數控機床機械手換（huàn）刀裝置故障與維修

在數控（kòng）機床的維修中，與換刀相關的故障極（jí）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，在數控機床的維修與改造（zào）中具有較大的（de）現實意義，值得認真探索、交流與推廣。

數控機床特別（bié）是數控加工中心高精度、高效率的重（chóng）要原因之一在於其一次裝夾、多工序自動加工，而實現這（zhè）一功（gōng）能的關鍵在於自動換刀裝置。由於自動換刀裝置（zhì）工作頻度高、控製機構複雜，包（bāo）括刀（dāo）庫（kù）、刀具交換以（yǐ）及驅動等部分，因此出（chū）現故障的幾率也大，在數控機床的（de）維（wéi）修中占有相當大的比例。了解其（qí）結構特點與控製機理，熟（shú）悉換刀的動作流程（chéng），總結歸納常見故障現（xiàn）象、原因及解決措施，借鑒相關維修實例（lì），有助於快速、準確地診斷並排除故障，提高維修工（gōng）作的質量與效率。

1.機械手換刀裝置的結構

數控機床自（zì）動（dòng）換刀功能的實現有多種方式。按是否由機械手換刀可（kě）將其分為兩類：無機（jī）械手換刀（如鬥笠式）大多依靠主（zhǔ）軸與刀庫間（jiān）的軸（zhóu）向（xiàng）相（xiàng）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（jù）還回刀庫換刀位的空刀座上，然（rán）後刀庫旋轉使下一工序所需刀具進入（rù）換刀位置，主軸再從刀（dāo）庫取走新的刀具，還（hái）刀和取（qǔ）刀兩個動作隻能分步進行（háng），加之（zhī）主軸的軸向（xiàng）運動以及（jí）刀庫的移動和轉動，因此換（huàn）刀時間長，加（jiā）工效率低，刀庫的容量也較小；目前（qián）數控機床更多采用的是機（jī）械手換刀（dāo），利用（yòng）機械（xiè）手快速、準確地（dì）對調刀庫中換刀位（wèi）與主軸上的（de）刀具，還刀、取刀同時進行，換（huàn）刀時間大大縮短，而且刀庫（kù）容量不受換刀機（jī）構限製。

1.刀具（jù）固（gù）定板架 2.刀座 3.換刀機械手

4.換刀位置（zhì）刀座 5.取刀機械手縱向導軌

6.取刀機械手橫向導軌

刀庫按刀具的布（bù）局可分為盤式、鏈式和格子式（shì）三種。盤式刀（dāo）庫刀具呈圓周狀分布，鏈式刀（dāo）庫刀具（jù）布置在（zài）鏈條（tiáo）的各個環節上，格（gé）子式刀（dāo）庫刀具縱橫排列。盤式刀庫空（kōng）間利用（yòng）率低、容量小，一般用於小型加工中心。鏈式與格（gé）子式刀（dāo）庫空間利用率高（gāo）、容量大，用於中型與大型數控加工中心。刀庫的作用不僅是存放加工過（guò）程中（zhōng）所需要（yào）的刀具，還負責把（bǎ）下一工序所要（yào）使用的刀具準確地送到換刀位置。

刀具交換（huàn）裝置的驅動（dòng）方式有液壓、伺服和交流異步電動機（jī）驅動三種。液壓驅動需要足夠的液壓動力，且運動的速度和準（zhǔn）確性受油質、油壓、油溫及環（huán）境等（děng）因素影響（xiǎng），一般用於不需要（yào）頻繁換刀的大中型機（jī）床。伺服電動機（jī）驅動的換（huàn）刀裝置換刀（dāo）速度（dù）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（tū）輪機構，換刀速度快、定（dìng）位準、穩定（dìng）性高、連貫性好且成本低，廣泛用於頻繁換刀的中小型加工中心。

2.機械手換刀動作流程與選刀方式

刀庫的（de）選刀有順序選刀、刀具編碼選刀、刀座編碼選刀和隨機選刀四種方式。機械手換刀大多（duō）采用隨機換刀方（fāng）式（shì），從（cóng）主軸取下的（de）刀（dāo）具就近放入刀（dāo）庫中剛取走刀具（jù）的換刀位刀座內，取刀（dāo）與（yǔ）還刀同（tóng）步完成。其原理是在存儲器中建立換刀數據表，表中存儲單元的地址與刀座編號及主軸相對應，因此數據表的容量為刀庫中刀座數（shù）加1，存儲（chǔ）單元中的數據與刀具編（biān）號一一對應，如附表所（suǒ）示。換刀時數據更新是（shì）先將主軸所（suǒ）對應的存儲單元中（zhōng）的數據（換刀前刀具的編號）寫入刀（dāo）庫換刀位刀座所對應（yīng）的存儲單元中，再將換刀指令中的（de）刀具編號（hào）寫入主軸所對應的存儲單元，完成主軸與換刀位刀具編號的對換。假設數據表存儲單元首（shǒu）地址為D300，該地（dì）址所對應存儲單元中存放的（de）數據即為（wéi）主軸上刀具的（de）編號，地址為D301～D（300+n）的（de）存儲單（dān）元中的數據，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排除方法

