數控機床機械手換刀裝置故（gù）障與維修

在數控機（jī）床的維修中，與換（huàn）刀相關的故（gù）障極為多（duō）見。本文基於機械手換刀裝置的結構（gòu）與動作（zuò）控製，結（jié）合維修實例，歸納常見故障現象、原因及處理措施，在（zài）數控機床的維修與改造（zào）中具有較大的現實意義，值得認真探索、交流與推廣。

數控機床特別（bié）是數控加工中心高精度、高效率的重要原因（yīn）之一在於其一次裝夾（jiá）、多工序自動加工，而實現這一功能的關鍵在（zài）於自動換刀裝置。由於自動換刀裝置工作頻度高、控製機構複雜，包括刀庫（kù）、刀具交換（huàn）以（yǐ）及驅動等部（bù）分，因（yīn）此出現故障的（de）幾率（lǜ）也大，在數控機（jī）床的維修（xiū）中占有相當大的比（bǐ）例。了解其結構特點與控（kòng）製機理，熟悉換刀的動作流程，總結歸納常見故障現象、原（yuán）因及解決措施，借鑒相關維修實例，有助於快速、準確（què）地診斷並排除故障，提高維修工作的質量與效率。

1.機械手換刀裝置的結構

數控機床自動換刀（dāo）功能的實現有多種方式（shì）。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）大多依靠主軸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刀座上，然（rán）後刀庫（kù）旋轉使下一工序所需刀（dāo）具進入換刀位置，主軸再從刀庫取走新的刀具，還刀和取刀兩個動作（zuò）隻能分（fèn）步進行，加之主軸的（de）軸向運動以（yǐ）及刀庫的移動和轉動，因此換刀時間長，加工效率低，刀庫的（de）容量也較小；目前數控機（jī）床更多采用的是機（jī）械手換刀，利（lì）用機械手快速、準確地（dì）對調（diào）刀庫中換刀位與主軸上的（de）刀具，還刀、取刀同時進行，換刀時間大（dà）大縮短，而且刀庫容量不受（shòu）換（huàn）刀機（jī）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（guǐ）

6.取刀機械手橫向導軌

刀庫（kù）按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（zhōu）狀分布（bù），鏈式刀庫刀具布置在鏈條的各個環節上，格子式刀庫刀具縱橫排列。盤式刀庫空間利用率低、容量小，一般用於小型加工中（zhōng）心。鏈式（shì）與格子式刀庫空間利用率高、容量（liàng）大（dà），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（gōng）過程中所（suǒ）需要的刀（dāo）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（jù）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（sān）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（zhì）、油壓、油溫及環境（jìng）等因素影響，一般（bān）用（yòng）於不需要頻繁換刀的大中（zhōng）型機床（chuáng）。伺服電動機驅動的換刀裝置換刀速度快（kuài）、精度高、穩定性強，但成本較高。交流異步電（diàn）動機驅（qū）動的換刀裝置，借助凸輪機構，換刀速度快（kuài）、定位（wèi）準、穩定性（xìng）高、連貫性好且成本低，廣泛用於（yú）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

刀庫的選刀有（yǒu）順序選刀（dāo）、刀具編碼選刀、刀座編碼（mǎ）選刀和隨機選刀四種方式。機（jī）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位刀座內，取刀與還刀同步完成。其原理是在存儲器中建立換刀數據表，表中存儲單（dān）元的地址與刀（dāo）座編號及主軸相對應，因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。換刀時（shí）數據更新是先將主軸所對應的存儲單元中的數據（換（huàn）刀前刀具的編號）寫（xiě）入刀庫換刀位刀座所（suǒ）對應的存儲單元中，再將換刀指令中的刀具編號（hào）寫入主軸所對應的存儲單元，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放的數據即為主軸上刀具的編號，地址為D301～D（300+n）的存儲單元中的數據，即刀庫中從（cóng）1#～n#刀座上（shàng）刀具的編（biān）號。

3.機械手換刀裝置的常見故障與排除方法

在數控機床維修的過程中，經常出現（xiàn）與換刀相關的故障（zhàng），根據其結構特點（diǎn）及換刀動作過程，歸（guī）納刀庫及機械手兩大方麵常見故障（zhàng）現象、產（chǎn）生（shēng）原因與采取措施如下。

