數（shù）控機床機（jī）械手（shǒu）換刀裝置故障與（yǔ）維修

在數控機床的維修中，與換刀相關的故障極為多見。本文基於機械手換刀裝置的結（jié）構（gòu）與動作控製（zhì），結合維修實例，歸納常見故障現象、原因（yīn）及處理措施（shī），在數控機床的維修與改造中（zhōng）具有較（jiào）大的現（xiàn）實意義，值（zhí）得認真探索、交流與推廣。

數控機床特別是數控（kòng）加工中心高精度、高（gāo）效率的重要原因之（zhī）一在於其一次裝夾、多工序自動（dòng）加工，而實現這一功能的關鍵在於自動換刀裝置。由於自動換刀裝置工作頻度高、控製機構複雜，包括刀庫、刀具交換以及驅動等部分，因此出現故障的幾率也大，在數控機床的維修中占有（yǒu）相當大的比例。了解（jiě）其結構特點（diǎn）與控製機理，熟悉換刀的動作流程，總結歸（guī）納常見故障現象、原因及解（jiě）決措施，借鑒相關維修實例（lì），有助於快速、準確地診斷並排除故障（zhàng），提高維修工作的質量與效率。

1.機械手換刀裝置的（de）結構

數控機床自動換（huàn）刀功能的實現有多種方（fāng）式。按是否由機械手換刀可將其分為兩類：無機（jī）械（xiè）手換刀（如鬥笠式）大多依靠主軸與刀庫間的（de）軸（zhóu）向相對運動實（shí）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（wèi）的空刀座上，然後刀庫旋轉使（shǐ）下一（yī）工序所需（xū）刀（dāo）具進入換刀位置，主軸再從刀庫取走新的刀具，還刀和取刀兩個動作隻能分步進行，加之主軸的軸向運動以及刀庫的移動和轉動，因此換刀時間長，加（jiā）工效（xiào）率低，刀庫的容量也較小；目前數控機（jī）床更多采用的是機械手換刀，利用機械手快速、準確地對調（diào）刀庫中換刀位與主軸上（shàng）的刀具，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（huàn）刀（dāo）機構限製。

1.刀具固（gù）定（dìng）板架 2.刀座 3.換刀機械手

4.換刀位置刀座 5.取刀機械（xiè）手縱向導軌（guǐ）

6.取刀機械手橫向導軌

刀庫按刀（dāo）具（jù）的布局（jú）可分為盤（pán）式、鏈式和格子式三種。盤式刀庫刀具呈圓（yuán）周狀分布，鏈式刀庫刀具布置在鏈條的各個環節上（shàng），格子式刀庫刀（dāo）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（kù）空間利用率（lǜ）高、容（róng）量大，用於中型與大型數控加工中心。刀庫的作（zuò）用不僅是存放加工過程中所需要的刀（dāo）具，還負責把（bǎ）下一工序所要（yào）使用的刀具準確地送到換刀位置。

刀具交換裝置的驅動方式有液（yè）壓、伺服（fú）和交（jiāo）流異步（bù）電動機驅動三（sān）種。液壓驅動需要足（zú）夠的液壓動力，且運動（dòng）的速度（dù）和準確性受油質、油壓、油溫及環境等（děng）因素影響，一般用於不需要頻繁（fán）換刀的大中（zhōng）型機床。伺服電動機驅動（dòng）的換刀裝（zhuāng）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（zhì），借（jiè）助凸輪機構，換刀速度（dù）快、定位準、穩定性高、連貫性（xìng）好且成本低，廣泛用於頻繁換（huàn）刀的中小（xiǎo）型加工（gōng）中（zhōng）心。

2.機械手換刀動（dòng）作（zuò）流程與選刀方（fāng）式

刀庫（kù）的選刀有順序選刀、刀具編（biān）碼選刀、刀座編（biān）碼選刀和隨機選刀四種（zhǒng）方式（shì）。機械手換刀大多采用隨（suí）機換（huàn）刀方式，從主軸取下的刀具就（jiù）近放入刀庫中剛取走刀具（jù）的換刀位刀座內，取刀與還刀同（tóng）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，因此數（shù）據表的容量為刀庫中刀座數加（jiā）1，存儲單元中的數據與刀（dāo）具編號一一對應，如附表所示。換刀時數據更新是先將主（zhǔ）軸（zhóu）所對應的存儲單元中的（de）數據（jù）（換（huàn）刀前刀具（jù）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號寫入主軸所（suǒ）對應的存儲單元，完成主軸與換（huàn）刀位刀具（jù）編（biān）號的對（duì）換。假設數據表存儲單元（yuán）首地址為D300，該地址所對應（yīng）存儲單元中（zhōng）存放的數據即為（wéi）主軸（zhóu）上刀具的編號（hào），地（dì）址為D301～D（300+n）的存儲單元（yuán）中（zhōng）的數據，即刀庫中從1#～n#刀座上刀具的編號。

