數控機床機械手換刀裝置故障與維修（xiū）

在數控（kòng）機床的維修中，與換刀（dāo）相關的故障極為多見。本文基於機械手換刀裝置的結構與動作控製，結合維修實例，歸納常見故障現象、原（yuán）因及處理措施，在數控機床（chuáng）的維修與改造中具有（yǒu）較大的現實意義，值得（dé）認真（zhēn）探索、交流與推廣。

數控機床特別是數控加工中心高（gāo）精度、高效率的重要原因之一在於其一（yī）次裝夾、多工序自動加工，而實現這一功能的關（guān）鍵在於自動換刀裝置。由（yóu）於（yú）自動換刀裝置工作頻度高、控製機（jī）構複雜，包括刀庫、刀具交換以及驅動等部分，因此出現故障的（de）幾率（lǜ）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（gòu）特點與控製機理，熟悉換（huàn）刀的動作流程，總結歸納常（cháng）見故障（zhàng）現象、原因及解決措施，借鑒相關維修實例，有助於快速、準確地診斷（duàn）並排除故障（zhàng），提高維修工作的質量與效率。

1.機械手（shǒu）換刀裝置的結構

數控機床自動換刀功能的（de）實現有多種方（fāng）式。按是否由（yóu）機械手換（huàn）刀可將其分為（wéi）兩類：無機械手換刀（如鬥笠式）大多依（yī）靠主軸與刀（dāo）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（jiāng）刀具還回（huí）刀庫換刀位的空（kōng）刀座上，然後刀庫旋轉使下一工序所（suǒ）需刀具（jù）進入換刀位（wèi）置，主軸再從刀庫取走新的刀具，還刀和取刀兩個動作隻能（néng）分步進行（háng），加之主軸的軸（zhóu）向運動以（yǐ）及刀庫的移動和（hé）轉動，因此換（huàn）刀時間長，加工效率低，刀庫的容量也較小；目前數控機床更多采用的（de）是機械手換刀，利（lì）用機械手快速（sù）、準確地對調刀庫中換刀位與主軸上的刀具（jù），還刀、取刀同時進行，換刀時間大大縮短，而且刀庫容量（liàng）不受換刀機構限製。

1.刀（dāo）具固定板架 2.刀座 3.換刀機械手

4.換刀位置刀座 5.取刀機械手縱（zòng）向導軌

6.取刀機械手橫向導軌

刀庫按刀具的布局（jú）可分為盤式、鏈（liàn）式和格子式三種。盤（pán）式刀庫刀具呈圓（yuán）周狀分布，鏈式刀庫刀具布置在鏈條的各個環節上，格子式刀庫刀具縱橫排列。盤式刀庫空間（jiān）利用率低、容量小，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（dāo）庫的作（zuò）用（yòng）不僅是存（cún）放加工過（guò）程中所需（xū）要的刀具，還負責把下一工序所要使用的刀具準確地（dì）送到換刀位置。

刀具交換裝置的驅動方式有液壓、伺服（fú）和交流異步電動機（jī）驅動三種。液壓驅（qū）動需要足夠的液壓動力，且（qiě）運動的（de）速度和準（zhǔn）確性受油質（zhì）、油壓、油溫及環境（jìng）等因素影響，一般用於不需（xū）要頻（pín）繁換刀的大中型機床。伺服電動機驅動的換刀裝置（zhì）換刀速度快、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（tū）輪（lún）機構，換刀（dāo）速度快、定位準、穩（wěn）定性高、連貫性好且成本低，廣泛用於頻繁換刀的中（zhōng）小型加工中（zhōng）心。

2.機械手換刀動作（zuò）流程與（yǔ）選刀方式

刀庫的選（xuǎn）刀有順序（xù）選（xuǎn）刀、刀具編（biān）碼選（xuǎn）刀、刀座編碼選刀和隨機選刀四種方式。機（jī）械手換刀大多采用隨機換刀方式，從主軸取下的刀具就近放入刀庫（kù）中剛取走刀具的換刀位（wèi）刀座內，取（qǔ）刀與（yǔ）還刀（dāo）同步完成。其（qí）原理是在存（cún）儲器（qì）中建立（lì）換刀數據表，表中存儲單元的地址與刀座編號及主（zhǔ）軸相對應，因此數（shù）據表的容量為刀庫中刀座（zuò）數加1，存儲（chǔ）單元中的數據與刀具編號一一對應，如（rú）附表所示（shì）。換刀時數據更新是（shì）先將主軸（zhóu）所對應的存儲單元中的數據（換刀前（qián）刀具的編（biān）號）寫入刀庫換刀位刀座（zuò）所對應的存儲單元中（zhōng），再將換刀指令中的刀具編號寫入主軸所對應的存儲單元，完成（chéng）主軸與換刀位刀（dāo）具編號的對換。假設數據表存儲單元首地址為D300，該地址（zhǐ）所對應存儲單元中存放的數據即為主軸上刀具的編號，地址為D301～D（300+n）的（de）存儲單（dān）元中的數據，即（jí）刀庫中從1#～n#刀座上刀具的（de）編號。

3.機械（xiè）手換刀裝置的常見故障（zhàng）與排除方（fāng）法

在數控機床（chuáng）維修的過程中，經常出現與換刀相關的故障（zhàng），根（gēn）據其結構特點及（jí）換刀動作（zuò）過程，歸納（nà）刀庫及機械手兩大方麵常見故障現象、產生（shēng）原因（yīn）與采取措（cuò）施如下。

