數控機床機械手換刀裝置故（gù）障與（yǔ）維修

在數控機床的維修中，與換刀（dāo）相（xiàng）關的故障極為多見。本文基於機械手換刀（dāo）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（yuán）因及處理措施，在數控機床的維修與改造中具有較大的（de）現實意義，值得認真探索、交流與推廣。

數控機床特別是數控加工中心高精度、高效率的重要原（yuán）因之一在於其一次裝夾、多工序自動加工，而實現這一功能（néng）的關（guān）鍵在於自動換（huàn）刀裝置。由於自動換刀（dāo）裝置工（gōng）作頻度（dù）高、控製（zhì）機構複雜，包括刀庫、刀具交（jiāo）換以及驅動等部（bù）分，因此出現故障的幾（jǐ）率也（yě）大，在數控機床的（de）維修中占有相當（dāng）大（dà）的比例。了解其結構特點與控（kòng）製機理，熟悉換刀的動作（zuò）流程，總結歸納常見故障現象、原因及解決措施，借（jiè）鑒相關維修實例（lì），有助於（yú）快（kuài）速、準確地診斷並排（pái）除故障，提（tí）高維修工作的質量與效率。

1.機械手換刀裝置的結構

數（shù）控機床自動換刀功能的（de）實現有多種方式。按是否由機械手換刀可將其分為兩類：無機械手換刀（dāo）（如鬥笠式）大多依靠主軸（zhóu）與刀庫間的軸向（xiàng）相（xiàng）對運動實現拔刀與插刀，換刀時刀庫（kù）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，然後刀庫旋轉（zhuǎn）使下（xià）一工序所需刀具（jù）進（jìn）入換刀位置（zhì），主軸再從刀（dāo）庫取走新的刀具，還刀和取刀兩個動作隻能分步進行，加之主軸的軸向運動以及刀（dāo）庫的移動和轉動（dòng），因此換刀時間長，加工效率低，刀庫的容量也較小；目前（qián）數（shù）控機床更多采用的是機械手（shǒu）換刀，利用機械手快速、準確地對調刀庫中換刀（dāo）位與主軸上（shàng）的刀具，還刀、取刀同時進行，換刀時間（jiān）大大縮短，而且刀庫容量不受換刀機構限製。

1.刀具（jù）固定板（bǎn）架（jià） 2.刀座 3.換刀機（jī）械手

4.換刀位置刀座 5.取刀機械（xiè）手縱向導軌

6.取刀機（jī）械手橫向導軌

刀庫按刀具的布局（jú）可分為（wéi）盤式、鏈式和格子（zǐ）式三種。盤式刀庫刀具呈圓周狀分布，鏈式刀庫刀具布置（zhì）在鏈條的各（gè）個環節上（shàng），格子式刀庫刀具縱橫（héng）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）大型數控加工中心。刀庫的作用不僅是（shì）存放加工過程中所需要的刀具，還負責把下一工序所要使用的刀具準（zhǔn）確地送（sòng）到換刀（dāo）位置（zhì）。

刀具交換裝置的驅動方式有液壓（yā）、伺服和交流異步電動（dòng）機（jī）驅動三種。液壓驅動需要足夠的液壓動力，且運動的速度和準確（què）性受油質、油壓（yā）、油（yóu）溫及環境等因素影響，一般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、穩定性強，但成（chéng）本較高（gāo）。交流異步電動機驅動的換刀裝置，借（jiè）助凸輪（lún）機構，換刀速度快、定位準、穩定性高、連貫性好且成本低，廣泛用於頻繁換刀的中小型加工中心。

2.機械手換刀（dāo）動作流程與選刀方式（shì）

刀庫的選刀有順序選（xuǎn）刀、刀具編碼選刀（dāo）、刀座編碼選刀和隨（suí）機選刀四種（zhǒng）方式。機械手換刀大多采用隨機換刀方式，從主軸取下（xià）的刀具就近放入刀庫中剛取（qǔ）走刀具的換刀位刀座內，取刀（dāo）與還刀同步完成。其原理是在存儲器（qì）中建立換刀數據表，表中（zhōng）存儲（chǔ）單元的地址與刀座編號及（jí）主軸相對應，因此數據表的容量為刀庫中刀座數（shù）加1，存儲單元中的數（shù）據與刀具編號（hào）一一對應，如附表所示。換刀時數據更新是先將主（zhǔ）軸所對應的存儲單元中的數據（換（huàn）刀前（qián）刀具的（de）編號）寫入刀庫換刀位刀座所對應的存儲單元中，再將換刀（dāo）指令中的刀（dāo）具編號寫入主軸所對應的存儲單元，完成主軸與（yǔ）換刀位刀具編號的對換。假設數據表存（cún）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（de）編（biān）號，地址為D301～D（300+n）的（de）存儲單元中的數據，即刀庫中從1#～n#刀座（zuò）上刀具的編號（hào）。

3.機械手換刀裝置的常（cháng）見故障與排除方法

在（zài）數控機床維修的過程中，經常出（chū）現與（yǔ）換刀（dāo）相關的故障，根據其結構特點及換刀動作過程，歸納刀庫及機械手兩大（dà）方麵常見（jiàn）故障現象、產生原因與（yǔ）采取措施如下。

