​數控（kòng）機床機械（xiè）手換（huàn）刀裝置故障（zhàng）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。本（běn）文基於機械手換刀裝（zhuāng）置的結構與動作控製，結（jié）合維修實例，歸納常（cháng）見故（gù）障（zhàng）現（xiàn）象（xiàng）、原因及（jí）處理措施，在數控機床的維修與改（gǎi）造中（zhōng）具（jù）有較大的現實意義，值得（dé）認真探索、交流與（yǔ）推廣。

數（shù）控（kòng）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（ér）實現這一功能（néng）的關鍵（jiàn）在於自動換刀裝置（zhì）。由於自動換刀裝置工作頻（pín）度高、控製機構複（fù）雜，包括刀庫、刀具（jù）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。了解其結（jié）構特點與控製機理，熟悉換刀的動作流（liú）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）地診斷並排除故障，提高（gāo）維修工作的質量與效率（lǜ）。

1.機械手換刀裝置的結構

數控機床自動換刀功能的實現有多種方式。按是否由機械手換刀（dāo）可將其分（fèn）為（wéi）兩類：無機械（xiè）手換刀（如鬥笠式）大多依靠主軸與刀庫間的軸向相對運動實現拔（bá）刀與插刀，換刀時刀庫移至換刀位置，主（zhǔ）軸先將刀具還回刀庫換刀位的空刀座上，然（rán）後刀庫旋轉使下（xià）一工（gōng）序所需（xū）刀具進入換刀位置，主（zhǔ）軸（zhóu）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，加工效率低，刀庫的容量（liàng）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（kuài）速、準確地對調刀庫中換刀位與主軸上的刀具，還刀、取刀同時進行（háng），換刀時間大（dà）大縮短，而且（qiě）刀庫容量（liàng）不受換刀機構（gòu）限製。

1.刀具固定板架2.刀座3.換刀機（jī）械手（shǒu）

4.換刀位置刀座5.取刀機械手縱向（xiàng）導軌

6.取刀機（jī）械手橫向導軌

刀庫按刀（dāo）具的布局可分為盤式、鏈（liàn）式和格子式三種。盤式刀（dāo）庫刀具呈（chéng）圓（yuán）周狀（zhuàng）分布，鏈式刀庫刀（dāo）具（jù）布置在鏈條的各個環（huán）節上，格子式（shì）刀庫刀具縱橫排列。盤（pán）式刀庫空間利用率低、容（róng）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、容量大，用於中型與大型數控加工中心。刀庫（kù）的作用不僅是（shì）存放（fàng）加工過程中所需（xū）要的刀具，還負（fù）責（zé）把下一工（gōng）序所要使（shǐ）用的刀具準確地（dì）送到換刀位置。

刀（dāo）具交換裝置的驅動方式有液壓、伺服和交流異步電（diàn）動機驅動三種。液壓驅動需要足夠的液（yè）壓動力（lì），且運動的速度和準確性受油（yóu）質、油壓（yā）、油溫及環境等因素影響，一般用於不需要頻繁換刀的大中型（xíng）機床。伺服電動（dòng）機驅動的換刀裝置換刀速度快、精度高、穩定（dìng）性強，但成本較高。交（jiāo）流異步電動機驅動的換刀（dāo）裝（zhuāng）置，借助凸輪機構，換（huàn）刀速度快、定位準、穩定性高、連（lián）貫性好（hǎo）且成本低，廣泛用於頻繁換刀的中小型加工中心。

2.機械（xiè）手換刀（dāo）動作流（liú）程與選刀方式

刀庫的選（xuǎn）刀有順序選刀、刀具編碼選刀、刀座編碼選刀和隨（suí）機選刀四種方式。機械手換刀大多采用隨（suí）機換刀方式，從主軸取下的刀具（jù）就近放入（rù）刀庫中剛取走刀具的換刀位刀（dāo）座內，取（qǔ）刀（dāo）與還刀同步完（wán）成。其原理（lǐ）是在存儲器中建立換刀數據表，表（biǎo）中存儲單元的地址與刀座編號及主軸相對應，因此數據表的（de）容量為刀庫（kù）中刀座數加1，存儲單元中的數據與（yǔ）刀具編號一一對應，如附表所示。換刀時數據更新是先將主軸所對（duì）應的存儲單元中的數（shù）據（換刀前刀具的編號）寫入（rù）刀庫換刀（dāo）位刀座所對應的存儲單（dān）元中（zhōng），再將（jiāng）換刀指令中的刀具編號寫（xiě）入主軸所對（duì）應的存儲單元（yuán），完（wán）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，該地址所對應存儲單（dān）元中存（cún）放的（de）數據即為主軸上刀（dāo）具（jù）的編號（hào），地（dì）址（zhǐ）為D301～D（300+n）的（de）存儲單元中的數據，即刀庫中從1#～n#刀座上（shàng）刀具（jù）的編號。

