在數(shù)控機(jī)床的維修中，與換刀相關(guān)的故障極為多見(jiàn)。本文基于機(jī)械手換刀裝置的結(jié)構(gòu)與動(dòng)作控制，結(jié)合維修實(shí)例，歸納常見(jiàn)故障現(xiàn)象、原因及處理措施，在數(shù)控機(jī)床的維修與改造中具有較大的現(xiàn)實(shí)意義，值得認(rèn)真探索、交流與推廣。

數(shù)控機(jī)床特別是數(shù)控加工中心高精度、高效率的重要原因之一在于其一次裝夾、多工序自動(dòng)加工，而實(shí)現(xiàn)這一功能的關(guān)鍵在于自動(dòng)換刀裝置。由于自動(dòng)換刀裝置工作頻度高、控制機(jī)構(gòu)復(fù)雜，包括刀庫(kù)、刀具交換以及驅(qū)動(dòng)等部分，因此出現(xiàn)故障的幾率也大，在數(shù)控機(jī)床的維修中占有相當(dāng)大的比例。了解其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與控制機(jī)理，熟悉換刀的動(dòng)作流程，總結(jié)歸納常見(jiàn)故障現(xiàn)象、原因及解決措施，借鑒相關(guān)維修實(shí)例，有助于快速、準(zhǔn)確地診斷并排除故障，提高維修工作的質(zhì)量與效率。

1.機(jī)械手換刀裝置的結(jié)構(gòu)

圖1 多主軸換刀

圖2 雙主軸換刀

圖3 轉(zhuǎn)塔頭式換刀

圖4 斗笠式換刀

圖5 機(jī)械手換刀

數(shù)控機(jī)床自動(dòng)換刀功能的實(shí)現(xiàn)有多種方式，如多主軸換刀（見(jiàn)圖1）、雙主軸換刀（見(jiàn)圖2）、轉(zhuǎn)塔頭式換刀（見(jiàn)圖3）、斗笠式換刀（見(jiàn)圖4）及機(jī)械手換刀（見(jiàn)圖5）等。按是否由機(jī)械手換刀可將其分為兩類：無(wú)機(jī)械手換刀（如斗笠式）大多依靠主軸與刀庫(kù)間的軸向相對(duì)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)拔刀與插刀，換刀時(shí)刀庫(kù)移至換刀位置，主軸先將刀具還回刀庫(kù)換刀位的空刀座上，然后刀庫(kù)旋轉(zhuǎn)使下一工序所需刀具進(jìn)入換刀位置，主軸再?gòu)牡稁?kù)取走新的刀具，還刀和取刀兩個(gè)動(dòng)作只能分步進(jìn)行，加之主軸的軸向運(yùn)動(dòng)以及刀庫(kù)的移動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)，因此換刀時(shí)間長(zhǎng)，加工效率低，刀庫(kù)的容量也較小；目前數(shù)控機(jī)床更多采用的是機(jī)械手換刀，利用機(jī)械手快速、準(zhǔn)確地對(duì)調(diào)刀庫(kù)中換刀位與主軸上的刀具，還刀、取刀同時(shí)進(jìn)行，換刀時(shí)間大大縮短，而且刀庫(kù)容量不受換刀機(jī)構(gòu)限制。

圖6 盤(pán)式刀庫(kù)

圖7 鏈?zhǔn)降稁?kù)

圖8 格子式刀庫(kù)

1.刀具固定板架；2.刀座；3.換刀機(jī)械手；4.換刀位置刀座；5.取刀機(jī)械手縱向?qū)к墸?.取刀機(jī)械手橫向?qū)к?/p>

刀庫(kù)按刀具的布局可分為盤(pán)式、鏈?zhǔn)胶透褡邮饺N。盤(pán)式刀庫(kù)刀具呈圓周狀分布（見(jiàn)圖6），鏈?zhǔn)降稁?kù)刀具布置在鏈條的各個(gè)環(huán)節(jié)上（見(jiàn)圖7），格子式刀庫(kù)刀具縱橫排列（見(jiàn)圖8）。盤(pán)式刀庫(kù)空間利用率低、容量小，一般用于小型加工中心。鏈?zhǔn)脚c格子式刀庫(kù)空間利用率高、容量大，用于中型與大型數(shù)控加工中心。刀庫(kù)的作用不僅是存放加工過(guò)程中所需要的刀具，還負(fù)責(zé)把下一工序所要使用的刀具準(zhǔn)確地送到換刀位置。