3.機械手換刀裝置的常見故障與排除方法

在數（shù）控機床維修的過程中，經常出（chū）現與換刀相關的故障，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（zhàng）現（xiàn）象、產生原因與采取措（cuò）施（shī）如（rú）下。

（1）刀庫故障。

①常見故障1：刀（dāo）庫不（bú）能轉動。可（kě）能原因：電動機軸與（yǔ）蝸杆軸（zhóu）的聯軸器鬆動；變頻器故障，電動機不得（dé）電（diàn）；接近開關或磁簧開（kāi）關故障；PLC無輸出控製，或PLC有輸出（chū）但接口（kǒu）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（miàn）檢查（chá）IO狀態，調整或更換（huàn）接近開關或（huò）磁簧開（kāi）關，檢查或（huò）更換繼電器；調整氣壓達到規定值。

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

③常（cháng）見故障3：換刀位刀座在倒（dǎo）刀時不（bú）正常。可能原因：氣壓不符合要求、止動螺絲鬆動、氣缸（gāng）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（zhěng）氣壓到符合要求、鎖（suǒ）緊止動螺絲、更換氣缸、檢查電磁閥接點或更換元件、更換刀具。

④常見故障4：刀套上（shàng）下（xià）不到位（wèi）。可能（néng）原因：安（ān）裝調（diào）整不當（dāng）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（diào）整（zhěng）撥叉或限位開關（guān）位置，或更（gèng）換元件。

⑤常見故障5：倒刀時刀具掉落。可能原因：刀套內彈（dàn）簧夾力不夠或不能正（zhèng）常複位、刀柄和拉釘的距離不正確。常用措施：調整或（huò）更換元（yuán）器件。

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

⑦常見故障7：電動機燒壞。可能（néng）原因（yīn）：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（yùn）轉。常用（yòng）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匹配（pèi）；檢測剎車器線圈是否損壞、接（jiē）地是否正確；檢查刀具質量是否超過允許值；檢查（chá）刀套滑動部位（wèi）是否順暢。

（2）機械手故障。

①常見故障1：刀具夾不緊，時常（cháng）掉刀。可能原因：卡爪彈簧的壓力太小、彈簧後麵的螺母鬆動、機（jī）械手卡（kǎ）緊鎖不（bú）起作（zuò）用、刀具超重。常用措施：擰緊彈簧後螺母（mǔ）、調整或更換（huàn）卡緊鎖、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（yuán）因：卡爪彈簧壓合過緊，卡爪縮不回。常用措施（shī）：調鬆（sōng）螺母或更換彈簧，使最（zuì）大載荷不（bú）超（chāo）過額（é）定（dìng）值。

③常見故障3：刀具交換時掉刀。可能原因：換（huàn）刀時主（zhǔ）軸箱沒回到換刀點或換刀點漂移；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（jiá）刀（dāo）點不正確（què），打刀缸鬆拉刀位置（zhì）不準確，打刀缸壓力不夠，鬆刀不正（zhèng）常、刀具太重、刀（dāo）臂變形。常用措施： 應重設（shè）定換（huàn）刀點；校正夾刀點、調整打刀缸鬆（sōng）刀行程、調整壓力值、檢查刀具質量、更換刀臂。

④常見（jiàn）故（gù）障4：刀臂不回位（wèi）。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（yòng）措施：執行（háng）手動換刀，檢查是否電路故障；用PLC監（jiān）看夾刀或（huò）鬆刀（dāo）信號，調整（zhěng）近（jìn）接開關位置、調（diào）整或更換刀臂。

4.維（wéi）修實例

（1）案例1。

故障現象：加工中心VMC1000C換刀時出現主軸掉刀故障。

故障診斷與排除方法：

①檢查機（jī）械手手臂上（shàng）兩個卡爪的彈簧及附（fù）件，沒有發（fā）現異常，說明機械手夾持刀具沒有問題。

②拆開主軸檢（jiǎn）查碟簧能否對刀具夾（jiá）持緊（jǐn）固，發現碟簧完好。

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

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

故障診斷（duàn）與排除方法： 打開PLC的IO監控畫麵，發現相應的（de）限位開關沒有壓合（hé）；調整其位置後，機床恢複正常。但一段（duàn）時間之後，再（zài）次出現此故障，檢查限位開關沒有鬆（sōng）動，但卻沒有壓合，進一（yī）步檢查發現液壓缸拉杆頂（dǐng）端鎖緊螺（luó）母的緊固螺釘鬆動，致使液壓缸伸縮的（de）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

機械手換刀裝置是數控機床最重要的功能（néng）部件之一，掌握其結構特（tè）點、控製機理，不斷總結歸納（nà）常見故障現象、原因及解決措施，不但有助於提高維修數控機（jī）床（chuáng）的效率與質量，對機床的維護與改造也有（yǒu）重要（yào）的參考意（yì）義。