數控機（jī）床機（jī）械（xiè）手換刀裝置故障與維修（xiū）

在數控機床的（de）維修中（zhōng），與換刀相關的故障極為多見。本文基於機械手換（huàn）刀裝置的結構與動作控製，結合維修實例，歸（guī）納常見故障現象（xiàng）、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（yì），值得認（rèn）真探索、交流與推廣。

數控機床特別是數控加工中心高精度、高效率的重要原因之一在於其一次裝夾、多工序自動加工，而實現這（zhè）一（yī）功能的關鍵在於自動換刀裝置。由於自動換刀裝置工作（zuò）頻（pín）度高、控（kòng）製（zhì）機構複雜（zá），包括刀庫、刀具交換以及驅動等部分，因此出（chū）現故障的幾率也大，在數控機床（chuáng）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（huàn）刀的動作流程，總結歸納常見故障現象、原因及解決措（cuò）施，借（jiè）鑒相關維修實例（lì），有助於快速、準確（què）地診斷（duàn）並排除故障，提高維修工作的質量與效率。

1.機（jī）械手（shǒu）換刀裝置的結構

數控（kòng）機床自動（dòng）換刀功（gōng）能的實現有多（duō）種方（fāng）式。按是否由（yóu）機械手換刀可將其分為兩類：無機械手換刀（如鬥笠式）大多依靠主軸與（yǔ）刀庫間的軸向相對運動實現拔刀與插刀，換刀時刀庫移（yí）至換刀位置，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（shǐ）下一工序所需刀具進入換刀位置，主軸（zhóu）再從刀庫（kù）取走新的刀具，還刀和取刀兩個（gè）動（dòng）作隻能分步進行，加之（zhī）主軸的軸向運動以及刀庫的（de）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；目前數控機床更（gèng）多采（cǎi）用的是機（jī）械（xiè）手換刀，利用機械（xiè）手快速、準確（què）地對調刀庫中換刀位與主軸上的刀具，還刀、取刀同時進（jìn）行，換刀時間大大縮短，而且刀庫容量不受換刀機構限製。

1.刀（dāo）具固定板架 2.刀座 3.換刀機械手

4.換刀位置刀（dāo）座 5.取刀機械手縱向（xiàng）導軌（guǐ）

6.取刀機（jī）械手橫（héng）向導軌

刀庫按刀（dāo）具（jù）的布局可分為盤式、鏈式和格子式三（sān）種。盤式刀庫刀具呈圓周狀分布，鏈式刀庫（kù）刀具（jù）布置在鏈（liàn）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（yòng）率低、容量小，一般用於（yú）小型加工中心。鏈式與格子式刀庫空間利用率（lǜ）高、容量大，用於中型與大型數控加（jiā）工中心。刀庫的作用不僅（jǐn）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（shǐ）用（yòng）的（de）刀具準確地送到換刀（dāo）位置。

刀具交（jiāo）換裝置的驅動方式（shì）有液壓、伺服和交流異步電動機驅動三種。液壓驅（qū）動（dòng）需要足夠的液壓（yā）動力，且運動的速度和準確性受油質、油壓、油溫及環境等因素影（yǐng）響，一般用於不需要（yào）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（kuài）、精度高、穩定性強，但成（chéng）本較高。交流異步電動機驅動的換刀裝置，借助（zhù）凸輪機構，換刀速度快、定位準、穩定性高、連貫性好（hǎo）且成本低，廣泛用於（yú）頻繁換刀的中小型加工中心。

2.機械手換刀動作流程與選刀方式

刀庫的選刀有順序選刀、刀具編碼選刀、刀（dāo）座（zuò）編碼選刀和隨機選刀四種方式。機械手（shǒu）換刀大多采用隨機換刀方式，從主軸取下的（de）刀具就近（jìn）放入刀庫中剛取走刀具（jù）的（de）換刀位刀座內，取刀與還刀同步完成。其原理是在存儲器中（zhōng）建立換刀數據表，表中存儲單元的地址與刀座編（biān）號及主軸相對（duì）應，因此數（shù）據（jù）表的容量為（wéi）刀庫中刀座數（shù）加（jiā）1，存儲單元中的數據（jù）與刀具編號一一對應（yīng），如附表所示。換刀時數據更新是先（xiān）將（jiāng）主軸所（suǒ）對應（yīng）的存儲（chǔ）單元中的數據（換刀前刀（dāo）具的編號）寫入刀庫換刀位刀座所對應的存儲單元中，再（zài）將換刀指令（lìng）中的（de）刀具編號寫入主軸所對應（yīng）的存儲單元，完成主軸與換刀位（wèi）刀（dāo）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（duì）應存儲單元中存放的數據即為主軸上刀（dāo）具的編號，地（dì）址為D301～D（300+n）的存儲單元中的數（shù）據，即刀庫中（zhōng）從1#～n#刀座上刀（dāo）具（jù）的編號。

3.機械手（shǒu）換刀（dāo）裝置的常見故障與排除方法（fǎ）

在數控機床維（wéi）修的過程中，經常出現與換刀相關的故（gù）障，根據其結構特點及（jí）換刀動（dòng）作過程，歸納刀庫及機（jī）械手兩大方（fāng）麵常見（jiàn）故障現象、產生原因與采取措施如下。

