（cháng）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、刀柄和拉釘的（de）距離不正確。常（cháng）用措施：調整或更換元器件。

⑥常（cháng）見故障6：刀套破裂。可能原因：刀套未定位（wèi）前有倒刀動作或未回位前刀盤轉動、裝入刀具時撞壞。常用措施：調整刀盤定位近接開關或倒刀氣缸磁簧開關位置、更換（huàn）刀套。

⑦常見故障7：電動機燒（shāo）壞。可能原因（yīn）：電（diàn）源缺相或電壓不正確、剎車燒壞、刀具超重、組（zǔ）件不能運轉。常用措施：檢查接觸（chù）器接點（diǎn）是否損壞、電源（yuán）是否缺相及電壓等級是否匹（pǐ）配；檢測剎車器線（xiàn）圈是否損壞、接地是否正確；檢查刀具質量是否（fǒu）超過允許值；檢查（chá）刀套滑動部位是否順暢。

（2）機械手故障。

①常見故障1：刀（dāo）具夾不緊，時常掉刀。可能原因：卡爪彈簧的壓力太（tài）小、彈簧後麵的螺母鬆動、機械手卡緊鎖不（bú）起作用、刀具超重。常用措施：擰緊彈簧後螺（luó）母、調整或更換卡緊鎖、更換彈簧、更換刀具。

②常見（jiàn）故障2：刀具夾緊後鬆不開。可能原因：卡爪（zhǎo）彈（dàn）簧（huáng）壓合過緊，卡爪縮不回。常用措施：調鬆螺母或更換彈簧，使最大載荷不超過額定值。

③常見故障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（dǎ）刀或拔（bá）刀、刀（dāo）臂（bì）及刀具的夾刀點不正確，打刀缸鬆拉刀（dāo）位置不準確，打刀缸壓力不夠，鬆刀不正常、刀具太重、刀臂（bì）變形。常用措施： 應重設定換刀點；校正夾刀點、調（diào）整（zhěng）打刀缸鬆刀行程、調整壓力值、檢查刀具質量、更換刀臂（bì）。

④常見故障4：刀臂不回位（wèi）。可能原因：電（diàn）路接觸不良、無夾刀或（huò）鬆（sōng）刀信號、刀臂彎曲。常（cháng）用措施：執（zhí）行手動換（huàn）刀，檢查（chá）是否電路故障；用PLC監看（kàn）夾刀或鬆刀信（xìn）號，調整（zhěng）近接開關位置、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（xiàn）主軸掉刀故障。

故障診斷與排除方法：

①檢查機械手手臂上兩個卡爪的彈簧（huáng）及附件，沒有（yǒu）發現異（yì）常，說明機械手（shǒu）夾持刀具沒有問題。

②拆開（kāi）主軸檢查碟簧能否對刀具夾持緊固，發現碟簧完好。

③打開PLC的I O監控畫（huà）麵，反複按壓主軸刀具夾緊到位行程（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,更換後故（gù）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（fā）現相應的限位開關沒有壓合；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（jìn）一步檢查發現液壓缸拉杆頂端鎖緊螺母的緊固螺釘鬆動，致使液壓缸伸縮的行程發（fā）生了變（biàn）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（shù）控機床最（zuì）重要的功能部（bù）件之一，掌握其結構特點、控製機理，不（bú）斷總結歸（guī）納常見故障（zhàng）現（xiàn）象、原因及解決措施，不但有助於提高維修數控機床的效率與質量，對機（jī）床的維護與改造也有重要（yào）的參考意義（yì）。