數控機床（chuáng）機械手換刀裝置故（gù）障與維（wéi）修

在數控機床的維修中，與換（huàn）刀相關的故障（zhàng）極為多見。本文基於機械手換（huàn）刀裝（zhuāng）置的結構（gòu）與動作控製，結合維（wéi）修實例，歸納（nà）常（cháng）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（yì）義，值得（dé）認真探索、交（jiāo）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，而實現這一功能的關鍵在於自動換（huàn）刀（dāo）裝置。由於自動換刀裝（zhuāng）置工作頻度高、控製機構複（fù）雜，包括刀庫、刀具交換以及驅動等部（bù）分，因（yīn）此出現故障的幾率也大，在數（shù）控機床的維（wéi）修中占有相當大的比例。了解其結構特（tè）點與控製機理，熟悉換刀的動作流程，總結歸納（nà）常見故障（zhàng）現象、原因及解決措施，借鑒相關（guān）維修實例，有助於快速、準確地診斷並（bìng）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（zhì）的結構

數控機床自（zì）動（dòng）換刀功能的實現有多種方式。按是否由機械手（shǒu）換刀可（kě）將（jiāng）其分為兩類：無機械手換刀（如鬥笠式）大多依靠主軸與刀庫間的軸向相對運（yùn）動實（shí）現拔刀與插刀，換刀時刀庫移至換刀位置，主軸先將刀具還回刀（dāo）庫換刀位的空刀座上，然後刀庫（kù）旋轉使下（xià）一工序所需刀具進入換（huàn）刀位置，主軸再從刀庫取走新的刀具，還刀和取刀兩（liǎng）個動作隻能分步進行，加之主軸的軸向運動以及刀庫（kù）的移動和轉動，因此換刀時間長，加工效率低，刀庫的容（róng）量也較小；目（mù）前數（shù）控機床更多采（cǎi）用的是機械手換刀，利用機械手快速、準確地對調（diào）刀庫（kù）中換刀位與主軸上的刀（dāo）具，還刀、取（qǔ）刀同時（shí）進行，換刀時間大大縮短，而且刀（dāo）庫容量不受（shòu）換刀（dāo）機構限製（zhì）。

1.刀具固定板架 2.刀座 3.換刀機械手

4.換刀位置刀座 5.取刀機械手縱向導（dǎo）軌

6.取（qǔ）刀機械手橫向導（dǎo）軌

刀庫按刀具的布局可分為盤式、鏈式和格子式三種。盤式（shì）刀庫刀具呈圓周狀分布，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（pái）列（liè）。盤式刀庫空間利用率低、容量小，一般用於小型（xíng）加工中（zhōng）心。鏈式與格子式刀庫空間利用（yòng）率高、容量大（dà），用於（yú）中型（xíng）與大型數（shù）控加工中心。刀庫的作用不僅是（shì）存放加工過（guò）程中所需要（yào）的刀具，還負責把下一工序所要使用（yòng）的刀具準確（què）地送到換刀位置。

刀具交換裝置的驅動方式有液壓、伺服和交流異步電動機驅動（dòng）三種。液壓驅動需（xū）要足夠的液壓動力，且運動的速度和準確（què）性受油質、油壓、油溫及（jí）環境（jìng）等因素影響，一般用於不需要頻繁換刀的大中型機床。伺服電動機驅動的換（huàn）刀裝置換刀速度快、精度高、穩（wěn）定性強（qiáng），但成本較（jiào）高（gāo）。交流異步電（diàn）動機驅動（dòng）的換刀裝（zhuāng）置，借助凸輪機構，換刀速度快、定位準、穩定性（xìng）高、連貫性好且成本低，廣泛用於頻繁換刀的中小型加工中心（xīn）。

2.機械手換刀動作流程與選刀方式（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式。機械手（shǒu）換刀大多（duō）采用隨機換刀方式，從主軸取下（xià）的刀具就近放入（rù）刀庫中剛取走刀具的換刀位刀座內，取刀與（yǔ）還刀同步（bù）完成（chéng）。其（qí）原理是在存儲器（qì）中建立換刀數（shù）據（jù）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（jù）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（yī）對應，如附（fù）表（biǎo）所示。換刀時數據更新是先將主軸所對應（yīng）的存儲單元中的數據（換刀前（qián）刀具的編號）寫入刀庫換刀位刀座所（suǒ）對應（yīng）的存儲單元中，再將換刀指令（lìng）中的刀具編號寫入主軸所對應的存儲單元，完成主軸與換（huàn）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（cún）儲單元中存放的數據即為主軸上刀具的（de）編號，地址為（wéi）D301～D（300+n）的存儲單元（yuán）中的數據（jù），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（cháng）見故障（zhàng）與（yǔ）排除方法