（1）刀庫故障。

①常見故障1：刀庫不能轉動。可能（néng）原因：電動機軸與蝸杆軸的聯軸器鬆動；變頻器故障，電動機（jī）不得電；接近（jìn）開關或磁簧開關故障；PLC無輸出控（kòng）製，或PLC有輸出但接口板中的繼電器失效；氣壓低。常用措施：檢（jiǎn）查調整聯軸器；檢查變頻器（qì）的輸入（rù）、輸出電壓是否正常（cháng）；通過PLC的IO監（jiān）控（kòng）畫麵檢（jiǎn）查IO狀態，調整或更換（huàn）接近（jìn）開關（guān）或磁簧開關（guān），檢查或更換繼電器；調（diào）整氣壓達到規定值。

② 常見故障2：刀盤定位不準。可能原因：電動機剎車器磨損。常用措施：調整電動機剎車（chē）器中調節螺釘。

③常見故障3：換刀位刀座在（zài）倒刀時不正常。可能原因：氣壓不符合要求、止動螺（luó）絲鬆動、氣缸損壞、倒刀電磁（cí）閥（fá）接觸不良或損（sǔn）壞、刀（dāo）具超重或超長。常用措（cuò）施：調整（zhěng）氣壓到符合要求、鎖緊止動螺絲、更換氣缸、檢查（chá）電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（wèi）。可能原因（yīn）：安裝調整不當或撥叉位置不正（zhèng）確、限位開關安裝不正確或調整不當，造成（chéng）反饋信（xìn）號錯誤。常用措（cuò）施：檢查（chá）、調整撥叉或（huò）限位開關位置，或更換元件。

⑤常見故障5：倒（dǎo）刀時刀具掉落（luò）。可能原因：刀套內彈簧（huáng）夾力不夠（gòu）或不能（néng）正常（cháng）複位、刀柄和拉釘的距離不正確。常用措施：調整或更換（huàn）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動作或未回位前刀盤轉動、裝入刀具時撞壞。常用措施：調整刀（dāo）盤定位近接開關或（huò）倒刀氣缸磁簧開關位置、更換刀套。

⑦常見故障7：電（diàn）動機（jī）燒壞。可能原因：電源缺相或電壓不正確、剎車燒壞、刀（dāo）具超重、組（zǔ）件不能運轉。常用措施：檢查接觸器接點（diǎn）是否損壞、電源是否缺相及電壓等級是否（fǒu）匹配；檢測剎車器（qì）線圈是否損壞、接地是（shì）否正確；檢查刀具（jù）質量是否超過（guò）允許（xǔ）值；檢查刀套滑動部位是否順暢。

（2）機械手故障。

①常見（jiàn）故障1：刀具夾不緊，時常掉刀。可能（néng）原因：卡爪彈（dàn）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、刀具超重。常用措施（shī）：擰緊彈簧後螺母、調整（zhěng）或更換卡緊鎖、更換彈簧、更換刀具。

②常見故障2：刀具夾（jiá）緊（jǐn）後鬆不開（kāi）。可能原因：卡爪彈簧壓合過緊（jǐn），卡爪縮不回。常用措施：調（diào）鬆螺母或（huò）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（shí）掉刀。可能原因：換刀（dāo）時（shí）主軸箱沒回到換刀點或換（huàn）刀點漂移；機械手抓刀時沒（méi）有到位就開始打（dǎ）刀或拔刀、刀（dāo）臂及刀具的夾刀點不正確，打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、刀臂變形。常（cháng）用措施： 應（yīng）重設定換刀點；校正夾（jiá）刀點、調整打刀缸鬆刀行程、調整壓（yā）力值（zhí）、檢查刀具質量、更（gèng）換刀臂。

④常見故障4：刀臂不回位。可能原因：電路接觸不良、無夾刀或鬆刀信號、刀臂彎曲。常用措施（shī）：執行手動換刀，檢查是否電路（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（huò）更換刀臂。

4.維修實例（lì）

（1）案例1。

故障現（xiàn）象：加工（gōng）中心VMC1000C換刀時出現主軸掉刀故障。

故障診斷與排（pái）除方法：

①檢查機械手手臂上兩個卡爪的彈簧及附件（jiàn），沒有發現異常，說明機械手夾持刀（dāo）具沒有問題。

②拆開（kāi）主（zhǔ）軸檢查碟簧能否對刀（dāo）具夾持緊固，發現碟簧完好。

③打（dǎ）開PLC的I O監控畫麵，反複按壓主軸刀具夾緊到位行程開關，發現其“0”、“1”狀態與實際動作不一致，說明該行程開關（guān）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（dāo）具時（shí）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（xiàng）應的（de）限位開關沒有壓合；調整其（qí）位置後，機床恢複正常。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（dàn）卻沒有壓合，進一步檢查發現液壓缸拉（lā）杆頂端鎖緊螺母的緊固螺釘鬆動，致（zhì）使液壓缸伸縮的行程發生了變化（huà）；調整鎖緊（jǐn）螺母並擰緊（jǐn）緊固螺釘後（hòu），此故障排除。

5.結語

機械手換刀裝置是數控機床（chuáng）最重（chóng）要的功能部件之一，掌握其結構特點、控製機（jī）理，不斷總結歸納常見故障（zhàng）現象、原（yuán）因及解決措施，不但有助於提高維修數控機（jī）床的效率與質量，對機床的維護與改造也有重要的參考意義。