數（shù）控機床機械手（shǒu）換刀（dāo）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（jī）於機械手換刀裝置的結（jié）構與動作（zuò）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（jù）有較大的現（xiàn）實意義，值得認真探索、交流與推廣。

數控機（jī）床（chuáng）特（tè）別是數控加工中心高精度、高效（xiào）率（lǜ）的重要原因之一在於其一次裝夾、多工序自動加（jiā）工，而實現這一功（gōng）能的關鍵在於自動換（huàn）刀裝置。由於自動換刀裝置工作頻度高、控（kòng）製機構複雜，包括刀庫、刀具交換以及驅動等部分，因此出現故障的幾率也大，在數控（kòng）機床的維修中占有相當大的比例。了解其結構特點與控製機理，熟悉換刀（dāo）的動作流程，總結歸納常（cháng）見故障現象、原因及（jí）解決措（cuò）施（shī），借鑒相關維修實例（lì），有助於快速、準確（què）地診斷並（bìng）排除故障，提高維（wéi）修工（gōng）作的質量與效率。

1.機械手換刀裝置的結構

數控機床自動換刀功能（néng）的實現有多種方式。按是否由機械手換刀可將其分為兩類：無機（jī）械手換刀（如鬥（dòu）笠式）大多依（yī）靠主軸與刀庫間的軸向相對運動（dòng）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（de）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具，還刀和取刀兩個動作隻能分步進行，加之（zhī）主軸（zhóu）的軸向運動以及（jí）刀庫的移動和轉動，因此換刀時間長，加工效率低，刀庫的容量也較小；目前數控機床更多采用的是機械手換刀，利用機械手快速、準確地對調刀庫中換刀位與主軸上的（de）刀具，還刀、取刀同時進行，換刀（dāo）時間大大縮短，而且（qiě）刀庫容量不受換（huàn）刀機構限製。

1.刀具固定（dìng）板架 2.刀座（zuò） 3.換刀機械手

4.換刀（dāo）位置刀座 5.取刀機械手縱向導軌

6.取（qǔ）刀機械手橫向導軌

刀庫按刀具的布局可分為盤式、鏈（liàn）式和（hé）格子式三種。盤式刀庫（kù）刀（dāo）具呈圓周狀分布（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（jù）縱橫排列。盤式刀庫空間（jiān）利用率（lǜ）低、容量小，一般用於小型加工（gōng）中心。鏈式與格子式刀庫空間利用率高、容量大，用於中型與（yǔ）大型數控加工中（zhōng）心。刀庫的作用不僅是存放加工過程（chéng）中所需要的刀（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。

刀具交換裝置的驅動方式有液（yè）壓、伺服和交流異步電動機驅動三種。液壓驅動需要足夠的液壓動（dòng）力，且運動的速度和準確性受油質、油壓、油溫及環境等因素影響，一般用於（yú）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，借助凸輪機構，換刀速度快、定位準、穩定性高、連貫性好且成本低，廣泛用於頻（pín）繁換刀的中小型加工中心。

2.機械（xiè）手換刀動作流程與（yǔ）選刀方式（shì）

刀庫的選刀有順序選刀、刀具（jù）編（biān）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（yòng）隨（suí）機換刀方式，從主軸取下的刀具就近放入刀庫中剛取走（zǒu）刀（dāo）具的換（huàn）刀位刀座內，取刀與還刀同步完成（chéng）。其原理是在存儲器（qì）中建立換刀數據表，表中存儲單元的地（dì）址與刀座編號及主軸（zhóu）相對應（yīng），因此數據表的（de）容量為刀庫中刀（dāo）座數加1，存（cún）儲單元中的數據（jù）與刀具編號一一對應，如附表所（suǒ）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（huàn）刀位刀座所對（duì）應的存儲單元中，再將換刀（dāo）指令中的刀具（jù）編號寫入主軸所對應的存（cún）儲單元，完成主軸與換刀位刀具編號的對換。假設數據表（biǎo）存儲單元首地址（zhǐ）為D300，該（gāi）地址所對應存儲單元中存放的數據即（jí）為主軸上刀具的（de）編號，地址為D301～D（300+n）的存儲單元中的數據（jù），即刀庫中從1#～n#刀座上刀具的編號。

3.機械手換刀（dāo）裝置的常見故障與排除方（fāng）法

在數控機（jī）床（chuáng）維修的（de）過程中，經常出（chū）現與換刀相關的故（gù）障，根（gēn）據其結構特點及換刀動（dòng）作過程，歸納刀庫及機械手兩大方麵常（cháng）見（jiàn）故障現象、產生原因與采取措施如下。