圖9 凸輪式換刀機(jī)械手結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

刀具交換裝置的驅(qū)動(dòng)方式有液壓、伺服和交流異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)三種。液壓驅(qū)動(dòng)需要足夠的液壓動(dòng)力，且運(yùn)動(dòng)的速度和準(zhǔn)確性受油質(zhì)、油壓、油溫及環(huán)境等因素影響，一般用于不需要頻繁換刀的大中型機(jī)床。伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的換刀裝置換?速度快、精度高、穩(wěn)?性強(qiáng)，但成本較高。交流異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的換刀裝置，借助凸輪機(jī)構(gòu)（見(jiàn)圖9），換刀速度快、定位準(zhǔn)、穩(wěn)定性高、連貫性好且成本低，廣泛用于頻繁換刀的中小型加工中心。

2.機(jī)械手換刀動(dòng)作流程與選刀方式

圖10 換刀動(dòng)作流程圖

圓盤(pán)式刀庫(kù)與凸輪式換刀機(jī)械手的換刀動(dòng)作流程如圖10所示。

換刀數(shù)據(jù)表

刀庫(kù)的選刀有順序選刀、刀具編碼選刀、刀座編碼選刀和隨機(jī)選刀四種方式。機(jī)械手換刀大多采用隨機(jī)換刀方式，從主軸取下的刀具就近放入刀庫(kù)中剛?cè)∽叩毒叩膿Q刀位刀座內(nèi)，取刀與還刀同步完成。其原理是在存儲(chǔ)器中建立換刀數(shù)據(jù)表，表中存儲(chǔ)單元的地址與刀座編號(hào)及主軸相對(duì)應(yīng)，因此數(shù)據(jù)表的容量為刀庫(kù)中刀座數(shù)加1，存儲(chǔ)單元中的數(shù)據(jù)與刀具編號(hào)一一對(duì)應(yīng)，如附表所示。換刀時(shí)數(shù)據(jù)更新是先將主軸所對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)單元中的數(shù)據(jù)（換刀前刀具的編號(hào)）寫(xiě)入刀庫(kù)換刀位刀座所對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)單元中，再將換刀指令中的刀具編號(hào)寫(xiě)入主軸所對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)單元，完成主軸與換刀位刀具編號(hào)的對(duì)換。假設(shè)數(shù)據(jù)表存儲(chǔ)單元首地址為D300，該地址所對(duì)應(yīng)存儲(chǔ)單元中存放的數(shù)據(jù)即為主軸上刀具的編號(hào)，地址為D301～D（300+n）的存儲(chǔ)單元中的數(shù)據(jù)，即刀庫(kù)中從1#～n#刀座上刀具的編號(hào)。

3.機(jī)械手換刀裝置的常見(jiàn)故障與排除方法

在數(shù)控機(jī)床維修的過(guò)程中，經(jīng)常出現(xiàn)與換刀相關(guān)的故障，根據(jù)其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及換刀動(dòng)作過(guò)程，歸納刀庫(kù)及機(jī)械手兩大方面常見(jiàn)故障現(xiàn)象、產(chǎn)生原因與采取措施如下。

（1）刀庫(kù)故障。

①常見(jiàn)故障1：刀庫(kù)不能轉(zhuǎn)動(dòng)?？赡茉颍弘妱?dòng)機(jī)軸與蝸桿軸的聯(lián)軸器松動(dòng)；變頻器故障，電動(dòng)機(jī)不得電；接近開(kāi)關(guān)或磁簧開(kāi)關(guān)故障；PLC無(wú)輸出控制，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(diào)整聯(lián)軸器；檢查變頻器的輸入、輸出電壓是否正常；通過(guò)PLC的IO監(jiān)控畫(huà)面檢查IO狀態(tài)，調(diào)整或更換接近開(kāi)關(guān)或磁簧開(kāi)關(guān)，檢查或更換繼電器；調(diào)整氣壓達(dá)到規(guī)定值。

② 常見(jiàn)故障2：刀盤(pán)定位不準(zhǔn)?？赡茉颍弘妱?dòng)機(jī)