數控機床機（jī）械手換刀裝置故障與維修

在數控機床的維修（xiū）中，與換刀相關的故障極為多見。本文基於機械手換刀裝置的（de）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，在數控機床的維修（xiū）與改造中具有（yǒu）較大的現實意義，值得認真探索、交流與推廣。

數控機床特別是數（shù）控加工中心高精度、高效率的重要（yào）原因之一在於其一次裝夾、多工序自動加工，而實現（xiàn）這一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（zhì）機構複雜，包（bāo）括刀庫、刀具交換以及驅動等部分，因（yīn）此出現故障（zhàng）的幾率也大，在數控機床（chuáng）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（de）動作流程，總結歸（guī）納常見故障現象、原（yuán）因及解決措施，借鑒相關維修實例，有（yǒu）助於快速、準確地診斷並排除故障，提（tí）高維修工作的（de）質量與效率。

1.機械手換刀裝置（zhì）的結構

數控（kòng）機床（chuáng）自動換刀功能的（de）實現有多種方式。按是否由機械手換刀可（kě）將其分為兩類：無機械手換刀（如鬥笠式）大多依靠主（zhǔ）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（huí）刀庫換刀位的空刀（dāo）座上，然後刀庫（kù）旋轉使下一工序所需刀（dāo）具進入換刀位置，主軸再從（cóng）刀庫取走新的刀具，還刀和取刀兩個動作隻（zhī）能分步進行，加之主軸的（de）軸向運動以及刀庫的移動和轉動，因此換（huàn）刀時間長，加工效率（lǜ）低，刀庫的（de）容量（liàng）也較（jiào）小；目前數控機床更多采用的是機（jī）械手換（huàn）刀，利用機（jī）械手快速、準確地對調刀（dāo）庫中換刀位與（yǔ）主軸上的刀（dāo）具，還刀、取刀同時進行，換刀時間大大縮（suō）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

4.換（huàn）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（de）布局可（kě）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（jù）布（bù）置在鏈條的各個環節上，格子式刀庫刀具縱橫排列。盤式刀庫空間利用（yòng）率（lǜ）低、容（róng）量小，一般（bān）用於小型加工中心。鏈式（shì）與格子式刀庫空間利用率高、容量大，用於中型與大型數（shù）控加工中心（xīn）。刀庫的作（zuò）用（yòng）不僅是存放加工過程中（zhōng）所需要的刀具，還負責把下一工序所要使用的刀具準（zhǔn）確地（dì）送到換刀位置（zhì）。

刀具交換裝置的驅動方（fāng）式有（yǒu）液壓、伺服和交流異步電動（dòng）機驅動三種。液壓驅動需要（yào）足夠的液壓動力，且（qiě）運動（dòng）的速（sù）度和準（zhǔn）確性受油質、油壓、油溫及環境等（děng）因素影響，一（yī）般用於不需要頻繁（fán）換刀的大中型機床。伺服電動機驅動的換刀裝置換刀（dāo）速度快、精度高、穩定性（xìng）強，但成（chéng）本較高。交流異步電動機驅動的換刀（dāo）裝置，借助凸（tū）輪機構，換刀速度（dù）快、定位準、穩定性高、連貫性好（hǎo）且成（chéng）本低，廣泛用於頻繁換刀的中小型加工（gōng）中（zhōng）心。

2.機械手換（huàn）刀動（dòng）作流程（chéng）與選刀方式

刀庫的選刀有順序選刀（dāo）、刀具編碼選刀、刀座編碼選刀和隨機選（xuǎn）刀四種方式。機械手換刀大多采用隨機換刀方式，從主軸取下的刀具就近放入刀庫中剛取走刀具的換刀（dāo）位刀座內，取刀與還刀同步完（wán）成。其原理（lǐ）是在存儲（chǔ）器中建立換刀數（shù）據表（biǎo），表中存儲單元的地址與刀座編號及主軸相對（duì）應，因此（cǐ）數據表的容量（liàng）為刀庫中刀座（zuò）數加1，存儲單元中的數據（jù）與刀具編號一一對應，如附表所示（shì）。換刀時數據更新是先將主軸所對應的存儲單元中的數據（jù）（換刀前刀具的編號）寫（xiě）入刀庫換（huàn）刀位刀座所對應的存儲單元中，再將換刀指令中（zhōng）的刀具編號寫入主軸所對應的存儲（chǔ）單元，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址為D300，該地址所對應存儲單元中存（cún）放的數據（jù）即為主（zhǔ）軸上刀具的編號，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（dāo）具的編號。

3.機械手換刀裝置的常見故障與排除方法

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

（1）刀庫故障。

①常（cháng）見故障1：刀庫不能轉動。可能（néng）原因（yīn）：電動機軸與蝸杆軸（zhóu）的聯軸（zhóu）器鬆動；變頻器故障（zhàng），電動（dòng）機不得電；接（jiē）近開關或磁簧開關故障；PLC無輸出控製，或PLC有輸出（chū）但（dàn）接口板中的繼電器失效；氣壓低。常用（yòng）措施：檢查調整聯軸（zhóu）器；檢查變頻器的輸入、輸出電壓是否正常；通過PLC的IO監控畫麵檢查IO狀態，調（diào）整或更換接近開關或（huò）磁簧開（kāi）關，檢查或更（gèng）換（huàn）繼電器；調整氣壓達（dá）到（dào）規定值。