（1）刀庫故障。

①常（cháng）見故障1：刀庫不能轉動。可（kě）能原因：電動機軸與（yǔ）蝸杆軸的聯（lián）軸器鬆動；變頻（pín）器故障，電動機不得電（diàn）；接近開關或磁簧開關故障；PLC無輸出控製，或PLC有輸（shū）出但接口板中的繼電器（qì）失效（xiào）；氣（qì）壓低。常用措施：檢查調整聯軸器（qì）；檢查變頻器的（de）輸入、輸出電（diàn）壓是否正常；通（tōng）過PLC的IO監（jiān）控（kòng）畫麵檢查（chá）IO狀態，調整或更換接近開關或磁簧開關，檢查或更換（huàn）繼電器；調整氣壓（yā）達到規定值。

② 常見故障2：刀盤（pán）定位不準。可能原因：電動機剎車器（qì）磨損。常用措施：調整電動機剎車（chē）器中調節螺釘。

③常見故障（zhàng）3：換刀（dāo）位刀座在倒刀時不正常。可能原因（yīn）：氣壓（yā）不符合要求、止動螺絲鬆動（dòng）、氣缸損壞、倒（dǎo）刀電磁閥接觸不良或損壞、刀具超重或超長。常用措施：調整（zhěng）氣壓到（dào）符合要求、鎖緊止動（dòng）螺絲（sī）、更換氣缸、檢查（chá）電磁閥接點或更換元件、更換刀具。

④常見故障（zhàng）4：刀套上下不到位。可能原因：安裝調整不當或撥叉位置不正確、限位開關安（ān）裝不正確或調整不當，造成反饋信號錯誤。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：刀套內彈簧夾力不（bú）夠或不能正常複位、刀柄和拉釘的（de）距離（lí）不正確。常（cháng）用措施：調整或更換元器件。

⑥常見故障（zhàng）6：刀套破裂。可能原因：刀套（tào）未定位前有倒刀動作或未回位（wèi）前刀盤轉動、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缸磁（cí）簧（huáng）開（kāi）關位置（zhì）、更換刀套。

⑦常見故障（zhàng）7：電動（dòng）機燒壞。可（kě）能原因：電（diàn）源缺相或（huò）電壓不正確、剎車燒壞、刀具超重、組件不能運轉。常用措施：檢查接觸器接點是（shì）否損（sǔn）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（dāo）具質量是否超過允許值；檢查刀套滑動部位是否順暢。

（2）機械手故障。

①常見（jiàn）故障1：刀具夾不緊，時常（cháng）掉刀。可能原因：卡爪彈簧的壓力太小（xiǎo）、彈簧後麵的螺母鬆動、機械手卡緊鎖不起作用、刀具超重。常（cháng）用措（cuò）施：擰緊彈簧後螺母、調整或更換卡緊鎖、更換彈簧、更換（huàn）刀具。

②常見故障2：刀具夾緊後鬆（sōng）不開。可能原因：卡爪彈簧壓合過緊，卡爪縮不回。常用措施：調鬆螺母（mǔ）或（huò）更（gèng）換彈（dàn）簧，使最大載荷不超過額定值。

③常（cháng）見故（gù）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（huàn）刀點漂移；機（jī）械手（shǒu）抓刀時沒（méi）有到位就（jiù）開始打（dǎ）刀或拔刀、刀臂（bì）及刀具的夾刀點不正確，打刀缸鬆拉刀位置不準確，打刀缸壓力不夠，鬆刀不（bú）正常、刀具太重、刀臂變形。常用措（cuò）施： 應重（chóng）設定換刀點；校正夾刀點、調（diào）整打刀缸鬆刀行程、調整壓力（lì）值、檢查刀具質量、更換刀臂。

④常見故障4：刀臂不回位。可能（néng）原因：電路接觸不良、無夾刀或鬆刀（dāo）信號、刀臂彎曲。常（cháng）用（yòng）措施：執行手動換刀，檢查是（shì）否電路故障；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（shí）例

（1）案例1。

故障現（xiàn）象：加工中（zhōng）心VMC1000C換刀時出現主軸（zhóu）掉刀故障。

故障診斷（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，沒有發現異常，說明機械手夾持刀具沒有問（wèn）題。

②拆開主軸檢查碟簧能否對刀具夾持緊固，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，說明該行程開關有（yǒu）問題, 更換後故障排除。

（2）案例2。故（gù）障現象：加工中心BX-110P機械手取送（sòng）刀具（jù）時不能縮爪。

故障診斷（duàn）與排除方法（fǎ）： 打開（kāi）PLC的IO監控畫麵（miàn），發現相應的（de）限位開（kāi）關沒有壓合；調整其位置後，機床恢複正常（cháng）。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（méi）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（gāng）伸縮的行程（chéng）發生了變化；調整鎖緊螺母並擰緊緊（jǐn）固螺釘後，此故障排除。

5.結語（yǔ）

機械手（shǒu）換刀裝置是數控機床（chuáng）最重（chóng）要的功能部件之一，掌握其結構特點、控製機理，不斷（duàn）總結歸納常見故（gù）障現象、原因及解決措施，不但有助於提高維修數控（kòng）機床的效率與（yǔ）質（zhì）量，對機床的維護與改造也（yě）有重要（yào）的參考意義。