數控機床機械手換刀裝置故障（zhàng）與維修（xiū）

在數控機床的維修中，與（yǔ）換（huàn）刀相關的故障極為多見。本文基於機械手換（huàn）刀裝置的結構與動作控（kòng）製，結合維修（xiū）實例，歸納常見故障現象、原因及（jí）處理措施，在數控機床的維修與改造中具有較大的現實意義，值得認真探索、交流與推廣。

數（shù）控機床特別是數控加工中心高精度、高效率的重要原因之一在（zài）於其一次裝夾、多（duō）工序自動加工，而實現這一功能的關鍵在於自動換刀裝置。由於自動換刀裝置（zhì）工作頻度高、控製機（jī）構複雜，包括刀庫、刀具交換以及驅動等（děng）部分，因此出現故障的幾率也大，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機理，熟悉換刀的動作流程，總結歸納常見故障現象、原因及解決措（cuò）施，借鑒相關維修實例，有助於快速、準（zhǔn）確地診（zhěn）斷並排除故障，提高維修工作的質量與效率。

1.機械手（shǒu）換刀裝置的結構

數控機床自（zì）動換刀功能的實現有多種方（fāng）式。按是否（fǒu）由機械手換刀（dāo）可將其分為兩類：無機械手換刀（如（rú）鬥笠（lì）式）大多依靠主軸與刀庫間的軸向相對運動實現拔刀（dāo）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（huàn）刀位的空刀座上，然後刀庫（kù）旋轉使下一工序（xù）所需刀具進入（rù）換刀位置，主軸再從刀（dāo）庫取（qǔ）走新的刀具，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（kù）的移動和轉動，因此換刀時（shí）間長，加工效率低，刀庫（kù）的容量也較小；目前數控機床更多采用的是機械手（shǒu）換刀，利用機（jī）械手快速、準確地對調刀庫中換刀位與主軸上（shàng）的刀具，還刀、取刀同時進行，換刀（dāo）時間大（dà）大縮短，而且刀庫容量不受換刀機構限製。

1.刀具固定（dìng）板架 2.刀座 3.換刀機械（xiè）手（shǒu）

4.換刀位置刀座 5.取刀機械手縱向導（dǎo）軌

6.取刀機（jī）械手橫向導軌

刀庫（kù）按刀具的布局（jú）可分為盤式、鏈式和格子式三種。盤式刀庫刀具（jù）呈圓（yuán）周狀分布，鏈式刀庫刀（dāo）具布置在鏈條的各個（gè）環節上，格子式刀庫刀（dāo）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心。鏈式與格子式刀（dāo）庫空間利用率高、容量大，用於中型與大型數控加工中（zhōng）心。刀庫（kù）的作用不（bú）僅是存放加工過程中所（suǒ）需要的刀具，還負責把下（xià）一工序所（suǒ）要使用的刀具準確地送到換刀位置（zhì）。

刀具交換裝置的（de）驅動方式（shì）有液壓、伺服和交流異步電動（dòng）機驅動三種。液（yè）壓驅動需要足夠的液（yè）壓動力，且運（yùn）動的速度和準確性受油質、油壓、油溫及環境等因素影（yǐng）響，一般（bān）用於不需要頻繁換刀的大中型機床。伺服電動機驅動的換刀裝置換刀速度快、精度高、穩（wěn）定（dìng）性強，但成本較高。交流異步電（diàn）動機驅動的換刀裝置，借助（zhù）凸輪機構，換刀速度快、定（dìng）位準、穩定性高、連貫性（xìng）好且成本低，廣泛用於頻繁換（huàn）刀的中小型加工中心。

2.機械手換刀動（dòng）作流程與選刀方式

刀庫的（de）選刀有順序（xù）選刀、刀具編碼選刀、刀座（zuò）編碼選刀和隨機選刀四種方式。機械手換刀大多采用隨機換刀方式，從主軸取（qǔ）下的刀具（jù）就近放入刀庫中剛取走刀具的換刀位刀座內，取刀與（yǔ）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（chǔ）單元的（de）地址與刀（dāo）座編號及主軸相對應，因此數（shù）據表的容量為（wéi）刀庫中刀座數加1，存儲單元中的數據與刀具編（biān）號一一對應，如附表所示。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）寫入刀庫換刀（dāo）位刀座所對應的存儲單元中，再將換刀指令中的刀具編（biān）號寫入主（zhǔ）軸所對應的存儲單元，完成（chéng）主軸與換刀（dāo）位刀具（jù）編號的對換。假設數據（jù）表（biǎo）存儲單元首（shǒu）地址為D300，該地址所對應存儲單元中存放的（de）數據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（dāo）具的編號。

3.機械手換刀裝置的常見（jiàn）故障（zhàng）與排除方法

在數控機床維修的過程中，經常出現與換（huàn）刀相（xiàng）關的故障，根（gēn）據其結構特點及換刀動作過程（chéng），歸納刀庫及機械手兩大方麵常見（jiàn）故障（zhàng）現象、產生原因與采取措（cuò）施（shī）如下。

