​數控機床機械手換刀裝置故障（zhàng）與維修

在數控（kòng）機床的維修中，與換刀（dāo）相關的故障極為多見。本（běn）文基於機械手換刀裝置的結構與動作控製，結合維修實例，歸納常見故障現象、原因（yīn）及處理措施，在數控機床的維修與改（gǎi）造中具有較大的現實意義，值得認（rèn）真探索（suǒ）、交流與推廣。

數控機（jī）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（qí）一次裝夾、多工序自動加工，而實現這一（yī）功能的關鍵在於自動換刀裝置（zhì）。由於自動換刀裝置工作頻度高、控製機構複雜，包括刀庫（kù）、刀具交換以及驅動等部分，因（yīn）此出現故障的（de）幾率也大，在（zài）數控機床的維修中（zhōng）占有相當大的比例（lì）。了解其結構特點與（yǔ）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（jué）措施（shī），借鑒相關維修實例，有助於快速、準確地（dì）診斷並排（pái）除故（gù）障，提高維修工作的（de）質量與效（xiào）率。

1.機（jī）械手換（huàn）刀裝置的結構（gòu）

數控機床自動換刀功能的實（shí）現有多種方式。按是否由機械手換刀可將其分為（wéi）兩類：無機械手換刀（如鬥（dòu）笠式）大多（duō）依靠主（zhǔ）軸與刀庫間的軸向相對運動（dòng）實現拔刀與（yǔ）插刀，換刀時刀庫移至換（huàn）刀位置（zhì），主軸先將刀具還回刀庫換（huàn）刀位的空刀座上，然後刀庫旋轉使下一工序所需刀具進入換刀（dāo）位置，主（zhǔ）軸再從刀庫取走（zǒu）新的刀（dāo）具，還刀和取刀兩個動作隻能分步進行，加之主軸的（de）軸向運（yùn）動以及刀庫的移動（dòng）和轉動，因此換刀時間長，加（jiā）工效率低，刀庫（kù）的容量也較（jiào）小；目前數控機床更多采用的是機械（xiè）手（shǒu）換刀，利用機械手快速、準確地對調刀庫中換刀位與（yǔ）主軸上的刀具，還刀、取（qǔ）刀同時進行，換刀時間大大縮短，而且刀庫容量不受換（huàn）刀機構限製。

1.刀具固定板架2.刀座3.換刀機械手

4.換刀位置刀座5.取刀機械手縱向導軌

6.取刀機械手橫向導軌

刀庫按（àn）刀（dāo）具的布（bù）局（jú）可分為盤式、鏈式和格子式三種。盤式刀（dāo）庫刀具呈圓周狀分（fèn）布，鏈式刀庫（kù）刀具布置在鏈（liàn）條的各個環節上，格子（zǐ）式刀庫刀具縱橫排（pái）列。盤式刀庫空間利用率低、容量小，一般用（yòng）於小型加工中心。鏈式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（gōng）中心。刀庫的作用不僅是存放加工過（guò）程中所需要的刀具，還負責把下一工序所要使用的刀具（jù）準（zhǔn）確地送到（dào）換刀位置。

刀具交換裝置的驅動方（fāng）式有液壓、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力，且運（yùn）動的速度（dù）和準確（què）性受（shòu）油質、油壓、油溫及環（huán）境等（děng）因素（sù）影響，一般用於不需要頻（pín）繁換刀的大（dà）中型機床。伺服電動機驅動的（de）換刀裝置換刀速度快、精度（dù）高、穩定性強，但成（chéng）本較高。交流異（yì）步電動機驅動的換刀裝置，借助（zhù）凸輪機構，換刀速度快、定位準、穩（wěn）定性（xìng）高、連貫性好且（qiě）成本低，廣泛用於頻繁換（huàn）刀的中小型加工中心（xīn）。

2.機械手換刀動作流（liú）程與（yǔ）選刀方式

刀庫（kù）的選刀有順序選刀（dāo）、刀具編碼（mǎ）選刀、刀座編碼選刀和隨機選刀四種方式。機械手換刀（dāo）大多采（cǎi）用隨機換刀方式，從主軸取下的刀具就（jiù）近放（fàng）入刀庫中剛取走刀具（jù）的換刀位刀座內，取刀與還刀同步完成。其原理是（shì）在存（cún）儲器（qì）中建立換（huàn）刀數據表，表中存儲單元的（de）地址與刀座編號及主軸相對應，因此數據表的容量為刀庫（kù）中刀座數加1，存儲單元中（zhōng）的數據與刀具編號一一對應，如附（fù）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（shù）據（jù）（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號寫入（rù）主軸所對應的（de）存儲單（dān）元，完成主軸與換刀位刀具編號的對換（huàn）。假設（shè）數據表存儲單元首地址為D300，該地址（zhǐ）所對（duì）應存儲（chǔ）單元中存放的數據即為主軸上（shàng）刀具的編號，地址為D301～D（300+n）的存儲單元中的（de）數據，即刀（dāo）庫中從1#～n#刀座上刀具的編號。

