​數控機床機械（xiè）手換刀裝置故障與維修

在數控機床的維修中，與換刀相關的故障極為（wéi）多見（jiàn）。本文基於機械手換（huàn）刀裝置（zhì）的結構與動作（zuò）控製，結合維修實例，歸納常見故障（zhàng）現象、原因及（jí）處理措施，在數控機床的維修與改造中具有較大的（de）現實意義，值（zhí）得認真探（tàn）索、交流（liú）與推廣。

數控（kòng）機床特別是數控加工中心高精度、高效率的重（chóng）要原因之一（yī）在於其一次裝夾、多工序自動加工，而實現這一功能（néng）的關（guān）鍵（jiàn）在於自（zì）動換刀裝（zhuāng）置。由於自動換刀裝置（zhì）工作頻度高、控製機構複雜，包括刀庫、刀具（jù）交換以及驅（qū）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相當大的比例。了解其結構（gòu）特點與控製機理（lǐ），熟悉換刀的動作流程，總結歸（guī）納（nà）常見故障現象、原因及解決措（cuò）施，借鑒相關維修實例，有（yǒu）助於快速、準確地診（zhěn）斷並排除故障，提高維修（xiū）工作的（de）質量與效率（lǜ）。

1.機械手換刀裝置的結構

數控機床自動換（huàn）刀功能的實現有多（duō）種方式。按（àn）是否由機械手（shǒu）換刀可將其分為兩類：無機械手換刀（如（rú）鬥笠式）大多依靠主軸與刀庫間的軸向相對運動實現拔刀與插刀，換刀時刀庫移至換刀位置，主軸先將刀具還回刀庫換刀位的空刀（dāo）座上（shàng），然後（hòu）刀庫旋轉使下一工序所需刀具進入（rù）換刀位置，主軸再（zài）從刀庫取走新的刀具，還刀和取刀兩個動作（zuò）隻能分步進行，加之主軸的軸（zhóu）向（xiàng）運動以及刀庫的移動和轉動，因此換刀時間（jiān）長（zhǎng），加工效率低，刀庫的容量也較小；目前數控機床更多采用的是機械手換刀，利用機械手快速、準確地對調刀庫中換刀（dāo）位與主軸上的刀具，還刀、取（qǔ）刀同時進行，換刀時間大大縮短，而且刀庫容量不受換刀機構限製。

1.刀具固定板架（jià）2.刀座3.換刀機械手（shǒu）

4.換刀位置刀座5.取刀機械手縱向導軌

6.取刀機械手橫（héng）向（xiàng）導軌

刀庫按刀具的布局可分為盤式、鏈式和格子式（shì）三種。盤式刀庫刀具呈圓周狀分布，鏈式刀庫（kù）刀具布置在鏈條的各個環節上，格子式刀庫刀具（jù）縱橫排列。盤式刀庫空間利用率低、容量小（xiǎo），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中所需要的刀具，還負責把下一工序所要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壓、伺服和交（jiāo）流異步（bù）電動機驅動三種。液壓驅動需要足夠的液壓（yā）動力，且運動的速度和準（zhǔn）確性受油質、油壓（yā）、油溫及環境等因素影響，一（yī）般用於不需要頻（pín）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、精度高、穩定性強，但成本較高。交流異步電動機（jī）驅動的換刀（dāo）裝置（zhì），借助凸輪機構，換刀速度快、定位準、穩（wěn）定性高、連貫性好且（qiě）成本低，廣泛（fàn）用於頻繁換刀的中小型（xíng）加工中心。

2.機（jī）械（xiè）手（shǒu）換刀動作流程與選刀方式

刀庫的選刀有（yǒu）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。機械手換刀大多采用隨機換（huàn）刀方式，從主軸取（qǔ）下的刀具就近放入刀庫中剛取走刀具的換刀（dāo）位刀座內，取刀與還刀同步完成。其（qí）原理是在存儲器中建立換刀數（shù）據表，表中存儲單元（yuán）的地址與刀（dāo）座編號及主軸相對應，因此（cǐ）數據表的容量為刀庫中刀座數加1，存儲單元中（zhōng）的數據與刀具（jù）編（biān）號一一對應，如（rú）附表所示。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（dāo）前刀具的（de）編號）寫入刀庫換刀位刀座所對應的存儲單元中，再（zài）將換刀指令中的刀具編號寫入主軸所對應的存儲（chǔ）單元，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（dì）址所對應存儲單元中存放的數據即為（wéi）主軸上刀（dāo）具的編號，地址為D301～D（300+n）的存儲單元中的數據，即刀庫中從（cóng）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

在數控機床維修的過程中，經（jīng）常出現與換刀相關（guān）的故障，根據其結構特點及換刀動作過程（chéng），歸（guī）納刀庫及機械手兩大方麵常（cháng）見故障現象、產生原因與采取措施如（rú）下。

（1）刀庫故（gù）障。

①常見故障（zhàng）1：刀庫不能轉動。可能原因：電動（dòng）機軸與蝸杆軸的聯軸器鬆動；變頻器故（gù）障，電動機不得電；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（qì）壓低。常用措施（shī）：檢查調（diào）整聯軸器；檢查變頻器的輸入、輸出電壓是否正常；通過PLC的（de）IO監控畫（huà）麵檢查IO狀態，調整或更換接近開關或（huò）磁簧開關（guān），檢查或更換繼電器；調整氣壓達到規定值（zhí）。

