数控机床机械手换刀装置故障与维修

潘升华

（中船广西船舶及海洋工程有限公司，广西钦州 535000）

0 引言

近年来，数控机床作为典型的机电一体化产品，在各行业得到了广泛应用。机械手换刀装置是数控机床的重要组成部分，同时也是数控机床能够高精度、高效率工作的重要原因。近年来，借助机械手换刀装置，各行业的细小、复杂零部件均得到了有效加工，对于提高零部件加工水平具有重要的意义。不过，机械手换刀装置可能在诸多因素的影响下出现各种故障，影响数控机床的工作效率。为此，对数控机床机械手换刀装置进行阐述，分析数控机床机械手换刀装置刀库故障及维修方法，以及机械手的故障及维修方法。

1 数控机床机械手换刀装置

机械手换刀装置是数控机床中的重要组成部分，它能有效保证精度化、细小化零部件的加工。作为自动换刀功能的装置，机械手换刀装置在数控机床中的类型较多[1]，如双主轴换刀、斗笠式换刀等。但目前，数控机床比较常用的仍是机械手换刀装置。图1为数控机床的机械手换刀装置，有准确、快速的优点。数控机床工作过程中，利用机械手换刀装置可以在最短的时间内完成换刀位与主轴上刀具的调换，由此缩短换刀的时间，提高数控机床的工作效率。

按照刀具进行划分，机械手换刀装置可以将其分为链式手换刀、盘式手换刀和格子式手换刀（图2）：链式手换刀的刀库与刀具，主要布置在链条环节上，有刀库容量大和空间利用率高的特点；盘式手换刀的刀库与刀具，主要呈圆周的状态分布，有刀库容量小、空间利用率低的特点；格子式手换刀的刀库与刀具呈现纵横排列，有刀库容量大和空间利用率高的特点。

图1 数控机床中的机械手换刀装置

图2 按照刀具划分的机械手换刀类型

2 数控机床机械手换刀装置刀库故障及维修方法研究

2.1 刀盘定位不准及刀库不能转动

从刀库故障及维修方面来分析机械手换刀装置的故障。在诸多刀库故障中，刀盘定位不准及刀库不能转动是常见的故障[2]。

刀盘定位不准的原因，可能是数控机床的电动机经过长期使用后，未及时对其进行检查和维修，导致电动车的刹车器存在明显的磨损现象。因此，提出的维修措施为：适当调节电动机刹车器的螺钉，避免刀盘定位不准故障的发生，提高数控机床机械手换刀装置的应用水平。

引起刀库不能转动故障的原因较多：①可能是因为数控机床的电机经过长期使用，其机轴与蜗杆轴的联轴器存在松动现象未被及时发现；②机械手换刀的PLC没有输出控制[3]；③数控机床工作中的变频器出现故障，导致电机电力不足。由此，提出的维修措施为：①定期检查电机轴与蜗杆轴的联轴器，并及时对联轴器进行调整；②设置PLC输出装置，并对该输出装置进行监控检查；③定时检查数控机床工作期间变频器的电压输入与输出情况，保证电机通电正常。

2.2 刀套上下不到位及倒刀时刀具掉落

机械手换刀装置刀库故障，也体现在刀套上下不到位及倒刀时刀具掉落。刀套上下不到位故障的原因主要有2方面：一是机械手换刀的刀套在安装时的拨叉位置不准确；二是刀套的限位开关装置在安装时存在调整不当的现象，最终导致刀套的反馈出现误差。维修措施：定期、及时检查刀套限位开关的位置，同对开关进行合理的调整和拨叉，或根据刀套拨叉情况更换元件。

倒刀时刀具掉落的原因也有2个：一是机械手换刀的刀柄与拉钉的距离存在明显差异，不够合理；二是机械手换刀的刀套内弹簧夹的力度不够，无法使其恢复到正常的位置。具体解决措施为：根据到机械手换刀的实际工作情况，适当对元器件进行调整或是更换。

2.3 刀套破裂及电动机烧坏

刀套破裂的原因有2种：一是在机械手换刀没有定位之前，存在倒刀的动作或是刀盘转动现象；二是在机械手换刀装入刀具时，刀套被撞坏。具体故障维修措施为：根据机械手换刀的实际位置，适当调整刀盘的定位，将其与开关接近；或更换新的刀套。

电机烧坏故障的原因为电压使用期间存在不合理和不正确的现象，电机的刹车被烧坏，刀具组件无法有效运转等。故障维修措施是：定期检查电压使用情况，明确电压是否与电源相匹配，检查电机刹车器线圈是否损坏。

3 换刀装置机械手常见故障及维修方法研究

3.1 刀具夹不紧与加紧后松不开

刀具夹不紧的原因可能是机械手换刀的卡紧锁坏掉未被发现，或者是机械手换刀的卡爪弹簧在长时间使用后，压力减小。常用的维修措施为及时更换机械手换刀的卡紧锁和卡爪弹簧。刀具加紧后松不开故障的原因可能是机械手换刀的卡爪弹簧压力过大，导致卡爪无法有效的缩回。针对此种故障，可以通过调整机械手换刀螺母和更换弹簧的方式，实现对机械手换刀故障的维修。由此可见，机械手故障刀具夹不紧和松不开故障，可以通过调整及更换弹簧的方式解决。

3.2 刀具交换时掉刀与刀臂不回位

刀具交换时掉刀故障的原因：①在更换机械手换刀时，主轴箱没有回到正确的换刀点；②机械手换刀在抓刀时，并没有在正确的位置上就开始拔刀；③机械手换刀的刀具与刀臂所用的夹刀点存在异常现象。提出以下几种维修措施：①根据机械手换刀的工作状态，对换刀点进行重新的设定；③及时调整换刀压力值；③对夹刀点进行科学的校正。

刀臂不回位的故障原因：可能是机械手换刀的电路在连接时，存在接触不良的现象；或是机械手换刀的刀臂存在明显弯曲现象。其维修措施为：定期检查电路，发现电路存在故障及时解决；根据刀臂的弯曲程度更换刀臂。

4 结语

借助先进的技术，可以提高生产自动化水平，促进数控机床行业的发展。作为设备的重要组成部分，机械手换刀装置在数控机床中发挥着重要作用。但是，受多种因素影响，机械手换刀装置在应用期间易出现故障。通过分析机械手换刀装置在应用中的具体故障及可能产生的原因，提出具体解决措施，以提高机械手换刀装置在数控机床中的应用水平。