（1）刀庫故障。

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；變頻器故障，電（diàn）動機不得電；接近開（kāi）關或磁簧開（kāi）關故障；PLC無輸出控（kòng）製，或PLC有輸出但接口板中的（de）繼電器失效；氣壓低。常用措施：檢查（chá）調整聯軸器；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，調整或更換接近開（kāi）關或磁簧開關，檢查或更換繼電器；調整氣壓達到規定值。

② 常見故障2：刀盤定位不準。可能原因：電動機剎（chà）車器磨損。常用措（cuò）施：調整電動機剎車（chē）器中調節（jiē）螺釘。

③常見故（gù）障3：換刀位刀座在倒刀時不（bú）正常。可能原因：氣壓不符合要求、止動螺絲鬆動、氣缸損壞、倒（dǎo）刀電磁閥接觸（chù）不良或損壞、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（gāng）、檢查電（diàn）磁閥接點或更換元件、更（gèng）換刀具。

④常見故障4：刀套上下不到位。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。常用措施：檢（jiǎn）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（dāo）具掉落。可能原因：刀套內彈簧夾力不夠或不能正常（cháng）複位、刀柄和（hé）拉釘的距離不正確（què）。常用措施：調整或更換元器件。

⑥常見故障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（zhuāng）入刀（dāo）具時撞壞。常用措施：調整刀（dāo）盤（pán）定位近接開（kāi）關或（huò）倒刀氣缸磁簧開關位置、更換刀套。

⑦常見故障7：電動機燒壞。可能原因：電源（yuán）缺相或電（diàn）壓不正確、剎車燒壞、刀具超重、組（zǔ）件不能運轉。常用措施：檢查接觸器接點（diǎn）是否損壞、電源是否缺相及（jí）電壓等級是否匹配；檢測（cè）剎車器（qì）線圈是（shì）否（fǒu）損（sǔn）壞、接地是否（fǒu）正確；檢（jiǎn）查刀具質量是否超過允許（xǔ）值；檢查刀套（tào）滑動部位是否順暢。

（2）機械手故障。

①常見故障1：刀具夾不緊（jǐn），時常掉（diào）刀。可能原因：卡爪彈簧的壓力太小、彈簧後麵的（de）螺母鬆動、機械手卡緊鎖不（bú）起作用、刀具超重。常（cháng）用措施：擰（nǐng）緊彈簧後螺母、調整或（huò）更換卡緊鎖、更換彈簧、更換刀具。

②常見故（gù）障（zhàng）2：刀（dāo）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：調鬆螺（luó）母或（huò）更換彈簧，使（shǐ）最大載荷（hé）不超（chāo）過（guò）額定值。

③常見故障3：刀具交換時掉刀。可（kě）能（néng）原因：換刀時主軸箱（xiāng）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刀或拔刀（dāo）、刀臂及刀具的（de）夾刀點不正確，打刀缸鬆拉（lā）刀位置不準確，打刀缸壓力不夠，鬆刀（dāo）不正常、刀具太重、刀臂變形。常用（yòng）措施： 應（yīng）重設（shè）定換刀點；校（xiào）正夾刀點、調整打刀缸鬆刀行程、調整壓力值、檢查刀具質量、更換刀臂。

④常見故障4：刀臂不回位。可能原因：電路接觸不良（liáng）、無夾刀或鬆刀信號、刀臂彎曲。常用措施（shī）：執行手動換刀，檢查是否電路故（gù）障；用PLC監（jiān）看夾刀或鬆刀信號，調整近接開關位（wèi）置、調整或更換刀臂。

4.維（wéi）修實例

（1）案例1。

故障現（xiàn）象：加工中心VMC1000C換刀時出現主軸掉刀（dāo）故障。

故（gù）障診斷與排除（chú）方法（fǎ）：

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

②拆開主軸檢（jiǎn）查碟（dié）簧能（néng）否對刀具夾持緊（jǐn）固，發（fā）現碟（dié）簧完好。

③打開PLC的I O監控畫麵，反複按壓主軸刀具夾緊（jǐn）到位行程開關，發現其（qí）“0”、“1”狀態與實際動（dòng）作不一致，說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（zhōng）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（jiān）控畫麵，發現相應的（de）限位開關沒有壓合；調整其位置後，機床恢複正常。但一段（duàn）時間之（zhī）後，再次出現此故障，檢查限（xiàn）位開關（guān）沒有鬆動，但卻（què）沒有壓合，進一步檢查發（fā）現液壓缸拉杆頂端鎖緊螺母的（de）緊固螺釘鬆動，致使液（yè）壓缸伸縮的行程發生了變化；調整鎖緊（jǐn）螺母並擰緊（jǐn）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（chuáng）最重（chóng）要的功能（néng）部件之一，掌握其結構特點、控製機理，不斷總結（jié）歸納常見（jiàn）故障現象、原因及（jí）解決措施（shī），不但有助於提高維修數（shù）控機床的效率與質量（liàng），對機（jī）床的維護與改造也有重要的參考意義（yì）。