​數控機床機械手換刀裝置故障與維修

在數控機床的維修中，與換刀相關的故障極為多見。本文基於機（jī）械手換刀裝置的結構與動作控製，結合維修（xiū）實例，歸納常見故障現象、原因及處理措施，在數控機（jī）床的維修與改造中具有較大的現（xiàn）實（shí）意義，值得認（rèn）真探索、交流與推廣。

數（shù）控機床特別是數（shù）控加工中心（xīn）高精度、高效率的重（chóng）要（yào）原因之一在於其一次裝夾、多（duō）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（yú）自動（dòng）換刀裝置工作（zuò）頻度高、控製（zhì）機構複雜，包（bāo）括刀庫、刀具交換（huàn）以及驅動等部（bù）分，因此出現故障的（de）幾率（lǜ）也大，在（zài）數控機床的維修中占有相當（dāng）大的比例。了解其結構特點與控製機理，熟悉換刀的動作流程，總（zǒng）結歸納常見故障現象、原因（yīn）及解（jiě）決措施，借鑒相關維修實（shí）例，有助於（yú）快速、準確地診斷並排除故（gù）障，提高維修工作的質（zhì）量與效率。

1.機械手換刀裝置的結構

數控機床自動換刀功能的實現有多種方式。按是否（fǒu）由機械手（shǒu）換刀可將其分為兩類：無機械手換刀（如鬥笠式（shì））大多依靠主軸與刀庫間的軸向相對運動實現拔刀與插刀（dāo），換刀時刀庫移至換刀位置，主軸先將刀具還回（huí）刀庫（kù）換刀位的空刀座上，然（rán）後刀庫旋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的刀（dāo）具（jù），還刀（dāo）和取刀兩個動作隻能分步進行，加之主軸的（de）軸向運動以及刀庫的移動（dòng）和轉（zhuǎn）動，因此換（huàn）刀時間長，加工效率低，刀庫的容量也較小；目前數控機床更多采用（yòng）的是機（jī）械手換（huàn）刀，利用機械手快速、準（zhǔn）確地對調刀庫中（zhōng）換刀位與主軸上的刀具，還刀、取刀同時進行，換刀時間（jiān）大大縮短，而且（qiě）刀庫容（róng）量（liàng）不受換刀機構限製（zhì）。

1.刀（dāo）具固定板架2.刀座3.換刀機械（xiè）手

4.換刀位置（zhì）刀座5.取刀機械手縱向導軌

6.取刀機械手（shǒu）橫向（xiàng）導軌

刀庫按刀具的布局可分為（wéi）盤式、鏈式和格（gé）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（zài）鏈（liàn）條的（de）各個環節上，格子式（shì）刀庫刀具縱橫排列。盤式刀庫空間利用（yòng）率低、容量小，一（yī）般用於小型加工中心。鏈式（shì）與格子式（shì）刀庫空間利用率高、容量大（dà），用於中型與大型數控加工中心。刀庫的作用不（bú）僅是存放加工過程中所需（xū）要的刀具，還負責把（bǎ）下一工序所要使用的刀具準（zhǔn）確地送到換刀位置。

刀（dāo）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（yā）驅動需要足夠的液壓動（dòng）力，且運動的速度和準（zhǔn）確（què）性受油質、油壓、油溫（wēn）及環境等因素影響，一般用（yòng）於不（bú）需要頻繁（fán）換刀的大中型機床。伺服電動機驅動的換刀裝置換刀速度快、精度高、穩（wěn）定性強，但（dàn）成本較高。交流異步電動機驅動的（de）換（huàn）刀裝置，借助凸輪（lún）機（jī）構，換刀速度快、定位準、穩定性高、連貫性好且成本低，廣（guǎng）泛用於頻繁換刀的（de）中小型加工中心。

2.機械手換刀動作流程與選刀方式

刀庫的選刀有順序選（xuǎn）刀、刀具編碼選（xuǎn）刀、刀座編碼（mǎ）選（xuǎn）刀和隨機選（xuǎn）刀（dāo）四種方式（shì）。機械手換刀大多采用隨（suí）機換刀方式，從主軸取下的刀（dāo）具就近放入刀庫中剛（gāng）取走刀具的換刀位刀座內，取刀與還刀同步完成。其原理是在存儲器中建（jiàn）立換刀數（shù）據表，表中存（cún）儲單元的地址與刀座編號及主軸相對應（yīng），因此數據表的容量（liàng）為刀庫中（zhōng）刀座數（shù）加1，存（cún）儲單元中的數據與刀具編（biān）號一一對應（yīng），如附表所示（shì）。換刀時數據更新是先（xiān）將主軸所（suǒ）對應的存儲單元中的數據（換刀前刀具的（de）編號）寫入刀庫換刀位刀座所對（duì）應的存儲單元（yuán）中，再將換刀指令中的刀具編號寫入主（zhǔ）軸所（suǒ）對應的存儲單（dān）元，完成主軸與換刀位刀具編號的對換。假設（shè）數據表（biǎo）存儲單元首（shǒu）地址為D300，該地址所（suǒ）對應存儲（chǔ）單（dān）元中存（cún）放的數（shù）據即為主軸上刀具的編號，地址為（wéi）D301～D（300+n）的存儲（chǔ）單元中的數據（jù），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（yǔ）排除方法

