​數控機床機械手換刀裝置故障與維修

在數控機（jī）床的維修中，與換刀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（zhì），結合維修實例，歸納常見故障（zhàng）現象、原因及處理措（cuò）施，在數（shù）控機床的維修與改造（zào）中（zhōng）具有較大的（de）現實意義，值得認真探索、交流與推廣。

數控（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（gōng），而實現這一功能的關鍵在於自動換刀（dāo）裝置。由於自動換刀裝置工作（zuò）頻度（dù）高、控製機構複雜，包括刀庫、刀具交換（huàn）以及驅動等部分，因此出現故障的幾率也大，在（zài）數控機床的（de）維修中占有相當（dāng）大的比例。了解其結構特點與控（kòng）製機理，熟悉換刀的動作流程（chéng），總結歸納（nà）常見故障現象、原因及解決措施（shī），借鑒相關維修實例，有助於快（kuài）速、準（zhǔn）確地診斷並（bìng）排除故障，提高維修工作的質（zhì）量與效率。

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（xiè）手換刀可將其分為兩類：無機械手換刀（如鬥笠式）大（dà）多依靠主（zhǔ）軸與刀庫間（jiān）的軸向相對運動實（shí）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（dāo）庫換刀位（wèi）的空刀座上（shàng），然後刀庫旋轉使下一工序（xù）所需刀具進入換刀位置，主軸（zhóu）再從刀庫取（qǔ）走新（xīn）的刀具，還刀和取刀兩個動作隻能分步進（jìn）行，加之（zhī）主軸的軸向（xiàng）運動以及刀庫的移動和轉動，因此換刀時間長，加（jiā）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，而且刀庫容量不受（shòu）換刀機構（gòu）限製。

1.刀具固定板架2.刀（dāo）座3.換刀機械手

4.換刀位置刀座5.取（qǔ）刀機械手縱向導軌

6.取刀機械手橫向導軌

刀（dāo）庫按刀具的布局可分為盤式、鏈式（shì）和格（gé）子式三種。盤式刀庫（kù）刀具呈圓周狀（zhuàng）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（pán）式刀庫（kù）空間利用率低、容量小，一（yī）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（kòng）加工中心（xīn）。刀庫（kù）的作用不僅（jǐn）是存放加工過程（chéng）中所（suǒ）需要的刀具，還負責把下一工序（xù）所要使用的（de）刀具準確地送（sòng）到換刀位（wèi）置。

刀具（jù）交換裝（zhuāng）置的驅動方式有液壓、伺服和交流異（yì）步電（diàn）動機驅動三種。液壓驅動（dòng）需要足（zú）夠的液壓動力，且運動的速（sù）度和準確性受油質、油壓、油溫（wēn）及環境（jìng）等因素影響，一般（bān）用於不需要頻繁換刀的大中型機床。伺（sì）服電動機驅動的換刀裝置換刀速度快、精度高、穩定性強，但成本較高。交流異步（bù）電動機驅動的換刀裝置，借助凸輪（lún）機構，換（huàn）刀速度快、定位準（zhǔn）、穩定性高、連貫（guàn）性好且成本低，廣泛用於頻繁換刀的中小型（xíng）加工中（zhōng）心。

2.機械手換刀動作流程與選刀方式

刀庫的選刀有順序選刀、刀具（jù）編碼選刀、刀座（zuò）編碼選刀和隨（suí）機選（xuǎn）刀四種方式。機械手換刀大（dà）多采用隨機換刀方式，從主軸取下（xià）的刀具就近放入刀庫中剛取走刀具的換刀位刀座內，取刀與還刀同（tóng）步完成。其（qí）原理是（shì）在存儲（chǔ）器中建立換刀數據表，表中（zhōng）存儲單（dān）元的地址（zhǐ）與刀座（zuò）編號及主軸相對應，因此數據表的容量為刀（dāo）庫中（zhōng）刀座數加1，存儲單元中的數據與刀具編號一（yī）一（yī）對應，如附（fù）表所示。換刀時數據更新是先將主軸所對應的存儲單元中的數據（換刀前刀具的（de）編號）寫入（rù）刀庫換（huàn）刀位刀（dāo）座所對應的存儲單元中，再將換刀指令中的（de）刀具編號寫入主軸所（suǒ）對應的存儲單元，完成主軸與換刀位刀具編號的對換。假設數據表存儲（chǔ）單元首地址為D300，該地（dì）址所對（duì）應存儲單元中存放的數（shù）據即為主軸上刀具（jù）的編（biān）號，地址為（wéi）D301～D（300+n）的（de）存儲單元中的數據，即刀庫中從（cóng）1#～n#刀（dāo）座上（shàng）刀具的編號（hào）。

3.機械手換刀裝置的常（cháng）見故障與（yǔ）排除方法

在（zài）數控（kòng）機床維修的過程中，經常出現與換刀相關的故障，根據（jù）其結構特點及換刀動（dòng）作（zuò）過程（chéng），歸納刀庫及機械手兩大方麵常見故障現象（xiàng）、產生原因與采取（qǔ）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：電動機軸與蝸杆軸的聯軸器（qì）鬆動；變頻（pín）器故障，電動機不得電；接近開關或磁簧開關故障；PLC無輸出控（kòng）製，或（huò）PLC有輸出但接口板中（zhōng）的繼電器失效；氣壓低。常用措施（shī）：檢查調整聯軸器（qì）；檢查變頻器的輸入、輸出電壓是否（fǒu）正常；通過PLC的IO監控（kòng）畫（huà）麵檢查IO狀態，調整或更換（huàn）接近開關（guān）或磁簧開關，檢查或更換繼電器；調整氣壓（yā）達到規定值。

