數控機床（chuáng）機械手換刀裝置故障與維修

在數控機床的維修中（zhōng），與換（huàn）刀相關的故障極為多見。本文基於機械手換刀裝（zhuāng）置的結構與動作控製，結合維（wéi）修實例，歸納常見故障現象、原因及（jí）處理措施，在數控機床的維修與改造中（zhōng）具有較大的（de）現實意義，值得認真探（tàn）索、交（jiāo）流與（yǔ）推廣。

數控機床特別是數控加（jiā）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（néng）的（de）關鍵在於自動換刀裝置。由於自動換刀裝置工作頻度（dù）高、控製機構複雜，包括刀（dāo）庫、刀具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相當大的比例（lì）。了解其結構特點與控（kòng）製（zhì）機理，熟悉（xī）換刀的動作流程，總結歸（guī）納常見故障現象（xiàng）、原因及解決措（cuò）施，借鑒相關（guān）維修實例，有助於快速、準（zhǔn）確地診斷並排除故障（zhàng），提（tí）高維修工作的質量與效率。

1.機械手（shǒu）換刀裝置（zhì）的結構

數控機床自動換（huàn）刀功能的實（shí）現有多（duō）種方式。按是否由機械手換刀可將其分為兩類：無機械（xiè）手換刀（如鬥笠式）大多（duō）依靠主軸與刀庫間（jiān）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座（zuò）上（shàng），然後刀庫旋轉（zhuǎn）使下一工序所需刀具進（jìn）入換刀位置，主軸再從刀庫取走新（xīn）的刀具，還刀和取刀兩個動作隻（zhī）能分（fèn）步進行，加之主軸的軸向運（yùn）動以及刀庫的（de）移動和轉動，因此換刀時間（jiān）長，加工效率低，刀（dāo）庫的容量也（yě）較小；目（mù）前數控機床更（gèng）多采用的（de）是機械手（shǒu）換刀（dāo），利用機械手快速、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，換刀時間大大縮短，而（ér）且刀庫容量不受換刀機構限（xiàn）製。

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（dāo）機械手縱向導軌

6.取（qǔ）刀機械手橫向導軌

刀庫按刀具的布局可分為盤式、鏈式和格子式三種。盤式刀庫刀（dāo）具呈圓周狀分布（bù），鏈式刀庫（kù）刀具布置在鏈條的各個環節上，格子式（shì）刀庫刀具縱橫（héng）排列。盤式刀（dāo）庫空間利用率低、容量小，一般用於小型加工中心。鏈式與（yǔ）格子式刀庫空間利用率高、容量大，用於中型與（yǔ）大型數控（kòng）加工中心。刀庫的作用不（bú）僅是存（cún）放加工過程（chéng）中所需要的刀具，還負責把（bǎ）下一工序所要使用的刀具準確（què）地送到換刀位置。

刀具交換裝置的驅（qū）動方式有液壓、伺服和交流異步電（diàn）動機（jī）驅動三種。液壓驅動需要足夠的液壓動力（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（bān）用於不需要頻繁換刀的（de）大中型機床。伺服電動機驅動（dòng）的換刀裝（zhuāng）置換（huàn）刀速度（dù）快、精度高、穩定性強，但成本較高。交流異步電動機驅動的換刀裝置，借助凸輪機構，換刀速（sù）度快、定位準、穩定性高、連貫（guàn）性好且成本低（dī），廣泛用於頻繁（fán）換刀的中小型加工中心。

2.機械手換刀動作流程（chéng）與選刀方式

刀庫的選刀有順序選刀、刀具編碼選刀、刀座編（biān）碼選刀和隨機選刀四種方式。機械手換刀大多采用隨機換刀方（fāng）式，從主軸取下的刀具就近放入刀庫中剛取走刀（dāo）具的換刀位刀座內，取刀與（yǔ）還刀同步完成。其原理是在存儲器中建立換刀數據表，表中存儲單元（yuán）的地（dì）址與刀座編號及主軸相對應，因（yīn）此數據表的（de）容（róng）量為刀庫中（zhōng）刀座數加1，存儲單元中的數據與刀具編號一一對應（yīng），如附表所示。換（huàn）刀時（shí）數據更新是先將主軸所（suǒ）對應的存（cún）儲單元中的數據（換刀前刀具的編號）寫入刀庫換刀位刀座所對應的存儲單元中，再將換刀（dāo）指令中的刀具（jù）編號寫入主軸所對應的存儲單元，完成主軸與換刀位（wèi）刀具編號的對換。假設數據表（biǎo）存儲單（dān）元首地址為D300，該地址所對應存（cún）儲單元中存放的數據（jù）即為主軸上刀具的編號，地址為D301～D（300+n）的存（cún）儲單元中（zhōng）的數據，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見故障與（yǔ）排除方法

在數控機床維修的過程（chéng）中，經常出現與換刀相關的故障，根據（jù）其（qí）結構（gòu）特（tè）點及（jí）換刀動作過程（chéng），歸納刀庫及機械手兩大方麵常見故障現象、產生原因與采取措施如下。