② 常見故障2：刀盤定位不準（zhǔn）。可能原因：電（diàn）動機剎車器磨損。常用措施（shī）：調整電（diàn）動機剎車器中調節（jiē）螺釘。

③常見故障3：換刀位刀座在（zài）倒刀（dāo）時不正常。可能原因：氣壓不符合要求、止（zhǐ）動螺絲鬆動（dòng）、氣缸損壞、倒刀（dāo）電磁閥（fá）接觸不良或損壞、刀具超重或超長。常用（yòng）措施：調整氣壓到符合（hé）要求、鎖緊止動螺絲、更換氣缸、檢查電磁閥接點或更換元件、更換刀具。

④常見（jiàn）故障4：刀套上下不到位。可能（néng）原（yuán）因：安裝調整不當或撥叉位置不正確、限（xiàn）位開關安裝不正確或調整不當，造成反饋信號錯誤。常用措施：檢查、調（diào）整撥叉或限位開關位置，或（huò）更換元件。

⑤常見故障5：倒刀時刀具（jù）掉落。可能原因：刀套內彈（dàn）簧（huáng）夾力不夠或不能正常複位、刀柄和拉釘的距離不正確。常用措施：調整或更換元器件。

⑥常見（jiàn）故障（zhàng）6：刀套破裂。可能原因：刀套未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（cháng）用措（cuò）施：調整刀盤（pán）定位近接開關或倒（dǎo）刀氣缸磁簧開關位置、更（gèng）換刀套。

⑦常見故障（zhàng）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、組件不能運轉。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（pǐ）配；檢測剎車器線圈是否損壞、接地是否（fǒu）正（zhèng）確；檢查刀具質量是否超過（guò）允許值；檢查刀套滑（huá）動部位是否順暢。

（2）機械手故障。

①常見故障1：刀具夾不緊，時常掉刀。可能原因：卡爪（zhǎo）彈簧的壓力太小、彈簧後麵的螺母鬆動、機械手（shǒu）卡緊鎖不起作用、刀具超重。常用措施：擰緊彈（dàn）簧後螺母、調整或更換卡緊（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（dàn）簧壓合過（guò）緊，卡爪（zhǎo）縮不回。常（cháng）用措施：調鬆螺母或更換彈簧，使最大載（zǎi）荷不超過額定值。

③常見故障3：刀具交換時掉刀。可能原因：換刀時主軸箱沒回到換（huàn）刀點或（huò）換刀點漂移（yí）；機械手（shǒu）抓刀時沒有到位就開（kāi）始打刀或拔刀（dāo）、刀臂及刀具的夾刀點不正確，打刀（dāo）缸鬆拉刀位置（zhì）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（dāo）點；校（xiào）正夾刀（dāo）點、調整打刀缸鬆刀行程、調（diào）整壓力值、檢查刀（dāo）具質量、更換刀臂。

④常見故障4：刀臂（bì）不回位。可能（néng）原因：電路（lù）接觸不良、無夾刀或（huò）鬆刀信號、刀（dāo）臂（bì）彎曲。常用措施（shī）：執行手動換刀，檢查是否電路故障（zhàng）；用PLC監看夾刀（dāo）或鬆刀信號，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（xiàng）：加（jiā）工中心VMC1000C換刀時出現主軸掉刀故障（zhàng）。

故障診（zhěn）斷與排除（chú）方法：

①檢查機械手手臂（bì）上兩個卡（kǎ）爪的彈簧及附（fù）件，沒有發現異常，說明機械手夾持刀具沒有問題。

②拆（chāi）開主（zhǔ）軸檢查碟簧（huáng）能（néng）否對刀（dāo）具夾持緊固，發（fā）現碟簧完（wán）好。

③打開PLC的（de）I O監控畫麵，反（fǎn）複按壓（yā）主軸刀具夾緊到（dào）位（wèi）行程開關，發現其“0”、“1”狀態與實際動作不一致，說明該（gāi）行程開關有問題, 更換（huàn）後故障排除。

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

故障診斷與排除方法： 打開PLC的IO監控畫麵，發現（xiàn）相應的限位開關沒有壓合；調整其位置後，機（jī）床恢（huī）複正常（cháng）。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（yā）合，進一步檢查發現液壓缸拉杆頂端鎖緊螺母的緊固螺（luó）釘鬆動，致使（shǐ）液壓缸（gāng）伸縮的行程發生了變化；調整鎖緊螺母並擰緊緊固螺釘後，此故障排除。

5.結語（yǔ）

機械手換刀裝置是數（shù）控機床最重要（yào）的功能部件之一，掌握其結構特點、控製（zhì）機（jī）理，不（bú）斷總結歸納常（cháng）見故障現象、原因及解決措施，不但有助於提高（gāo）維修數控機床的效率與質量，對機床的維護與改造也有重要的參考意義。