數控機床機械手換刀裝置故（gù）障與維修

在數（shù）控機床的維修中，與換刀相（xiàng）關的故障極為多（duō）見。本文基（jī）於機（jī）械手換刀裝置的結（jié）構與（yǔ）動作控製，結合維修（xiū）實例，歸納常見故障現象、原因及處理措施（shī），在數控機床的維（wéi）修與改造中具有（yǒu）較大的現實意義，值得認真（zhēn）探（tàn）索（suǒ）、交流（liú）與推廣。

數控機床特別是數控加工中心高精度、高效率的重要原因之一在於其一次（cì）裝夾、多工序自動加工，而實現這（zhè）一功能的（de）關鍵在於自動（dòng）換（huàn）刀裝置。由於自動換刀裝置工作頻度高（gāo）、控製機構複（fù）雜，包括刀庫、刀具交換以及驅動等部分，因此出現故（gù）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（zuò）流程，總結歸納常見（jiàn）故障現象、原因及（jí）解決措施，借鑒相（xiàng）關維修實例，有助於快速、準確地診斷並排除故障，提高（gāo）維修工作的質量與效率。

1.機械手換刀裝置的結構

數控機床自動換刀功能的實現（xiàn）有多種方式。按是否由機（jī）械手換刀可將其分為兩類：無機械手換刀（如鬥笠式）大多依靠主軸（zhóu）與刀庫間（jiān）的軸向相對運（yùn）動實現拔刀與插刀，換刀時刀庫（kù）移（yí）至換刀位置，主軸先將刀具還回（huí）刀庫換刀位的空刀座上，然後刀（dāo）庫旋轉使（shǐ）下一工序所（suǒ）需刀具進入換刀位置（zhì），主軸再從刀庫取走新的刀具（jù），還刀和取刀兩（liǎng）個動作隻能分步進行，加之（zhī）主軸的軸（zhóu）向運動以及刀庫的移動和轉動，因此換刀時間長，加工效率低，刀庫的容量也較小；目（mù）前數控機床更多采用的是機械手換（huàn）刀，利用機械手（shǒu）快速、準確地對調刀庫中換刀（dāo）位與主軸上的刀具，還刀、取刀同時進行，換刀時間大大縮短，而且刀庫（kù）容量不受換刀機構限製。

1.刀具固定板架 2.刀座 3.換刀機械（xiè）手

4.換刀位置刀座 5.取（qǔ）刀機械手縱向（xiàng）導軌

6.取刀機（jī）械手橫向導軌

刀庫（kù）按刀具的布局可（kě）分為盤式、鏈式和格子式（shì）三種。盤式刀庫刀具呈圓（yuán）周狀分布，鏈式刀庫刀具（jù）布置在鏈條的各個環節上，格子式刀庫刀具縱橫排列。盤式刀庫空（kōng）間利用率低、容量小，一般用於小型加工中心。鏈式與格子式刀庫空間利用率高（gāo）、容量大，用於中型（xíng）與（yǔ）大型數控加工中心。刀庫的作用不僅是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確地送到換刀（dāo）位置。

刀具交換裝置（zhì）的驅動方式有液（yè）壓、伺服和交流異（yì）步電動機驅動三種。液壓驅動需要足夠的液壓動力，且運動的速度和準確性受油質（zhì）、油壓、油溫及環境等因素（sù）影響，一般用於不需要頻繁換刀的大中型機床。伺（sì）服電動機驅動（dòng）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（tū）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（fàn）用於頻（pín）繁換刀的（de）中（zhōng）小型加工中心。

2.機械手換刀動作流程（chéng）與選（xuǎn）刀方式

刀庫的選刀有順序選刀、刀具（jù）編碼選刀、刀座編碼選刀和隨機選刀四種方式。機械手換刀大（dà）多采用隨機換（huàn）刀方式，從主軸取下的刀具（jù）就近放入刀庫中剛取走刀（dāo）具的換刀位刀座內（nèi），取刀與還刀同步完成。其原理是（shì）在存儲器中建立換（huàn）刀（dāo）數據表，表中存儲單元的地址與刀座編（biān）號及主軸相對應，因此數據表的容量為刀庫中刀座數加1，存儲單（dān）元（yuán）中的數據與刀具（jù）編號一一對應，如附表所示。換刀時數據更新是先（xiān）將主軸（zhóu）所對應的存儲單元中的數據（jù）（換刀前刀（dāo）具的編號）寫入刀庫換（huàn）刀位刀座所對應的存儲單元中，再將換刀指令中的刀具編（biān）號寫入主軸所對（duì）應的存（cún）儲單元，完成主軸與換刀位刀（dāo）具編號的對換。假設數據表存儲單元（yuán）首地址為（wéi）D300，該地（dì）址所對應（yīng）存儲單元中存放的數據即為（wéi）主軸上刀具的編號，地址為（wéi）D301～D（300+n）的（de）存儲單（dān）元中的數據，即刀庫中從1#～n#刀（dāo）座上刀具的編號（hào）。

3.機械手換刀裝置的常見故障與排除方法

在數控機床維修的過程中，經常出（chū）現（xiàn）與換（huàn）刀相關的故障，根據其結（jié）構特點及換刀動作過程，歸納刀庫及機械手兩大方麵常見故障現象、產生原因與采取措施如下（xià）。

