數控機（jī）床機械（xiè）手（shǒu）換刀裝（zhuāng）置故（gù）障與維（wéi）修

在數控機床的維修中，與換（huàn）刀相關的故障極為多見。本文基於機械手（shǒu）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）與改造中具有較大（dà）的現實意義，值得認真（zhēn）探索、交流與（yǔ）推廣。

數控（kòng）機床特別是數控加工中心（xīn）高精（jīng）度、高效率的重要原因之一在於其一次裝（zhuāng）夾、多工序自動加（jiā）工，而實現這一（yī）功能的關鍵在於自動換刀裝置。由於自（zì）動換刀裝置工作頻度高（gāo）、控製機構複雜，包括（kuò）刀庫、刀具交換以及驅動（dòng）等部分，因此出現故障的（de）幾率也大，在數（shù）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（zuò）流程，總（zǒng）結歸納常見故障現象、原因及解決措施，借鑒相關維（wéi）修實例，有助於（yú）快速、準確地診斷並排除（chú）故障，提高維修工作的質量與效率。

1.機械手換（huàn）刀裝置的結構

數控機床自動換刀功能的實現有多種方（fāng）式。按是（shì）否由機械手換刀可將其分為兩類：無機（jī）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（bá）刀與插（chā）刀（dāo），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）後刀庫旋轉使（shǐ）下一工序所需刀具進入換刀（dāo）位置（zhì），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）主軸的軸向運動以及刀庫（kù）的移動和轉動，因此換（huàn）刀時間長，加工效率低，刀庫的容量也較小；目（mù）前數（shù）控機床更多采用的是機械手換（huàn）刀，利用機械手快速、準確地對調刀庫中換刀位與主軸上的刀具，還刀、取（qǔ）刀同時進行，換刀時間大大（dà）縮短，而且（qiě）刀庫容量不（bú）受換刀機構（gòu）限製。

1.刀具（jù）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（dāo）機械手橫向導軌

刀庫按（àn）刀具的布局（jú）可分為盤式、鏈式和格子式三種。盤式刀庫刀具呈圓周狀分布，鏈式刀（dāo）庫刀具布置在鏈條的各個環節上，格子式刀庫刀具縱橫排（pái）列。盤式刀庫（kù）空間利用率低、容量小，一般用於小型加工中心。鏈式（shì）與格子式刀庫空間利用（yòng）率高（gāo）、容量大，用於中型與大型數控加工中心（xīn）。刀庫的作用不僅是存（cún）放加工過程中所需要的刀具，還負責把下一工序所要（yào）使用的（de）刀具準確地送到換刀位置。

刀具交換裝置的驅動方式有液壓、伺服和交流（liú）異步電動機驅動三（sān）種。液壓驅動（dòng）需要足夠的（de）液壓動力，且運動（dòng）的速度和準（zhǔn）確性受油（yóu）質、油壓、油溫及（jí）環（huán）境等因素影響，一般用於不需（xū）要頻繁（fán）換刀的大中型機床。伺服電（diàn）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（jiè）助凸輪機構，換刀速度（dù）快、定位準、穩定性（xìng）高、連貫性好且成本低（dī），廣泛用於頻繁換刀的中小型（xíng）加工中心。

2.機械手換刀動作流程與選（xuǎn）刀方（fāng）式

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（jī）選刀（dāo）四（sì）種方式（shì）。機械手換（huàn）刀大多采用隨機換刀方式，從主軸（zhóu）取下的（de）刀具就（jiù）近放入刀庫中剛取走刀（dāo）具的換刀位刀座內，取（qǔ）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（cún）儲單元的（de）地址與刀座編號（hào）及主軸相對應，因此數據表的容量為（wéi）刀庫中刀座數加1，存儲單（dān）元中的數據與刀具編號一一對應，如附表所示。換刀時數據更新是先將主軸所對應的存儲（chǔ）單元（yuán）中的數據（換刀前刀（dāo）具的編號）寫入刀庫換刀位刀座所（suǒ）對應的存儲單元中，再將換（huàn）刀（dāo）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（huàn）。假設（shè）數據表（biǎo）存儲單元首地址（zhǐ）為D300，該地址（zhǐ）所對（duì）應存儲單（dān）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（chǔ）單元中的數（shù）據，即刀庫中從1#～n#刀座上刀具的編號。

3.機械手換刀裝置的（de）常見故障與排除方法

在數控機床維修的過程中，經（jīng）常（cháng）出現與換刀相關的故（gù）障，根據其結（jié）構特點及換刀動作過程（chéng），歸（guī）納刀庫及機械手兩大方麵常見故障現象、產生原（yuán）因與采取措施如下。

（1）刀庫故障。

①常見故（gù）障1：刀庫不能轉動。可能原因：電動機軸與蝸杆軸的聯（lián）軸器鬆動；變頻器故障（zhàng），電動機不得電；接近開關或磁簧開關故障；PLC無輸出控製（zhì），或PLC有輸出但接口板中的（de）繼電器失（shī）效；氣壓低。常（cháng）用措施：檢查調整聯（lián）軸器；檢查變頻器的輸入（rù）、輸出電（diàn）壓是否（fǒu）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（kāi）關（guān），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（kě）能原因：電動機剎車器磨損。常（cháng）用措施：調整電動機剎（chà）車器中調節螺釘。