② 常見故障2：刀盤定位（wèi）不準。可能（néng）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常見故障3：換刀位刀座在倒刀時不（bú）正常。可能原因：氣（qì）壓不符合要（yào）求、止動螺絲鬆動、氣缸損壞、倒刀電（diàn）磁閥接觸不（bú）良或（huò）損壞、刀具超重或超長。常用（yòng）措施：調整氣壓到符合要（yào）求、鎖（suǒ）緊止動螺絲、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（yuán）因：安裝調整不當或撥叉位置不正確、限位開關安裝不（bú）正確或調整不當（dāng），造成反饋信（xìn）號（hào）錯誤（wù）。常用措施：檢查、調整撥叉或限位開關位置，或更換元件（jiàn）。

⑤常（cháng）見故障5：倒刀時刀具掉落。可能原因：刀套內彈簧（huáng）夾（jiá）力不夠或不能正常複位（wèi）、刀（dāo）柄和拉釘的距離不正確（què）。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（tào）未定位前有倒刀動作（zuò）或未回位前刀盤轉動、裝入刀具時撞壞。常用（yòng）措施：調整刀盤定（dìng）位近接開關或倒刀氣缸磁簧開關位置、更換刀套。

⑦常（cháng）見故（gù）障7：電動機燒壞。可（kě）能原因：電源缺（quē）相（xiàng）或電壓不正確、剎車燒壞、刀具超重、組（zǔ）件不能運轉。常用措施：檢查接觸器接點是否損壞、電源是否缺相（xiàng）及電壓等級是否匹配；檢（jiǎn）測剎車器線圈是否（fǒu）損（sǔn）壞、接地是否正確；檢查刀具質量是否超（chāo）過允許值；檢查刀套滑動部（bù）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（dāo）。可能原因：卡爪（zhǎo）彈簧的壓力太小、彈簧後麵的螺母鬆動、機械手卡緊鎖不起作用（yòng）、刀具超重。常用（yòng）措施：擰緊彈簧（huáng）後（hòu）螺（luó）母、調整或更換卡緊鎖、更換彈簧、更換（huàn）刀（dāo）具。

②常見故障2：刀具夾緊後鬆不（bú）開。可能原因：卡爪彈簧壓合過（guò）緊，卡（kǎ）爪縮不回。常用措施：調鬆螺母或更換彈簧，使（shǐ）最大載荷（hé）不超（chāo）過額定值（zhí）。

③常見（jiàn）故障3：刀（dāo）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漂移；機械手（shǒu）抓刀時沒（méi）有到位就開始打（dǎ）刀或拔（bá）刀、刀臂及刀具的（de）夾（jiá）刀點不正確，打（dǎ）刀缸鬆拉刀位置不準確，打刀缸壓力不夠，鬆刀不正常、刀具太重、刀（dāo）臂變形。常用措（cuò）施（shī）： 應重設定換刀（dāo）點（diǎn）；校正夾刀點、調整打刀缸鬆刀行程（chéng）、調整壓力（lì）值、檢查刀具質量、更換刀（dāo）臂。

④常見故障（zhàng）4：刀臂不回位。可能原（yuán）因（yīn）：電路接觸不良、無夾刀或鬆刀（dāo）信號、刀臂彎曲。常（cháng）用措施：執行手動換（huàn）刀，檢查是否（fǒu）電路（lù）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（lì）

（1）案例1。

故障現象：加工中心（xīn）VMC1000C換刀時出現主軸掉刀故障（zhàng）。

故障診斷與排除方法：

①檢查機（jī）械手手臂上兩（liǎng）個卡爪（zhǎo）的彈簧及附件，沒（méi）有發現異常，說明機械手夾持刀具沒有（yǒu）問題。

②拆開主軸檢查（chá）碟（dié）簧能否對刀具夾持緊固，發現碟簧完好。

③打開PLC的I O監控畫麵，反（fǎn）複按壓主軸刀具夾緊到位行程（chéng）開（kāi）關，發現其“0”、“1”狀態與實際動（dòng）作不（bú）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。

故障診斷與排除方法：打開PLC的IO監控畫麵，發現相應的限位開關沒有壓（yā）合；調（diào）整其（qí）位置後（hòu），機床（chuáng）恢（huī）複正常。但一段（duàn）時間之後，再次出現此故障，檢查限位（wèi）開關沒有鬆動，但卻沒有壓合，進一步檢查（chá）發現（xiàn）液壓缸拉杆頂端鎖緊螺母的緊固螺（luó）釘鬆動，致使液壓缸伸縮的行程發生了（le）變化（huà）；調整鎖緊（jǐn）螺母並擰緊緊固螺釘（dìng）後，此故障（zhàng）排除（chú）。

5.結語

機械手（shǒu）換刀裝置是數控機床最（zuì）重（chóng）要的功能部件之一，掌握其結構特點、控（kòng）製機理，不斷總結歸（guī）納常見故（gù）障現象、原因及解決措施，不但有助於提（tí）高維修數控機床的效（xiào）率與質量，對機床的維（wéi）護與（yǔ）改造也有重要的參考意義。