在數控機床（chuáng）維修的過（guò）程中，經常出現與換刀（dāo）相關的故障，根據其結構（gòu）特點（diǎn）及換刀動作過程，歸納刀庫及機（jī）械手兩大方麵常見故（gù）障現象、產生原因與采（cǎi）取措施如下。

（1）刀庫（kù）故障。

①常見故障（zhàng）1：刀庫不能轉動。可能原因：電（diàn）動（dòng）機軸與蝸杆軸的（de）聯軸（zhóu）器鬆動（dòng）；變頻器故障，電（diàn）動機不得電；接近（jìn）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效；氣壓低。常用措施：檢查調整聯（lián）軸（zhóu）器；檢查變頻器的輸入、輸出（chū）電壓是否正常；通過PLC的IO監控畫麵檢查IO狀（zhuàng）態，調整或更換接近開（kāi）關（guān）或（huò）磁簧開（kāi）關（guān），檢查或更換繼電器；調整氣壓達到規（guī）定值。

② 常見故障2：刀盤定位不準。可能原因：電動機剎車器磨損。常用措施：調整電動機（jī）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。可能原因：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（huài）、刀具超重或超長。常用措施：調整氣壓到符合要求、鎖緊止動螺絲、更（gèng）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（zhàng）4：刀套上下不（bú）到位。可能（néng）原因：安裝調整不當或撥叉位置不正確、限位開關安裝不（bú）正確或調整不當，造成反饋信號（hào）錯誤。常用措施：檢查、調整撥叉或限位開關位置，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（bú）夠或（huò）不能正常複位、刀柄和拉（lā）釘的距離不正確。常用措施（shī）：調整或更換元（yuán）器件。

⑥常（cháng）見故障6：刀套破裂。可（kě）能原因：刀套未（wèi）定位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（cuò）施：調整刀（dāo）盤定位近接開關或倒刀氣缸磁簧開關位置、更換刀套。

⑦常（cháng）見故障7：電（diàn）動機燒壞。可能原因：電源缺相或電壓不正確、剎車（chē）燒壞、刀具超重、組件不能運（yùn）轉。常（cháng）用措施：檢查接觸（chù）器接點是否損壞、電源是否缺相及電壓等（děng）級（jí）是（shì）否匹配；檢測剎車器線圈是否損壞、接地是否正確；檢（jiǎn）查刀具（jù）質（zhì）量是否超過（guò）允許值；檢（jiǎn）查刀套（tào）滑動部位是（shì）否順暢。

（2）機械手故（gù）障。

①常見故障1：刀具夾不緊，時常掉刀。可能原（yuán）因：卡爪彈簧的壓力太小、彈（dàn）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（luó）母、調整或更換卡緊鎖、更換彈簧、更換刀具（jù）。

②常見故（gù）障2：刀具夾緊後鬆不開。可能原（yuán）因：卡爪彈簧壓合過緊，卡爪縮不回。常用措（cuò）施：調（diào）鬆螺母或更換彈簧，使最大（dà）載荷不超過額定值。

③常見故障3：刀具交換時（shí）掉（diào）刀（dāo）。可（kě）能原因：換刀時主（zhǔ）軸箱沒回到換刀點或換刀點漂移；機械手抓刀時沒有（yǒu）到位就開（kāi）始打刀或拔刀、刀臂及刀具的（de）夾刀點（diǎn）不（bú）正確，打刀缸鬆（sōng）拉刀位置不準確，打刀缸壓力不夠，鬆刀不正常、刀具太重、刀臂變形。常用措施： 應重設定換刀點；校正夾刀點、調整打刀缸鬆刀行程、調（diào）整壓（yā）力（lì）值（zhí）、檢查刀具質量、更換刀臂。

④常見故（gù）障4：刀臂不回位。可（kě）能原因：電路接觸不良、無夾刀或鬆刀信號、刀臂彎曲。常用措施：執行手（shǒu）動換刀，檢查是否電路故障；用PLC監看夾刀或鬆刀信號（hào），調整近接開關位置、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換刀時出現主軸掉刀故障。

故障診斷與排除方法（fǎ）：

①檢查機（jī）械手手臂上兩個卡（kǎ）爪的彈簧及附件，沒（méi）有發現異常，說明（míng）機（jī）械手夾持刀具沒有問題。

②拆開主軸檢查碟簧能否對刀具夾持緊固，發現碟（dié）簧完好。

③打開PLC的I O監控畫麵，反（fǎn）複（fù）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（zuò）不（bú）一致，說（shuō）明該行程開關有問題,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（gù）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；調整其位置後（hòu），機床恢複正常（cháng）。但一段時間之後，再次（cì）出現此故障，檢查限位開（kāi）關沒有鬆（sōng）動，但卻沒有壓合，進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生了變化；調整鎖緊螺母並（bìng）擰緊緊固螺釘後，此故障排除。

5.結語

機械手換刀裝置是數控機床最重要的功能部件之（zhī）一（yī），掌握其（qí）結構特點、控製機理，不斷總結歸納（nà）常見（jiàn）故障現象、原因及解決措（cuò）施，不但有助（zhù）於提高維修數控機床的效率與質量，對機床的維（wéi）護與改造也有重要的參（cān）考意義。