數控機床機（jī）械手（shǒu）換（huàn）刀（dāo）裝置故障（zhàng）與維修

在數控機床的維修中，與換刀相（xiàng）關的故障極為多見。本文基於（yú）機械手換刀裝置的結構與動（dòng）作控製（zhì），結合維修實例，歸納常（cháng）見故障現象、原因及處理措施，在數控（kòng）機床的（de）維修與改造中具有較大的現實（shí）意義，值得認真（zhēn）探索、交流與推廣（guǎng）。

數控機床特別是數控加工中心高（gāo）精（jīng）度、高效率（lǜ）的重要原因之一在於其一次裝夾、多工序自動加工（gōng），而實現這一功能（néng）的關（guān）鍵（jiàn）在於自動換刀裝置。由於自動換刀裝置工作頻度高、控製機構複雜，包括刀庫、刀（dāo）具（jù）交換以及驅動等部（bù）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（dāng）大的比例。了解其結構特點與控製機理，熟悉換（huàn）刀的動作（zuò）流程，總結（jié）歸納（nà）常見故障現象、原因及解決措施，借（jiè）鑒相關維修實例，有助於快速、準確（què）地診斷並排除故障，提高維（wéi）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（duō）種方式。按是（shì）否由機械手換刀可將其（qí）分為兩類：無機械手換刀（dāo）（如鬥笠式）大多依靠（kào）主軸（zhóu）與刀庫間的（de）軸向相對運動實現拔刀與插刀，換刀時刀庫移至換刀（dāo）位置，主軸先將刀具還回（huí）刀庫換（huàn）刀位的空刀座上，然後刀庫旋轉使下一工序（xù）所需（xū）刀具（jù）進入換刀位（wèi）置，主軸再從刀庫取走新的（de）刀具，還刀（dāo）和取刀（dāo）兩個（gè）動作隻能（néng）分步進（jìn）行，加之主軸的軸向運（yùn）動以及刀庫的移動和轉動，因此換刀時間長，加工效率低（dī），刀庫的容量也較小；目前數控機（jī）床（chuáng）更多采用的（de）是機械手換刀，利用機械手快速、準確地對調刀庫中換（huàn）刀位與主軸上的（de）刀具，還刀、取刀同時進行，換刀時間大大縮短，而且刀庫容量不受換刀機（jī）構限製。

1.刀具固定板架 2.刀座 3.換刀機械手

4.換刀位（wèi）置刀（dāo）座 5.取刀機械手縱向導軌

6.取刀機械（xiè）手橫向導軌

刀庫按刀具的布局可分為盤（pán）式、鏈式（shì）和格子式三種。盤式（shì）刀庫刀具呈（chéng）圓周狀分布（bù），鏈式刀庫刀具布置在鏈條的各個環節上，格子式刀庫刀具縱橫排列。盤式刀庫空間（jiān）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（kù）空間利用率高、容量大，用於中型與大型數控加工中心。刀庫的作用不僅是存放加工過程（chéng）中所需要的刀具，還負責把下一（yī）工序所要使用的刀（dāo）具準確地送到換刀位置。

刀具交換裝置的驅動方式有液壓（yā）、伺服和（hé）交流異步電動機（jī）驅動三（sān）種。液壓驅動（dòng）需要足夠的液壓動力，且運動的速度和準確性受油（yóu）質、油（yóu）壓、油溫及（jí）環境等因素影響，一般用於不需要（yào）頻繁換刀的大中型機床。伺服（fú）電（diàn）動機驅動的換刀裝置換刀速度快、精度高、穩（wěn）定性強，但成本較高（gāo）。交流異（yì）步電動機驅動的換刀（dāo）裝置，借助凸輪機構，換刀（dāo）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（de）中小型加工中心。

2.機（jī）械手換刀動作流程（chéng）與選刀方式（shì）

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

3.機械手換刀（dāo）裝（zhuāng）置的常見故障與排除方法

在數（shù）控機床維修的過（guò）程（chéng）中，經常出現（xiàn）與換刀相關的故障，根據其結構特點及換刀動作過程，歸納刀庫及機械手兩大方麵（miàn）常見故障現象、產（chǎn）生原因與采取措施（shī）如下。

（1）刀庫故障。

①常見故（gù）障1：刀庫不能（néng）轉動。可（kě）能原因：電動機軸（zhóu）與蝸杆軸的聯軸（zhóu）器鬆動；變頻器故障，電動機不得電；接近開關或磁簧開關（guān）故障；PLC無輸出控製，或PLC有輸出但接口板中的繼電器（qì）失效；氣壓（yā）低。常用措施：檢查調整聯（lián）軸器；檢查（chá）變頻器的輸入、輸出電（diàn）壓（yā）是否正（zhèng）常；通過PLC的IO監控畫麵檢查IO狀態，調整或更換接近開關（guān）或磁簧開關，檢（jiǎn）查（chá）或（huò）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。可能原因：電動機（jī）剎車器磨損。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（shí）不（bú）正常。可能原因：氣壓不符合要求、止動螺絲鬆動、氣缸損壞、倒刀電磁閥接觸不良或損壞、刀具超重或超（chāo）長。常（cháng）用措施：調整氣壓到符合要求、鎖緊止動螺絲、更換氣缸（gāng）、檢（jiǎn）查電磁閥接點或更換元件、更換刀具。