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

③常見故障3：換刀位刀座在倒刀時不正常。可能原因：氣壓不符合要求、止動螺絲鬆動、氣（qì）缸損壞、倒刀電磁閥接觸不良或損壞、刀具超重或超（chāo）長。常用措施：調（diào）整氣壓到符合要求、鎖緊止動螺絲、更換氣（qì）缸、檢查電磁閥接點或更換元件（jiàn）、更換刀（dāo）具。

④常見故障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、限位開關安裝不正確或調整不當，造（zào）成反饋信號錯誤。常用措施：檢查、調整撥叉（chā）或限位（wèi）開關位置，或更換元件。

⑤常見故障5：倒刀時刀具掉落。可能原因：刀套內彈簧（huáng）夾力不夠（gòu）或不能正常複位、刀柄和（hé）拉釘的距離（lí）不正確。常用措施：調整或更換元器件。

⑥常見故障6：刀套破裂。可能原因：刀套未定位前有倒刀動作或未回位前（qián）刀盤轉動、裝入刀具時撞壞（huài）。常（cháng）用措施：調整刀盤定位近接（jiē）開關或倒刀氣缸磁（cí）簧開關位置、更換（huàn）刀（dāo）套。

⑦常見故障7：電動機燒（shāo）壞。可能原因（yīn）：電源缺相或電壓不正確、剎車燒壞（huài）、刀具（jù）超重、組件（jiàn）不能運轉。常用（yòng）措（cuò）施：檢查接觸器接點（diǎn）是否損壞、電源是否缺相及電壓等（děng）級是否（fǒu）匹配；檢測剎車器線圈（quān）是否損壞、接地是否正確；檢查刀具質量是（shì）否（fǒu）超過允許值；檢查刀（dāo）套滑動部位是（shì）否順暢。

（2）機械手故障。

①常見故障1：刀具夾不緊，時（shí）常掉刀。可（kě）能（néng）原因：卡爪彈簧的壓力太小、彈簧後麵的螺母鬆動、機械手卡緊鎖不起作用、刀具超重。常（cháng）用措施：擰緊彈簧後螺（luó）母、調（diào）整或更換（huàn）卡緊鎖、更換彈簧、更換（huàn）刀具。

②常見故（gù）障2：刀具夾緊後鬆不開。可能原因：卡爪彈簧壓合過緊，卡爪縮不回。常用措施：調鬆螺母或更換彈簧，使最大載荷不超過額定值（zhí）。

③常見故（gù）障3：刀具（jù）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（wèi）就開始打刀或拔（bá）刀、刀臂及刀具（jù）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，鬆刀（dāo）不正常、刀具太重、刀臂變形。常用措施： 應重設定（dìng）換刀點；校正夾刀點、調整打刀缸鬆刀行程、調（diào）整壓力值、檢查刀具質量（liàng）、更換（huàn）刀臂。

④常見故障4：刀臂不回位（wèi）。可（kě）能（néng）原因：電路接（jiē）觸不良、無夾刀或（huò）鬆（sōng）刀信（xìn）號、刀臂彎曲。常用措（cuò）施：執行手動換刀，檢（jiǎn）查（chá）是否電路故障；用PLC監看夾刀或鬆刀信號，調整近接開關位置（zhì）、調整或更換刀臂。

4.維修實例

（1）案例1。

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

故障診斷與排除方法：

①檢查機械（xiè）手手臂上兩（liǎng）個卡爪（zhǎo）的彈（dàn）簧及附件，沒有發現異常，說明機械手夾持刀具沒有問題。

②拆（chāi）開主軸檢查碟簧能否對刀具夾持緊固，發現碟簧完好（hǎo）。

③打開PLC的I O監控畫麵，反複（fù）按壓主軸刀具夾緊到位行程開關，發（fā）現其“0”、“1”狀態與實（shí）際動作不一致，說明該行程（chéng）開關（guān）有問題,更換後故（gù）障（zhàng）排除（chú）。

（2）案例（lì）2。故障（zhàng）現象：加工中心BX-110P機械手取送刀具時不能縮爪。

故障診（zhěn）斷與排除方法：打開PLC的IO監控畫麵，發現相應的限位開關沒有壓合；調（diào）整其位（wèi）置後，機床恢複正常。但一段時（shí）間之後，再次出（chū）現此故障，檢查限（xiàn）位（wèi）開關沒有鬆動，但卻（què）沒有（yǒu）壓合（hé），進一步檢查發現液（yè）壓缸拉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（fā）生了變化（huà）；調整鎖緊螺母並擰緊緊固螺釘後，此故障排除。

5.結語（yǔ）

機械手換刀裝置是數控機床最重要的功能部件（jiàn）之一，掌（zhǎng）握其結構特點、控製機理（lǐ），不斷（duàn）總結歸納常見故障現象（xiàng）、原因及解（jiě）決措施，不但有助（zhù）於提高維修數（shù）控機床的效率與質量，對機床的維護與改造也有重要的參考意義。