3.機械手換刀裝置的常（cháng）見故障與排（pái）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，歸納刀庫及機械手兩大方麵常見故障現象、產（chǎn）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（yīn）：電動機軸與蝸杆軸的聯軸器鬆動；變頻器故（gù）障，電（diàn）動機（jī）不得電；接近開（kāi）關或磁簧開關故障；PLC無（wú）輸出控製（zhì），或PLC有輸出但接口板中（zhōng）的繼電器失（shī）效；氣壓低。常用（yòng）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狀態，調整或更換接近開關或磁簧開關，檢查或更換繼（jì）電器；調整氣壓達到規定值。

② 常（cháng）見故障2：刀盤定位不準（zhǔn）。可能原因（yīn）：電動機剎車器磨損。常用措（cuò）施（shī）：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（shí）不正常。可能原因：氣壓不符（fú）合要求、止動螺絲鬆動、氣（qì）缸損（sǔn）壞、倒刀電磁閥接觸不良或損（sǔn）壞、刀具超重或（huò）超長。常用措施：調整氣壓（yā）到符（fú）合（hé）要求、鎖緊止動螺絲、更換氣缸、檢查電磁（cí）閥接點或更換元件、更換刀具。

④常（cháng）見故障（zhàng）4：刀套上下不到位。可能原因：安裝調整不當或撥叉位置不正確、限位開關安裝不正確或調整不當（dāng），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置，或（huò）更換元件。

⑤常見故障5：倒刀時刀具掉落。可能原因：刀套內彈簧夾力（lì）不夠或不能正常複（fù）位、刀柄和拉釘的（de）距離不正確。常（cháng）用措（cuò）施：調整或更（gèng）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（dāo）動作或未回位前刀盤（pán）轉動、裝入刀具時撞壞（huài）。常用措（cuò）施：調整刀盤定位近接開關或倒刀氣缸磁（cí）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（chà）車燒壞、刀具超重、組件不能運轉。常用措（cuò）施：檢（jiǎn）查（chá）接（jiē）觸（chù）器接（jiē）點是否損壞、電源是否缺相及電壓等級是否匹配；檢測剎車器線圈是（shì）否損壞、接地是否正確；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（chàng）。

（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、彈簧後麵的（de）螺母鬆動、機械手卡緊鎖不起作用、刀具超重。常用措施：擰緊彈簧後螺母、調（diào）整或更換卡緊鎖、更換彈（dàn）簧、更換（huàn）刀（dāo）具（jù）。

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（kǎ）爪縮不回。常用措施：調鬆螺母或更換彈簧，使最大載荷不超過額定值。

③常見故障3：刀具交換時掉刀。可能原因：換刀時主軸箱沒回到換刀點或換刀點漂移；機械手抓刀時沒（méi）有到位就開始打刀或拔刀、刀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（sōng）刀不正常、刀具太重（chóng）、刀臂變形。常（cháng）用（yòng）措施： 應重設定換刀點；校正夾刀點、調（diào）整打刀缸鬆刀行程、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。常用措施：執行手（shǒu）動換刀，檢查是（shì）否電路故障；用PLC監看（kàn）夾刀或鬆刀信號，調（diào）整近接（jiē）開關位置、調整或更換刀臂。

4.維修實例

（1）案例1。

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

故障診（zhěn）斷與排除（chú）方法：

①檢查機械（xiè）手手臂上兩個卡爪的彈簧及附件，沒有發（fā）現異常，說（shuō）明（míng）機械手夾持刀具沒有問題。

②拆開主（zhǔ）軸檢查碟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，反複按（àn）壓主軸刀具夾緊到位行程開關，發現其“0”、“1”狀態與（yǔ）實際動作（zuò）不一致，說明該（gāi）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機械手取送刀具時不能縮爪。

故障診斷與（yǔ）排除方法：打開PLC的IO監控畫麵，發現（xiàn）相應的限位開關沒有壓（yā）合；調整其位置後，機床恢複正常。但（dàn）一（yī）段時間之後，再次出現此故障，檢查限位開關沒有鬆動，但卻沒有壓合，進（jìn）一步檢查發現液壓缸（gāng）拉杆頂端鎖緊螺母的緊固螺釘（dìng）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（gù）螺（luó）釘後，此故障排除。

5.結語

機械手（shǒu）換刀裝（zhuāng）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（kòng）製機理，不斷總結歸納常見故障現（xiàn）象、原因及解決措（cuò）施（shī），不但有助於提高維修數控機床的效率與質量，對機床（chuáng）的維護與改造也有重要的參考意義（yì）。