④常見故障4：刀套（tào）上下不到位。可能原因：安裝調整不當或撥叉位（wèi）置不正確、限位開關（guān）安裝（zhuāng）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（wèi）置，或更換元件。

⑤常見故障5：倒刀（dāo）時刀具掉落。可能原因：刀套內（nèi）彈簧夾力不夠或（huò）不能正常複位、刀柄和拉釘的距離不正確。常用措施：調整或更換元器件。

⑥常見（jiàn）故障6：刀套破裂。可能原因：刀套未定位前有（yǒu）倒刀動作或未回位前刀盤轉動、裝入刀具時撞壞。常用措（cuò）施：調整刀盤定位近接開關（guān）或倒刀氣缸磁簧開關位置、更換刀套（tào）。

⑦常見故障（zhàng）7：電動機（jī）燒壞。可能原因：電源缺（quē）相或電壓不正確、剎車燒壞（huài）、刀具超重、組件不能運轉（zhuǎn）。常用措施：檢查接觸器接點是否損壞、電源（yuán）是否缺相及電（diàn）壓等級是否匹配；檢測剎車器（qì）線圈是否損壞、接地是否正確；檢查刀具（jù）質（zhì）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常見故障1：刀具夾不緊，時（shí）常掉刀。可能原因：卡爪彈簧的壓力太小、彈簧後麵（miàn）的螺母鬆動、機（jī）械手卡緊鎖不起作用、刀具（jù）超重（chóng）。常用措施：擰緊彈簧後螺（luó）母（mǔ）、調整或更換卡緊鎖、更換彈簧、更換刀具。

②常見故障2：刀具夾緊後（hòu）鬆不開。可能原因：卡爪彈簧壓合過緊，卡爪縮不回。常用措（cuò）施：調（diào）鬆螺母（mǔ）或更換彈（dàn）簧，使最大載荷不（bú）超過額定值。

③常見故障（zhàng）3：刀具交換時掉刀（dāo）。可能（néng）原（yuán）因：換刀時主（zhǔ）軸箱沒回到換刀（dāo）點或換刀點漂移；機械手抓（zhuā）刀時沒有到位就開始打刀或拔刀、刀臂及刀具的夾刀點（diǎn）不正確，打刀缸鬆拉刀位置不準確，打刀缸壓力不夠，鬆刀不正常、刀具太重、刀臂（bì）變形。常用（yòng）措施： 應重設定換刀點；校正夾刀點、調整打刀缸鬆刀（dāo）行程、調整（zhěng）壓力值、檢查刀具質量、更換刀臂。

④常見故障4：刀臂不回位。可能原因：電路接觸不良、無夾刀或（huò）鬆刀信號、刀臂彎曲。常用措（cuò）施：執行手（shǒu）動換刀，檢（jiǎn）查是否電路故障；用PLC監看夾刀或鬆刀信號，調整近（jìn）接開關位置、調整或更換刀（dāo）臂。

4.維（wéi）修（xiū）實例（lì）

（1）案（àn）例1。

故障現象：加工中（zhōng）心VMC1000C換刀時出現主（zhǔ）軸掉刀故障。

故障診（zhěn）斷與（yǔ）排除方法：

①檢查機（jī）械手手臂上兩個卡（kǎ）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題。

②拆開（kāi）主軸檢查碟簧能否對刀（dāo）具夾（jiá）持緊固，發現碟簧完好。

③打開PLC的I O監控畫麵（miàn），反複按壓主軸刀具夾緊到位行程開關（guān），發現其“0”、“1”狀態與（yǔ）實際動作不一致，說明該行程開關有問題, 更換後故障排除。

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

故障診斷與排除（chú）方法： 打開PLC的IO監控畫麵，發現相應的限位開關沒有壓合；調整其位置後，機（jī）床恢複（fù）正常。但一段時間之後，再次出現此故障（zhàng），檢查限（xiàn）位開關沒有鬆（sōng）動，但卻沒有壓（yā）合，進一（yī）步檢查發現液（yè）壓缸拉杆頂端鎖（suǒ）緊螺母的緊固螺釘鬆（sōng）動，致使液壓缸伸縮（suō）的行程發生了變化；調整鎖緊螺母並擰緊緊固螺（luó）釘後，此（cǐ）故障排除。

5.結語

機械（xiè）手換刀裝（zhuāng）置是數控機床最重要（yào）的功（gōng）能部件之（zhī）一，掌握其結構特（tè）點、控製機理，不斷總結歸（guī）納常見（jiàn）故障現象、原因及解（jiě）決措施（shī），不（bú）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（yǔ）改造（zào）也有重要的參考意義。