3.機械手換刀裝置的常見故障與（yǔ）排除（chú）方法

在（zài）數控機床（chuáng）維修的過程中，經（jīng）常出現與（yǔ）換刀相關的故障，根據其結構（gòu）特點及換刀動作過程，歸納刀庫及機械手兩大方麵常（cháng）見（jiàn）故障現（xiàn）象、產生原（yuán）因與采取措施如下。

（1）刀庫故障。

①常見故障1：刀（dāo）庫不能轉（zhuǎn）動。可能原因：電動機軸與蝸杆軸的聯軸器（qì）鬆動；變頻器故障，電（diàn）動機不（bú）得電；接近開關或磁簧開關故障；PLC無輸出（chū）控製，或PLC有輸出但接口板中的繼（jì）電器失（shī）效；氣（qì）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；通過PLC的IO監控畫麵檢查IO狀態，調整或更換接近開關或磁簧開關，檢（jiǎn）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（wèi）不準。可能原因：電動機剎車器磨損。常用（yòng）措施：調整電動機剎車器中調節（jiē）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（hé）要求（qiú）、止動螺絲鬆動、氣缸損壞、倒刀電磁閥接觸不良（liáng）或損壞、刀具超重或超長。常用措施（shī）：調整氣壓到符合要求、鎖緊止動螺絲、更換（huàn）氣缸、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（néng）原因：安裝調整不（bú）當或撥叉位置不正確、限位開關安裝不正確或調整不當（dāng），造成反饋信號錯誤。常用措施（shī）：檢查、調整撥（bō）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）簧夾力不夠或不能正常複位、刀柄和拉釘的距（jù）離不正確。常用（yòng）措施：調整或更換（huàn）元器件。

⑥常見故障6：刀套破裂（liè）。可（kě）能原（yuán）因：刀套未定（dìng）位前有倒刀動（dòng）作或未回（huí）位前刀（dāo）盤轉動、裝入刀具時撞壞。常用措施：調整刀盤定位近接開關或倒刀氣（qì）缸磁簧開關位置、更換刀套。

⑦常見（jiàn）故障7：電動機燒壞。可能原因：電源缺相或電壓不正確、剎車（chē）燒壞、刀具超重、組件（jiàn）不能運轉。常用措施（shī）：檢查接觸器接點是否損（sǔn）壞、電源是（shì）否缺相及電壓等級是否匹配；檢（jiǎn）測剎車器（qì）線（xiàn）圈是否損壞、接地是否正確；檢查刀具質量是否超過允許值；檢查刀套滑動部位是否順（shùn）暢。

（2）機械手故障。

①常見故障1：刀具夾不緊，時常掉刀（dāo）。可能原因：卡爪彈簧的壓力太小、彈簧後麵的螺母鬆動、機械手卡緊鎖（suǒ）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（dàn）簧、更換刀具。

②常見故障2：刀（dāo）具夾緊後鬆不開。可能原因：卡爪彈簧壓合（hé）過緊，卡爪縮不回。常用措施：調鬆螺母或更換（huàn）彈簧，使最大載荷不超過額定值。

③常見故障（zhàng）3：刀具交換時掉刀。可能原因：換刀時（shí）主（zhǔ）軸箱沒（méi）回到換刀（dāo）點或（huò）換刀點漂移；機（jī）械手抓刀時沒有到（dào）位就開始打刀（dāo）或拔刀（dāo）、刀臂及刀具的夾刀點不（bú）正確，打刀（dāo）缸鬆拉刀位置不準確，打刀缸壓力（lì）不（bú）夠，鬆刀不正常、刀具太重、刀（dāo）臂變形。常用措（cuò）施： 應重（chóng）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：刀臂不回位（wèi）。可能原因：電（diàn）路接觸不良、無夾刀或鬆刀信號、刀臂彎曲。常（cháng）用措施：執行手（shǒu）動換刀，檢查是否電路故障；用PLC監看（kàn）夾刀或鬆刀信號，調整近接開（kāi）關位置（zhì）、調整（zhěng）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（zhàng）診（zhěn）斷（duàn）與排除方法：

①檢查機械手手臂上兩個卡爪的彈簧及附件，沒有發現（xiàn）異常，說明（míng）機械手（shǒu）夾持刀具沒有問題。

②拆開主軸檢查（chá）碟簧能否（fǒu）對刀具夾持緊固，發現碟簧完好。

③打開PLC的I O監控畫麵，反（fǎn）複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（dòng）作不一致，說明該行（háng）程開關有問題,更換後故障排除。

（2）案例2。故障現象：加（jiā）工中心BX-110P機械手取送刀（dāo）具時不能縮爪。

故障診斷與排（pái）除方法：打開PLC的IO監控畫麵（miàn），發現相應的限位開關沒有壓合；調整其位置後，機床恢複正常。但一段時間之後，再次出現此故障，檢查限位（wèi）開關沒有鬆（sōng）動，但卻沒有壓（yā）合，進一步檢查（chá）發現液（yè）壓缸拉杆頂端鎖緊螺母的緊固（gù）螺釘鬆動，致使液壓缸伸縮的行程發生了變化；調整（zhěng）鎖緊螺母並（bìng）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控機床最重要的功能部件之一（yī），掌握其結構特點、控製機理，不（bú）斷總結歸納常見故障現象、原因及（jí）解決措施，不但有助於提高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。