在數控機床（chuáng）維修的過程中，經常出現與換刀相關的故障，根據其結構特點（diǎn）及換刀動作過程，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（qǔ）措施如下。

（1）刀庫故障。

①常見故障1：刀庫不能轉（zhuǎn）動。可（kě）能原因：電動機軸與蝸杆軸的（de）聯軸器鬆動；變頻器故障，電動機不得電；接近開關或磁簧（huáng）開關故障；PLC無輸出控製，或PLC有輸（shū）出但接口板中的繼電器（qì）失效；氣壓低。常（cháng）用措施：檢查調整聯軸器；檢查變頻器的輸入、輸（shū）出電壓是否正常；通過PLC的IO監控（kòng）畫麵檢查IO狀態，調整或更換接近開（kāi）關或磁簧開關，檢查或更（gèng）換繼電器；調整氣壓達到規定值。

② 常（cháng）見故障2：刀盤定位不準。可能（néng）原因：電（diàn）動機剎車器磨損（sǔn）。常用措施：調（diào）整電動機（jī）剎車器（qì）中調節螺（luó）釘。

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（sī）鬆動（dòng）、氣缸損壞、倒刀電磁閥接觸不（bú）良或損壞、刀具超重或超長。常用（yòng）措施：調整氣壓到符（fú）合要求（qiú）、鎖緊（jǐn）止動螺絲、更（gèng）換氣缸、檢查電磁閥（fá）接點或更換元（yuán）件、更換刀具。

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（wèi）置不正確、限位開關安裝不正確或調整（zhěng）不（bú）當，造成反饋（kuì）信號錯誤。常（cháng）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（jù）掉落。可能原因：刀套內（nèi）彈簧夾力不夠或不能正常複位、刀柄和拉釘的距離（lí）不正確。常用措施：調整或更（gèng）換元器件。

⑥常見故障6：刀（dāo）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：調整刀盤定位近（jìn）接開關或倒刀氣缸磁簧開關位置、更換刀套。

⑦常見（jiàn）故障7：電動機燒壞。可能原因（yīn）：電源缺相或電壓不正確、剎車（chē）燒壞、刀具超重、組件不能運（yùn）轉。常用措（cuò）施：檢查（chá）接觸器接點是否損壞、電源是否缺相及電壓等級是否（fǒu）匹配；檢測（cè）剎車器線圈是否損壞、接地是否正確；檢查刀具質量是否超（chāo）過允許值；檢查刀套（tào）滑動部（bù）位是否順暢。

（2）機械手故障。

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

②常見故（gù）障（zhàng）2：刀具夾緊後鬆不開。可能原因：卡爪彈簧壓合過緊，卡爪縮（suō）不（bú）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。

③常見故障3：刀（dāo）具交換時掉刀。可能原因：換刀時主（zhǔ）軸箱沒回到換刀點或換刀點漂移；機械手抓刀時沒有到（dào）位就開始打刀或拔刀、刀臂及刀具的夾刀點不正確，打刀缸（gāng）鬆拉刀位置不準確，打刀缸（gāng）壓（yā）力不（bú）夠，鬆（sōng）刀不正常、刀具太重、刀臂變形（xíng）。常用措施： 應重設定換刀點；校正夾刀點、調整打（dǎ）刀缸鬆刀行程、調（diào）整壓力值、檢查刀具質量（liàng）、更換刀臂。

④常見故（gù）障4：刀臂不回（huí）位。可能原因：電路接觸不良、無夾刀或鬆刀（dāo）信（xìn）號、刀（dāo）臂（bì）彎曲。常用措施：執行手動換（huàn）刀，檢查是否電路故障；用PLC監看（kàn）夾刀或鬆刀信號，調整近接開關位（wèi）置、調整或更換刀（dāo）臂。

4.維（wéi）修實例

（1）案例1。

故障（zhàng）現象：加工中（zhōng）心VMC1000C換刀時出現主（zhǔ）軸掉（diào）刀故障。

故障診斷與（yǔ）排除方法：

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

②拆開主軸檢查碟簧能否對刀具夾持緊固，發現碟簧完好。

③打開PLC的I O監控（kòng）畫麵，反複按壓主軸刀具夾緊到位行程開關，發（fā）現其“0”、“1”狀態與實際動作不一（yī）致，說明該行程開（kāi）關有（yǒu）問題, 更換後故障排除。

（2）案例2。故障現象：加工（gōng）中心BX-110P機械手取送刀具（jù）時不能縮爪。

故障診斷與排除方法： 打開PLC的IO監控畫麵，發（fā）現相應的限位開關沒有壓合；調整其位置後（hòu），機床恢複正常。但一段時間之後，再次出現此故障（zhàng），檢查限位開關沒（méi）有鬆動，但卻沒有壓合，進一步檢查發現液壓（yā）缸拉杆頂端鎖（suǒ）緊（jǐn）螺母的緊固螺釘鬆動，致使液壓缸伸縮的行程發生了變化；調整鎖緊螺母並擰緊緊固螺釘後，此故障排除。

5.結語

機械手（shǒu）換刀裝置是數控機床最重要的功能部（bù）件之一，掌握其結構特點、控製機理，不斷總結歸納常見故障現（xiàn）象、原因及解決措施，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（kǎo）意義。