（1）刀庫故障。

①常見故（gù）障（zhàng）1：刀庫不能轉（zhuǎn）動。可能原因（yīn）：電動機軸與蝸杆軸的聯軸器鬆動；變頻器故障，電動機不得電；接近開關或磁簧開關故障；PLC無輸（shū）出控製（zhì），或PLC有輸出但接口板中的（de）繼電器失效；氣壓低。常用措施（shī）：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（de）IO監控畫麵檢查IO狀態，調（diào）整或更換接近開關（guān）或磁簧開關（guān），檢查或更換（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（bú）準。可能原（yuán）因：電動機（jī）剎車（chē）器磨損。常用措施：調整（zhěng）電動機剎車器中調節螺釘。

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（yā）不符（fú）合要求、止動螺絲鬆動、氣缸損（sǔn）壞（huài）、倒刀電磁（cí）閥接觸不（bú）良或損壞、刀具超重或超長。常用措（cuò）施：調整氣壓（yā）到符合要（yào）求、鎖緊止動螺絲（sī）、更（gèng）換氣（qì）缸、檢查電磁閥接點或更換元件、更換刀具。

④常見故障4：刀套上下不到位。可能原因：安裝調整不當或撥叉位（wèi）置（zhì）不（bú）正確、限位開（kāi）關安裝不正確或調整不當，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：刀套內彈（dàn）簧夾力（lì）不夠或不能正常複位、刀柄和拉釘的（de）距離不正確。常用措施：調整或更換元器件。

⑥常見故障6：刀（dāo）套破裂。可能原（yuán）因：刀套未（wèi）定（dìng）位（wèi）前有倒刀動作或未回位前刀盤轉動、裝入刀具時（shí）撞壞。常用措施：調整刀（dāo）盤定位近接開關或倒刀氣缸（gāng）磁簧開關位置、更換刀套。

⑦常見（jiàn）故障7：電動機燒壞。可能原因：電源缺相或電壓（yā）不正確、剎車燒壞、刀具超重、組件（jiàn）不能運（yùn）轉。常用措施：檢查接觸器接（jiē）點是否（fǒu）損壞（huài）、電源是否（fǒu）缺相及電壓等級是（shì）否匹配；檢測剎車器線圈是否損壞、接地是否（fǒu）正確（què）；檢（jiǎn）查刀具質量是否超過允許值；檢查刀（dāo）套滑動部位是否順暢。

（2）機（jī）械手故（gù）障。

①常見故（gù）障1：刀具夾不緊（jǐn），時常掉刀。可能原因：卡爪彈簧的壓（yā）力太小（xiǎo）、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：擰緊彈簧（huáng）後螺母、調整或更換卡緊鎖、更換彈簧、更（gèng）換刀具。

②常見故障2：刀具夾緊後鬆不開。可能原（yuán）因：卡爪彈簧壓合（hé）過緊，卡爪縮不回。常用措施：調鬆螺母或（huò）更換彈簧（huáng），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（kāi）始打刀（dāo）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（dǎ）刀缸壓力（lì）不夠，鬆（sōng）刀（dāo）不正常、刀具太重、刀臂變形。常用措施： 應重（chóng）設（shè）定換刀點；校正夾刀點、調整打刀缸鬆（sōng）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：電路（lù）接（jiē）觸（chù）不良（liáng）、無夾刀或鬆刀信號、刀臂彎曲。常用措施：執行手動換（huàn）刀，檢查是否電路故障；用PLC監看夾刀或（huò）鬆（sōng）刀信號，調整近接開關位置、調整或更換刀臂（bì）。

4.維（wéi）修實例

（1）案例1。

故（gù）障現象：加工中心VMC1000C換（huàn）刀時出現主（zhǔ）軸掉刀（dāo）故障。

故障診斷與排除方法：

①檢查機械手手臂上兩個（gè）卡爪的彈簧及附件，沒有發現異常（cháng），說明機械（xiè）手夾持刀具沒有問（wèn）題。

②拆開主（zhǔ）軸檢查碟簧能否對刀具（jù）夾持緊固，發現碟簧（huáng）完好。

③打開PLC的I O監控畫（huà）麵，反複按（àn）壓主軸刀具夾緊到位行程開（kāi）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：加工中心（xīn）BX-110P機械手取（qǔ）送刀具時不能縮爪。

故障診（zhěn）斷與排除方法： 打開（kāi）PLC的IO監控畫麵，發現相應的限位開關沒有壓合；調整（zhěng）其位置後，機床恢複正常。但一段時間之後，再次出現此故（gù）障，檢查限位開關沒有鬆動，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；調整鎖緊螺母並擰緊（jǐn）緊固（gù）螺釘後（hòu），此故障（zhàng）排除。

5.結語

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