（1）刀庫故障。

①常見故障1：刀（dāo）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（zhàng），電動機不得電；接近開（kāi）關或磁簧（huáng）開關故（gù）障；PLC無輸出（chū）控製，或PLC有輸出但接口板中的繼電（diàn）器失效；氣壓低。常用措施：檢查調整聯軸器；檢查變頻器的輸入、輸出（chū）電壓是否正常；通（tōng）過PLC的（de）IO監控畫麵檢查IO狀態，調整或（huò）更換接近開關或磁簧開關，檢查或更（gèng）換繼電器；調整氣壓達（dá）到規定值。

② 常見故障（zhàng）2：刀盤定位不準（zhǔn）。可能原因：電動機剎車（chē）器磨損。常用措施：調整電動機剎車器中（zhōng）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（zhǐ）動螺絲鬆動、氣缸損（sǔn）壞、倒刀電磁閥接觸不良或損壞、刀具（jù）超重或超長。常用措施：調（diào）整（zhěng）氣（qì）壓到符合要求、鎖緊止動螺絲、更換氣缸、檢查電磁閥接點或更（gèng）換元件、更換刀（dāo）具。

④常見故障（zhàng）4：刀套上下不到位。可能原因：安裝調整（zhěng）不當或撥叉位置不正確、限位開（kāi）關安（ān）裝不正確或調整（zhěng）不當，造成反饋信號錯誤（wù）。常用措施：檢查、調整撥（bō）叉或限位開關位置（zhì），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（bú）能正常複位、刀柄和拉釘的距離不正確。常（cháng）用措（cuò）施：調整或更換元（yuán）器件。

⑥常見故障6：刀套破裂。可能原因：刀套（tào）未定位前有倒刀動作或未（wèi）回位前刀盤轉動、裝入（rù）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（zhì）、更（gèng）換刀套。

⑦常見故障7：電動機燒壞。可能原因（yīn）：電源缺相或電壓不正確、剎車燒壞、刀具超重、組件不（bú）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（děng）級是否匹配；檢測剎車器線圈是否損壞、接地是否正確；檢查刀具（jù）質量是否超過允許值；檢（jiǎn）查刀套滑動部位是否順暢。

（2）機械手故障。

①常見故障1：刀具夾不緊，時常掉刀。可能原因：卡（kǎ）爪彈簧的壓力太小（xiǎo）、彈簧後麵的螺母鬆動、機械手（shǒu）卡緊鎖不起（qǐ）作用、刀具超重。常用措施：擰緊彈簧後螺母、調整或（huò）更換卡緊鎖、更換彈簧、更換刀具。

②常見故障2：刀具夾緊後鬆不開。可能原因：卡爪彈（dàn）簧壓合過緊，卡爪縮不回。常用措（cuò）施：調鬆螺母或更換彈簧，使最大載荷不超過（guò）額定值。

③常見故障3：刀具交換時掉刀。可能原（yuán）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刀或拔（bá）刀、刀臂及刀具的夾（jiá）刀點不正確，打刀缸鬆拉刀位（wèi）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（cháng）用措施（shī）： 應重設定換刀點；校正夾刀點、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（dāo）臂（bì）不回位。可能原因：電路接觸不良、無夾刀或（huò）鬆（sōng）刀信號、刀（dāo）臂彎曲（qǔ）。常用（yòng）措施：執行手動換（huàn）刀，檢查是否電（diàn）路故障；用PLC監看夾刀或鬆刀信號，調整近接開關位置、調整或更換刀臂。

4.維修實例（lì）

（1）案例1。

故障現象：加工中心VMC1000C換刀時出現主軸掉刀故（gù）障。

故障診斷（duàn）與排除方法：

①檢查機械手手臂上兩（liǎng）個卡爪的彈簧及附件，沒有發現異常，說（shuō）明機械手夾持刀具沒有問題。

②拆開主軸檢查碟簧能否（fǒu）對刀具夾持緊固，發（fā）現碟簧完好。

③打開PLC的I O監（jiān）控畫麵（miàn），反複按壓主軸刀具夾緊（jǐn）到位行程開關，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（gèng）換後故障排除。

（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爪。

故障診斷與排（pái）除方法（fǎ）： 打開PLC的IO監控畫麵，發現相應的限位開關沒有壓合；調（diào）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，進一步檢查發現液壓缸拉杆頂端鎖緊螺母（mǔ）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緊固螺釘後，此故障排除。

5.結語

機械手換（huàn）刀裝置是數控機床最重要的功能部件之一，掌握其結構特點、控製機理，不斷總結歸納常見（jiàn）故障現象、原因（yīn）及解決措施，不但有助於提高維修數控機床（chuáng）的效率與質量，對機床的維護（hù）與（yǔ）改造也（yě）有（yǒu）重要的參考意義（yì）。