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

（1）刀庫故障。

①常見故障1：刀庫不能轉動。可能原因（yīn）：電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障；PLC無輸出控（kòng）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（diàn）壓是否正常；通過PLC的（de）IO監控畫麵檢查IO狀態，調整或更換接近開關或磁簧開關，檢查或更換繼電器；調整氣壓達到規定值。

② 常見故障2：刀盤定位不準。可（kě）能原（yuán）因：電動（dòng）機剎車器磨損。常用措施：調整電動機剎車器中（zhōng）調（diào）節螺釘。

③常見故障3：換刀位刀座在倒（dǎo）刀時不正常。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（huò）損壞、刀具超重或超（chāo）長。常用措施：調整（zhěng）氣壓（yā）到符（fú）合要求、鎖緊止動螺絲、更換氣缸、檢（jiǎn）查（chá）電磁閥接點或更（gèng）換元件、更換刀具。

④常見故障4：刀套上（shàng）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調整不當，造成（chéng）反饋信號錯（cuò）誤。常用措施：檢查、調整撥叉或限位開關位置，或（huò）更換（huàn）元（yuán）件。

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

⑥常見故（gù）障（zhàng）6：刀套破（pò）裂。可能原因：刀套未定位前有倒刀動作或未回位（wèi）前刀盤轉動、裝入刀具時撞壞。常用措（cuò）施：調整刀盤（pán）定位近（jìn）接開關或倒刀氣缸磁簧開關位置、更換刀套。

⑦常見故（gù）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、刀具超重（chóng）、組件（jiàn）不能運轉。常用措（cuò）施：檢（jiǎn）查接觸（chù）器接點是否（fǒu）損壞、電源是否缺相及（jí）電壓等級是否匹配；檢測（cè）剎車（chē）器線圈是否損壞、接地是（shì）否正確；檢查刀具質量是否超過允許值；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（jǐn），時常掉刀。可能原因：卡爪彈簧的壓力（lì）太小、彈簧後麵的螺母（mǔ）鬆動、機（jī）械手卡（kǎ）緊鎖不起作（zuò）用、刀具（jù）超重（chóng）。常（cháng）用措施：擰緊彈簧後螺母、調整或更換卡緊鎖、更換彈簧、更換刀具。

②常見故障2：刀具夾緊後鬆不開。可能原因：卡爪彈簧壓合過緊，卡爪（zhǎo）縮不回。常用措施：調鬆（sōng）螺（luó）母（mǔ）或更換彈簧，使最大載（zǎi）荷（hé）不超過（guò）額定值。

③常見故障3：刀具（jù）交換時掉刀（dāo）。可能原因：換刀時主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（dǎ）刀或拔刀、刀（dāo）臂及刀具的夾刀點不正確，打（dǎ）刀缸鬆拉刀位置不準確，打刀缸壓力不夠，鬆刀不正（zhèng）常、刀具太重、刀臂變形。常用措施： 應重設定換刀點；校正夾（jiá）刀點、調整打刀缸鬆刀行程、調整壓力值、檢查刀具（jù）質量、更（gèng）換刀臂。

④常見故障4：刀臂不回位。可能原因：電路接觸不良（liáng）、無夾刀或鬆刀信號、刀臂彎曲。常用措施：執行手動（dòng）換刀（dāo），檢查是否電路故障；用PLC監（jiān）看夾（jiá）刀或鬆刀信號，調整近接開關位（wèi）置、調（diào）整或更換刀臂（bì）。

4.維修（xiū）實例

（1）案例1。

故障現象：加工中心VMC1000C換刀（dāo）時出現主軸掉刀故障。

故障診斷與排（pái）除方（fāng）法：

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

②拆開主軸檢查碟簧能（néng）否對刀具夾持緊固，發現碟簧完好。

③打開PLC的I O監控（kòng）畫麵，反複按壓主軸刀具夾（jiá）緊（jǐn）到位行程開（kāi）關，發現其“0”、“1”狀態與實際動作不一（yī）致，說明（míng）該行程開關有問題, 更換後故障排除。

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

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，機床恢複正常。但一段時（shí）間之後，再次出現此故障，檢查限位開關沒有鬆動，但卻沒有壓合，進一步（bù）檢查（chá）發現液壓缸拉（lā）杆頂端鎖緊螺母（mǔ）的緊固螺釘（dìng）鬆動（dòng），致使液壓缸伸縮的行程（chéng）發生了變化；調整鎖緊螺母並擰緊緊固螺釘後，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（jiàn）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，不但有助於（yú）提高維修數控機床的效率與質量，對機床的維（wéi）護與改造也有重（chóng）要的參考意義。