（1）刀庫故障。

①常見故障1：刀庫不能轉動。可能原因：電（diàn）動機軸與蝸杆軸的聯軸器鬆動；變頻器故障，電動機不得電；接近開關或磁簧開關故（gù）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（shī）：檢查調整聯軸器；檢查（chá）變頻器的輸入、輸出電壓是否正常；通過PLC的IO監控畫麵檢查IO狀（zhuàng）態，調整或更換（huàn）接近開關或磁（cí）簧開關（guān），檢查或更換繼電器；調整氣壓達（dá）到規定值。

② 常（cháng）見故障2：刀盤定（dìng）位不準。可能原因：電動機剎車器磨（mó）損。常用措施（shī）：調整電動機（jī）剎車器（qì）中（zhōng）調節螺釘。

③常見故障3：換刀位刀座在倒刀（dāo）時不正常（cháng）。可能原因：氣壓不（bú）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、刀具超重或超長。常用措施：調整氣壓到符合要求、鎖緊止動螺絲、更換氣（qì）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（tào）上下不到位。可能原因：安（ān）裝調整（zhěng）不當或撥叉（chā）位置不正確、限位開關安裝不正確或調（diào）整不當，造成反饋信號（hào）錯誤。常用措施：檢查、調整撥叉或限位開關位（wèi）置，或（huò）更換元（yuán）件。

⑤常見故障（zhàng）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（cháng）複位、刀柄和拉釘的距（jù）離不正確。常用措施：調（diào）整或更換元器件。

⑥常見故障6：刀套破裂。可能（néng）原（yuán）因：刀套未定位（wèi）前有倒刀動作或未回位前刀盤轉動、裝（zhuāng）入刀具時撞壞。常用（yòng）措施（shī）：調整刀盤（pán）定位近接開關或倒（dǎo）刀氣缸磁簧開關（guān）位置、更換刀套。

⑦常見故障（zhàng）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（dāo）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、電源是否缺相及電壓等級是否（fǒu）匹配；檢測（cè）剎（chà）車器線圈是否損（sǔn）壞、接地是否正確；檢查刀具質量（liàng）是否超過允（yǔn）許值（zhí）；檢查刀套滑（huá）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（yīn）：卡（kǎ）爪彈簧的壓力太小、彈簧後麵的螺母鬆動、機械（xiè）手卡緊（jǐn）鎖（suǒ）不起作用、刀具超重。常用措施：擰緊彈簧（huáng）後螺母、調整或更換卡緊鎖、更換彈簧、更換刀（dāo）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，卡爪縮不回。常用措施：調鬆螺母或更換彈簧（huáng），使最（zuì）大載（zǎi）荷不超過（guò）額定值。

③常見故障3：刀具交換時掉刀。可能原因：換刀時主軸箱沒（méi）回（huí）到換（huàn）刀點或換刀點漂移；機械手抓刀時沒有到位就開始打刀或拔刀、刀臂及刀具的夾刀點不正（zhèng）確，打刀缸鬆拉刀位置不準確，打（dǎ）刀缸壓力不夠，鬆刀不正常、刀具太重（chóng）、刀臂變（biàn）形（xíng）。常（cháng）用措施： 應重設定換（huàn）刀點；校正夾刀（dāo）點（diǎn）、調（diào）整打刀缸鬆刀行程、調整壓力值、檢查刀具質量（liàng）、更換刀臂。

④常見故（gù）障4：刀臂不回位。可能原因：電路（lù）接觸不良、無夾（jiá）刀（dāo）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PLC監看夾刀（dāo）或鬆刀信號，調整近接開關位置、調整或（huò）更換刀臂。

4.維修實例

（1）案例（lì）1。

故障現象：加工中心VMC1000C換刀時出現主軸（zhóu）掉刀故障。

故障診斷與排除方法：

①檢查機（jī）械手（shǒu）手臂上兩個卡爪（zhǎo）的（de）彈簧及附件，沒有發現（xiàn）異常，說明機械手夾持刀具（jù）沒有問題。

②拆開主軸檢查碟簧能否對刀具夾（jiá）持緊固（gù），發現碟簧完好（hǎo）。

③打開（kāi）PLC的I O監（jiān）控畫麵，反（fǎn）複按壓主軸（zhóu）刀具夾（jiá）緊到位行程開關，發現其“0”、“1”狀態（tài）與實際動作不一致（zhì），說明該行程開關有問題, 更換後（hòu）故障排除（chú）。

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

故障診斷與排除方法： 打開PLC的IO監控畫麵，發現相（xiàng）應的限位開關沒有壓合；調整其位置後（hòu），機床恢複正（zhèng）常。但一段時間之後，再次出現此故（gù）障，檢查限位開關沒有鬆動，但卻沒有壓合，進一步檢查發現液壓缸拉杆（gǎn）頂（dǐng）端鎖緊螺母的緊固螺釘鬆（sōng）動，致使液壓缸伸縮的行程發生了變化；調整鎖緊螺母並擰緊緊固螺釘後，此故障排除。

5.結語（yǔ）

機械手換刀（dāo）裝（zhuāng）置是數控機床最重要的功能部件之一，掌握其（qí）結構特點、控製機理（lǐ），不斷總結歸納常見故障現象、原因及解決措施，不但有助於提（tí）高（gāo）維修數控機床的效率與（yǔ）質量（liàng），對機床（chuáng）的維護與改造也有重要的參考（kǎo）意義。