（1）刀庫故（gù）障。

①常（cháng）見故障1：刀庫不能（néng）轉（zhuǎn）動。可能（néng）原因：電動機軸與蝸杆軸的聯軸器鬆動；變頻器故（gù）障，電動機不得電；接近開關或磁簧開關故障；PLC無輸出控製，或PLC有輸出但接口（kǒu）板中的繼電器失效；氣壓低。常用措施：檢查調整聯（lián）軸器；檢查變頻器的輸入、輸出電（diàn）壓是否正（zhèng）常；通過PLC的IO監控畫（huà）麵檢查IO狀態，調整或更換接（jiē）近（jìn）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（dāo）盤定位不準（zhǔn）。可能原因：電動（dòng）機（jī）剎車器磨損。常用措施：調整電動機剎（chà）車器中調節螺釘。

③常見故（gù）障3：換刀位刀（dāo）座在倒刀（dāo）時不正（zhèng）常。可能（néng）原因：氣壓不符合要求、止（zhǐ）動（dòng）螺絲鬆動、氣缸損壞（huài）、倒刀電（diàn）磁閥接觸不良或損壞、刀具超重或（huò）超長。常用措施：調整氣壓（yā）到（dào）符合要求、鎖緊止（zhǐ）動螺絲、更換氣缸、檢查電磁閥接點或更換元件、更換刀具。

④常見故（gù）障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（wèi）開關安裝不正確或（huò）調整不（bú）當，造成反饋信號錯（cuò）誤。常用（yòng）措施：檢查、調整撥叉或限位開關位置，或（huò）更換元件。

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

⑥常見故障6：刀套（tào）破裂（liè）。可能原（yuán）因：刀套未定位前有倒刀動（dòng）作或（huò）未回位前刀盤（pán）轉動、裝入刀具時撞壞。常用措施：調整刀盤定位近接開關或倒刀氣缸磁簧開關位置、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、剎車燒壞、刀具（jù）超重、組件不能運轉。常用措施：檢查接（jiē）觸器接點是否損壞、電源是否缺相及電壓等級是否匹配；檢測剎車器線圈是否損壞、接（jiē）地是否正確；檢查刀具質量是否超過允許值；檢查刀套滑（huá）動部位是否順暢。

（2）機（jī）械手故障（zhàng）。

①常見故障1：刀具夾不緊（jǐn），時常（cháng）掉刀。可能原因：卡爪彈簧的壓力太小、彈簧後麵的螺母鬆動、機械手卡緊鎖不（bú）起作（zuò）用、刀具超重。常用措施：擰緊彈簧後螺母、調整或更換卡緊鎖、更換彈簧、更換刀（dāo）具（jù）。

②常見故障2：刀具夾緊後鬆不開。可（kě）能原因：卡爪彈簧壓合過緊，卡爪縮不回。常用（yòng）措施：調鬆螺母（mǔ）或（huò）更換彈簧，使最大載荷不超（chāo）過額定值。

③常見故障3：刀具交換時掉刀。可能原因：換（huàn）刀時主軸箱沒（méi）回到換刀點或換刀點漂移（yí）；機械手（shǒu）抓（zhuā）刀時沒（méi）有到位就開始打刀或拔刀、刀（dāo）臂及刀具的夾刀點不正確，打刀缸（gāng）鬆（sōng）拉刀位置不準確，打刀缸壓力不夠，鬆刀不正常、刀具太重、刀臂變形。常（cháng）用措施： 應重設定換刀點；校正（zhèng）夾刀點、調整打刀（dāo）缸（gāng）鬆刀行程、調整壓力值、檢查刀具質量、更換刀臂（bì）。

④常見故障4：刀臂不回位。可能原因：電（diàn）路接觸不良、無夾刀或鬆刀信號、刀臂彎曲。常用（yòng）措施（shī）：執行手動換刀，檢（jiǎn）查是否（fǒu）電路故障；用PLC監看夾刀或鬆刀（dāo）信號，調整近接開（kāi）關（guān）位置、調整或更（gèng）換刀臂。

4.維修實例（lì）

（1）案例1。

故障現象：加工中心VMC1000C換刀（dāo）時出現主軸（zhóu）掉刀故障。

故障診斷與排（pái）除方法：

①檢查機械手手臂上兩（liǎng）個（gè）卡爪的彈簧及附件（jiàn），沒有發（fā）現異常，說明機械手夾持刀具沒有（yǒu）問題。

②拆開（kāi）主軸檢（jiǎn）查（chá）碟簧能否對刀具夾持緊固，發現（xiàn）碟簧完好。

③打（dǎ）開PLC的I O監控畫麵（miàn），反（fǎn）複按壓（yā）主軸刀具夾緊到位（wèi）行程開關，發現（xiàn）其“0”、“1”狀態與實際動作不一致，說明（míng）該行程開關有問（wèn）題, 更換後故障排（pái）除。

（2）案例2。故障現象：加工中心BX-110P機械手取送刀（dāo）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（wèi）開關沒有壓合；調整其位置後，機床恢複正常（cháng）。但一段時間之後，再次出現此故障，檢查限位開關沒有鬆動，但卻沒有壓合（hé），進一步（bù）檢查發現液壓（yā）缸拉（lā）杆頂端鎖緊螺母的緊固螺釘鬆動，致使液壓缸伸縮的行程發生了變化；調整（zhěng）鎖緊螺母並擰緊緊固螺釘後，此故障排除。

5.結語

機械手換（huàn）刀裝置（zhì）是數控機床最重要的功能（néng）部件（jiàn）之一，掌握其結構特點、控製機理，不斷（duàn）總結歸納常見故障現象、原（yuán）因及解決措施，不但有助於提高維（wéi）修數控機（jī）床的效率與質量，對機床的維護與改造也（yě）有重要的參考意義。