（1）刀庫故障。

①常見故障1：刀庫不（bú）能轉動。可能原因：電動機軸與（yǔ）蝸杆軸的聯軸器鬆動；變頻器故障，電動機不得電；接近開關（guān）或磁簧開關故障；PLC無輸出控製，或PLC有輸出但接口板中的繼電器失效；氣壓低。常用措施：檢查調整聯軸器；檢查變頻器的輸入、輸出電壓是否正（zhèng）常；通（tōng）過PLC的IO監控畫麵檢查IO狀態（tài），調整或更換接近開關或磁簧開（kāi）關，檢查或（huò）更換繼（jì）電器；調整氣壓達到規定（dìng）值。

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

③常見故障3：換刀位刀座在倒刀時不正常。可能（néng）原因（yīn）：氣壓不符合要求、止（zhǐ）動螺絲鬆動、氣缸損（sǔn）壞、倒（dǎo）刀電磁閥接觸不良（liáng）或損壞、刀具超重或超長。常用措施：調整氣壓到符合要（yào）求、鎖（suǒ）緊（jǐn）止動（dòng）螺絲、更換氣缸、檢查電磁閥接點或更換元件（jiàn）、更換刀（dāo）具。

④常見故障4：刀套上下不到位。可能（néng）原因：安裝調（diào）整不當或撥叉位置不正確（què）、限位開關安裝不（bú）正確或調整不當（dāng），造（zào）成反饋信號錯誤。常（cháng）用措施：檢（jiǎn）查、調整撥叉或限位開關位置，或更（gèng）換元件。

⑤常見故障（zhàng）5：倒刀時刀具掉落。可能原（yuán）因：刀套內（nèi）彈（dàn）簧夾力不夠或不能正常複位、刀柄和（hé）拉釘的距離不正確。常用措施：調（diào）整或更換元器件。

⑥常（cháng）見故障6：刀套破裂。可能原因：刀套未定位前有倒（dǎo）刀動作或未回位前刀盤轉動、裝入刀具時撞壞。常用措施：調整刀盤定位近接開（kāi）關或倒刀氣缸磁簧開關位置、更換刀（dāo）套。

⑦常見故障7：電動機燒壞。可能（néng）原因：電源（yuán）缺（quē）相或電（diàn）壓不正（zhèng）確、剎車燒壞、刀具超重、組件不能運轉。常用措施（shī）：檢查接觸器接點是否損壞、電源是否缺（quē）相及電壓（yā）等級是否匹配（pèi）；檢測剎車器線圈是（shì）否損壞、接地（dì）是否正確；檢查刀具質量是否超過允許值（zhí）；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（shí）常掉刀。可（kě）能原因：卡爪彈（dàn）簧的壓力太小、彈簧後麵（miàn）的螺母（mǔ）鬆動、機械手卡緊鎖不起作用（yòng）、刀具超重。常用措施：擰緊彈簧後螺母、調（diào）整或更換卡緊（jǐn）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：卡爪彈簧壓合過緊（jǐn），卡爪縮不回。常用措施：調鬆螺母或更換彈簧，使最（zuì）大載荷（hé）不超過額（é）定值。

③常見故障3：刀具（jù）交換時（shí）掉刀。可（kě）能原因：換（huàn）刀時主軸箱沒回到換刀點（diǎn）或換刀點漂（piāo）移；機械手抓刀時沒有到位就開始打刀或拔刀、刀臂及刀（dāo）具的夾刀（dāo）點不正確，打刀（dāo）缸鬆拉刀位置不準確，打刀缸壓力（lì）不夠，鬆刀不正常、刀具太重、刀臂變形。常用措施： 應（yīng）重設定換刀點；校正夾刀點、調整打刀缸鬆刀行程、調（diào）整壓力值、檢查刀具質量（liàng）、更換刀臂。

④常見故障4：刀臂不（bú）回位。可能原因：電路（lù）接觸不良、無夾刀或鬆刀信號、刀（dāo）臂彎曲。常（cháng）用措施：執行手動換刀，檢查是否電路故障；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.維修實例

（1）案例1。

故障現象：加工（gōng）中心VMC1000C換刀時（shí）出現（xiàn）主軸掉刀故障。

故障診斷與排除方法：

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，說明機（jī）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（dào）位行程開（kāi）關，發現其“0”、“1”狀態與實際動作不一致，說明該行（háng）程開關（guān）有問題, 更換後故（gù）障（zhàng）排除。

（2）案（àn）例2。故障現（xiàn）象：加工中心BX-110P機械手取送刀具時不能縮爪（zhǎo）。

故障（zhàng）診斷與排（pái）除方法： 打開PLC的IO監控畫麵，發現相（xiàng）應（yīng）的限位開關沒有（yǒu）壓合；調整其位（wèi）置後，機（jī）床恢（huī）複（fù）正常。但（dàn）一段時間之後（hòu），再次出現此故障，檢查限位（wèi）開關沒有鬆動，但卻沒有壓（yā）合，進一步檢查發現液壓（yā）缸拉杆頂端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；調整鎖緊螺母（mǔ）並擰緊緊固螺釘後，此故障排（pái）除。

5.結語

機械手換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（zhì）機理，不斷總結歸納常見故障現（xiàn）象、原因及解決措施，不但有助於提高（gāo）維修數控機床的效率與質量，對（duì）機（jī）床（chuáng）的維護與改造也有（yǒu）重要的參考意義。