​數控機床機械手換刀裝置故障與維修

在數控機床的（de）維修（xiū）中，與換刀相關的故障極為多見。本（běn）文基於機（jī）械手換刀裝置的結構（gòu）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（cuò）施，在數控機床的維修與改造中具有較大的現實意義，值得認真探索、交流與（yǔ）推廣。

數控機床特別是數控加工中心高精度、高效率的（de）重要原因之（zhī）一在（zài）於其一次裝夾、多工序自（zì）動加工，而實現這一功（gōng）能的關鍵在於自動換刀裝置。由於自動換刀裝（zhuāng）置工作頻度高、控製機構複雜，包括刀庫、刀具交換以及驅動等部分（fèn），因此出現（xiàn）故障的幾率也大，在數控機床的維修中占有相當大的比例。了解其結構（gòu）特點與控製機理，熟悉換刀的動作流程（chéng），總結歸納常見故障現象、原因及解決措施，借鑒相關維修實例，有助於快速、準確（què）地診斷（duàn）並排除故障，提高維（wéi）修工作的質量與效率。

1.機（jī）械手換刀（dāo）裝置的結構

數控機床自動（dòng）換刀功（gōng）能的實現有多種方式。按（àn）是否（fǒu）由機械手換刀可將其分為兩類：無機械手換刀（如鬥笠（lì）式）大多依靠主軸與刀庫間的軸（zhóu）向相對運動實現拔刀與插刀（dāo），換刀時刀庫移至換刀位置（zhì），主軸先將刀具還回刀庫換刀位的空刀座上，然後刀庫旋轉使下一工序所需刀具（jù）進入換刀位置，主軸再從刀庫取走新的刀具，還刀和取刀兩個動作隻能（néng）分步進行（háng），加之主軸的（de）軸向運動以及刀（dāo）庫的移動和轉動，因此換刀時（shí）間長，加工效（xiào）率低（dī），刀庫的容量也較小；目前數控機床（chuáng）更多采用的是機械手換刀（dāo），利用機械手（shǒu）快速、準（zhǔn）確地對調（diào）刀庫中換刀位與主軸上的刀具，還（hái）刀、取刀同時進行，換刀時間大大縮短，而且刀庫容量不受（shòu）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（dāo）位置刀座5.取（qǔ）刀機械手（shǒu）縱向導軌

6.取刀機械手橫（héng）向導軌

刀庫按刀具的布局可分（fèn）為盤式、鏈式和格子式三（sān）種。盤（pán）式刀庫刀具呈圓周狀分（fèn）布，鏈式刀（dāo）庫（kù）刀具布置（zhì）在鏈條的各個（gè）環節上，格子式刀庫刀具縱橫排列。盤式刀庫空間利用率低、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、容（róng）量大，用於中型與大型數控加工中（zhōng）心（xīn）。刀庫（kù）的作用不僅是存放加工過（guò）程中所需要的刀（dāo）具，還負（fù）責把下（xià）一工序所要使用的刀具準確（què）地送到換刀位置。

刀具（jù）交換裝置的驅動（dòng）方式有液壓、伺服和交流異步電動機驅（qū）動三種。液壓驅動需要足夠的液壓動力，且運動的（de）速度和準確性受油（yóu）質、油壓、油溫及環境（jìng）等（děng）因素影響（xiǎng），一般用（yòng）於不需要頻繁換刀的大中型機床。伺服電（diàn）動機驅動（dòng）的換刀裝置換刀速度快、精度（dù）高（gāo）、穩定性強，但（dàn）成本較高。交流異步電動機驅動的換刀裝置，借助凸輪機（jī）構（gòu），換刀速度快、定位（wèi）準、穩（wěn）定性高（gāo）、連貫性好且成本低，廣泛用於頻繁換刀（dāo）的中小型加工（gōng）中心。

2.機械手換刀動作流程與選刀（dāo）方式

刀庫的選刀有順序選刀、刀具編碼（mǎ）選（xuǎn）刀、刀座編碼（mǎ）選刀（dāo）和隨機選刀（dāo）四種（zhǒng）方（fāng）式（shì）。機械手換刀大多采用隨機換刀方式，從（cóng）主軸取下的（de）刀具就近放入刀庫中剛取走（zǒu）刀具的換刀位刀座內，取刀與（yǔ）還刀同步完成。其原理是在存儲器中建立換刀數據表，表中存儲單元的地址與刀座編號及主軸相對應，因（yīn）此數據表的容量（liàng）為刀庫中（zhōng）刀座數加1，存（cún）儲（chǔ）單元中的數據與刀具編號一一對應（yīng），如附表所示（shì）。換刀時數據更新是先將主軸所對應的存儲單元中的數據（換刀前刀具的編號）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（de）刀具編號寫入主軸所對應的存儲單元，完成主軸與換刀位刀具編號（hào）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的數據即為主軸上刀具的編號，地址為D301～D（300+n）的存儲單元中的（de）數據，即刀庫中從1#～n#刀座上刀（dāo）具的編號。