③常見故障3：換刀位刀座在倒刀時不正常。可能原（yuán）因：氣壓不符合（hé）要求、止動螺絲鬆動、氣缸損壞（huài）、倒刀電磁閥（fá）接觸不良或損壞、刀具超重或超（chāo）長。常用措施：調整氣壓到符合要求（qiú）、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（jù）。

④常見故障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、限位開關安裝不正確或調整不當，造成反饋信號錯（cuò）誤。常用措施：檢查、調整撥（bō）叉（chā）或限位開關位置，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能正常複（fù）位、刀柄和（hé）拉釘的距離不正確。常用措施（shī）：調（diào）整或更換元器件（jiàn）。

⑥常見（jiàn）故障6：刀套破裂。可能原因：刀（dāo）套未定位前有倒刀動作或未（wèi）回位前（qián）刀盤轉動、裝入（rù）刀具（jù）時（shí）撞（zhuàng）壞。常用措（cuò）施：調整（zhěng）刀盤定（dìng）位近接開關或（huò）倒（dǎo）刀氣缸磁簧開關位（wèi）置、更換刀套（tào）。

⑦常見故障7：電動機燒壞。可能原因：電源缺相或電壓（yā）不正確（què）、剎車燒壞、刀具（jù）超重、組件不能運轉。常用措施（shī）：檢查接觸器接點（diǎn）是（shì）否損壞、電源（yuán）是否缺相及（jí）電壓等（děng）級是（shì）否（fǒu）匹配；檢測剎車器線圈是否損壞（huài）、接地（dì）是否正確；檢（jiǎn）查刀（dāo）具質量是否超過允許值（zhí）；檢查刀套滑動部位是否順暢。

（2）機械手（shǒu）故障。

①常見故障1：刀具夾不緊，時常掉刀。可能原因：卡爪彈簧的壓力太小（xiǎo）、彈（dàn）簧後麵（miàn）的螺母鬆動、機械手卡緊鎖不（bú）起作用、刀具超重。常（cháng）用措施：擰緊（jǐn）彈簧後螺母（mǔ）、調整或（huò）更換卡緊鎖、更換彈簧、更換刀具。

②常見故（gù）障2：刀具夾（jiá）緊後鬆不開（kāi）。可能原因：卡爪彈簧壓合過緊，卡爪縮不回。常用（yòng）措（cuò）施：調鬆螺母或更換彈簧，使最大（dà）載荷不超過額定值。

③常（cháng）見故障3：刀具（jù）交換時掉刀。可能（néng）原因：換刀時主軸箱沒回到換刀點或換刀點漂移；機械手抓（zhuā）刀時沒有到位就開（kāi）始打（dǎ）刀或拔刀、刀臂及刀具的夾刀點不（bú）正確（què），打刀缸鬆拉刀位置（zhì）不準確（què），打刀缸壓力不夠，鬆刀（dāo）不正常、刀具太重、刀臂變形。常用措施： 應重設定換刀點；校正夾刀點（diǎn）、調整打刀（dāo）缸鬆刀行程、調整壓力值、檢查（chá）刀具質量、更換刀（dāo）臂。

④常見故障4：刀臂不回位。可能原因：電路接觸不良、無（wú）夾刀或鬆刀信號、刀臂彎曲。常用措施：執行手動換刀，檢查是否電路故障；用（yòng）PLC監看夾刀（dāo）或鬆刀信號，調整近接（jiē）開關位置、調整或更換刀臂。

4.維修實例

（1）案（àn）例1。

故障現象（xiàng）：加（jiā）工中心VMC1000C換刀時出現主（zhǔ）軸掉刀故障。

故障診斷與排除方法：

①檢查（chá）機械手手臂上兩個卡爪（zhǎo）的彈簧及附件，沒（méi）有發（fā）現（xiàn）異（yì）常，說明機（jī）械手夾持刀具（jù）沒（méi）有問題。

②拆開主軸檢查碟簧能（néng）否對刀具（jù）夾持緊固，發現碟簧完好。

③打開PLC的I O監控畫麵，反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：加工中心BX-110P機械手取送刀具時（shí）不能縮爪。

故障診斷與排除方法： 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（zhěng）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（jìn）一步（bù）檢查發現液壓缸拉（lā）杆（gǎn）頂端（duān）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（jǐn）螺母並擰緊緊固（gù）螺釘後，此故（gù）障排除。

5.結語

機械手換（huàn）刀裝置是數控機床最重要的（de）功能部件之一，掌握其結構特點、控製機（jī）理，不斷總結歸納常見故障現象、原因及解決措（cuò）施，不但（dàn）有助於提高維修數控機床的效率與質量，對（duì）機床的維護與改造也有重要的參考意義。