3.機械手換刀裝置的常見故障與排除方法

在（zài）數控機（jī）床（chuáng）維修的過程中，經常出現與換（huàn）刀相關（guān）的故障，根據其結構特點及換刀動作過（guò）程（chéng），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（rú）下。

（1）刀庫故障。

①常見故障1：刀庫（kù）不能轉動。可能（néng）原因：電動機軸（zhóu）與蝸杆軸的（de）聯軸（zhóu）器鬆動；變頻器（qì）故障，電動機不得（dé）電；接近開關或磁（cí）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（pín）器的輸入、輸出電壓是否正常（cháng）；通過PLC的（de）IO監控畫麵檢查IO狀（zhuàng）態，調整或更換接（jiē）近開關或磁簧開（kāi）關，檢查或更換繼電器；調整（zhěng）氣壓達到（dào）規定（dìng）值。

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

③常見故（gù）障3：換刀位刀座在（zài）倒刀時不正常。可能原因：氣壓不符（fú）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（jù）超重（chóng）或超（chāo）長。常（cháng）用措（cuò）施：調整氣壓到符合要求、鎖緊止（zhǐ）動螺絲、更換氣缸、檢查電（diàn）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。可能原因：安裝調整不當（dāng）或撥叉位置不正確、限位開關安裝不正確或（huò）調（diào）整不當，造成反饋信號（hào）錯誤。常用措施：檢查、調整撥叉或（huò）限位開關位置，或更換元件。

⑤常見（jiàn）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位、刀柄和拉釘（dìng）的距離不正確。常用措施：調整或更換元器件。

⑥常見故障6：刀套破裂。可能原因：刀套未定位前有倒刀動作（zuò）或未回位前刀盤轉（zhuǎn）動、裝入刀具（jù）時撞壞。常用措施：調整刀盤定位近接開關或（huò）倒刀氣缸磁簧開關位置、更換刀套。

⑦常見故障7：電動機燒壞。可能原因：電源缺相或電壓不正確、剎車燒壞、刀具（jù）超重、組（zǔ）件（jiàn）不能運轉。常用措施：檢查接觸器接點是（shì）否損（sǔn）壞、電（diàn）源（yuán）是否缺相及電壓等級是否匹配；檢測剎車器線圈（quān）是否損壞、接地是否正確；檢查刀具質量是否超過允許值；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，時常掉刀。可能原因：卡爪彈簧的壓力太小（xiǎo）、彈（dàn）簧後麵的（de）螺母鬆（sōng）動、機械手卡緊鎖不（bú）起作用、刀具超重。常用（yòng）措施：擰緊彈簧後螺（luó）母、調整或更換（huàn）卡緊鎖、更（gèng）換彈（dàn）簧、更換（huàn）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，卡爪縮（suō）不回。常用措施：調鬆螺（luó）母或更（gèng）換彈簧，使（shǐ）最大載荷不超過額定值（zhí）。

③常見故障3：刀具（jù）交換時掉刀。可能原因：換刀時主軸箱沒回到換刀點或換刀點（diǎn）漂（piāo）移；機械手抓刀時沒有到位就開始打刀或拔刀、刀臂（bì）及刀具的（de）夾（jiá）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。常用措施： 應重設定換刀點；校正（zhèng）夾刀點、調整（zhěng）打刀缸鬆（sōng）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。可（kě）能原因：電路接觸不良、無夾刀或鬆刀信號、刀臂彎曲。常用（yòng）措施：執行手（shǒu）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：加工中心（xīn）VMC1000C換刀（dāo）時出現主軸掉（diào）刀故障。

故障（zhàng）診斷與排除方法：

①檢查機（jī）械手手臂上兩個卡爪的彈簧及附件（jiàn），沒有發現異常，說明機械（xiè）手夾持刀具沒有問題。

②拆開主軸檢查碟簧能否對刀具夾持緊固，發現碟簧（huáng）完好。

③打（dǎ）開PLC的I O監控畫麵，反複按（àn）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（guān）有問（wèn）題,更換後故障（zhàng）排除。

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

故障診（zhěn）斷與（yǔ）排除方（fāng）法：打開PLC的IO監控畫麵，發現相應的限位開（kāi）關沒有壓合；調整其（qí）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（dòng），但卻沒有壓合，進一（yī）步檢查發現液（yè）壓缸（gāng）拉杆頂端鎖（suǒ）緊螺母的緊固螺釘（dìng）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，此故障排除。

5.結語

機械手換刀（dāo）裝置（zhì）是數控機床最重要的功能部件之一，掌握其結構特點、控製機理，不斷總結歸納常見故障現（xiàn）象、原因及解決措施，不（bú）但有助於提高維修數控機床的效率與質量，對機床的維護與改造也有重要（yào）的參考意義。