數控機床機械手換刀（dāo）裝置故障與（yǔ）維修

在（zài）數控機床的維修中，與換（huàn）刀相關的故障極（jí）為多見。本文基（jī）於機（jī）械手換刀裝置的結構與動作控製，結合維修實例，歸納常（cháng）見故障現象、原因及處理措施，在數控機床的維修（xiū）與改（gǎi）造中具有較大的現（xiàn）實意義，值得認真探（tàn）索、交流與推廣。

數控機床特別是數控加工中心高精度、高效率（lǜ）的（de）重要原因之一在於其一次裝夾、多工序自動加工，而實現這一功能的關鍵在於自動換刀裝置（zhì）。由於自動（dòng）換刀裝置工作頻度高、控製機構複雜（zá），包括刀庫（kù）、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）維修中占有相當大的比（bǐ）例。了解其（qí）結構特點與控製機理（lǐ），熟悉（xī）換刀的動作流程，總結歸納（nà）常（cháng）見故障現象、原因及解決措施，借鑒相關維修實例，有助（zhù）於快速、準確地診斷並排除故障，提高維修工作（zuò）的質量與效（xiào）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。按是否由機械手（shǒu）換刀可將其分為（wéi）兩類：無機械手換刀（如鬥笠式）大多（duō）依靠（kào）主軸與刀庫間的軸向相對（duì）運動實（shí）現（xiàn）拔刀與插刀，換刀時刀庫移至換刀位置，主軸先將刀具還（hái）回（huí）刀庫換刀位的空刀座（zuò）上，然後刀庫旋轉使下一工序（xù）所需刀具進入（rù）換刀位置，主軸（zhóu）再從刀庫取（qǔ）走新的刀具，還刀和取刀兩個（gè）動作隻能分步進行，加之主軸的軸向運動以及刀庫的移動和轉動，因（yīn）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（huàn）刀，利用機（jī）械手（shǒu）快速、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（dāo）時間（jiān）大大縮短，而且刀庫容（róng）量不（bú）受換刀機構限製。

1.刀具固定板架（jià） 2.刀座 3.換刀機械手

4.換刀位置刀座（zuò） 5.取（qǔ）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、鏈式和格子式三種。盤式刀庫刀具呈圓（yuán）周狀分布，鏈式刀庫刀具布（bù）置（zhì）在鏈條的各個環節上，格子（zǐ）式（shì）刀（dāo）庫刀具縱橫排列。盤式刀庫空間利用率低、容量小，一般用（yòng）於小型加工中心。鏈（liàn）式與（yǔ）格（gé）子式刀（dāo）庫（kù）空間利（lì）用率高、容量大，用於中型與大型數控加工中心（xīn）。刀庫（kù）的作用不（bú）僅（jǐn）是存放加工過程中所（suǒ）需要的刀具，還負責把下一工序所要使用的刀具準確地送到（dào）換刀位置。

刀具交換裝置的驅動方（fāng）式有液壓、伺服和交流（liú）異（yì）步電動機驅動三種。液（yè）壓驅動需（xū）要足夠的液壓動力，且運動的（de）速度和準確性（xìng）受油質、油壓、油溫及環境等因素（sù）影響，一般用於不需要頻繁換（huàn）刀的大中型機床。伺服電動機驅動（dòng）的換刀裝置換刀速（sù）度快、精度高、穩定性強，但成本較高。交（jiāo）流異步電動機驅動的換刀裝置，借助凸輪機構，換刀速度快、定位準、穩定性（xìng）高、連貫性好且成本低（dī），廣泛用於頻繁換刀的中小型加（jiā）工中心。

2.機械手換刀動作流程與選刀方式

刀庫的選刀有順序選（xuǎn）刀、刀具編碼選（xuǎn）刀、刀座編碼選刀和隨機選刀四種（zhǒng）方式（shì）。機械手換刀大多采用（yòng）隨機換（huàn）刀（dāo）方式，從主軸取下的刀具就近放入刀（dāo）庫中剛取走刀具（jù）的換刀位刀（dāo）座內，取（qǔ）刀與還（hái）刀同步完成（chéng）。其原理（lǐ）是在存儲器中建立換刀數據表，表中（zhōng）存儲單元的地址與刀座編（biān）號及主軸相（xiàng）對應，因（yīn）此數據表的容量為刀庫中刀座數加1，存儲單元中（zhōng）的數據與刀具編號一一對應，如附表所示。換刀時數據更（gèng）新是先將主軸所對應的存儲單元（yuán）中的數據（換刀前刀具的編號）寫入刀庫換刀位刀座所對（duì）應的存儲單元中，再將換刀指令中（zhōng）的（de）刀具編號寫入主軸所對應的存（cún）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地址為D300，該地址所對應（yīng）存儲單元中存放的數據即為主軸上刀（dāo）具的編號，地址為D301～D（300+n）的存儲單元中的數據（jù），即刀庫中從1#～n#刀座上刀具的編（biān）號。

3.機械手換刀（dāo）裝置（zhì）的常見故障（zhàng）與排除方法

在數（shù）控機床維修的過（guò）程中，經常出現與換刀相關的故障，根據其結構特點（diǎn）及換（huàn）刀動作過程（chéng），歸（guī）納刀庫（kù）及機械手兩（liǎng）大方麵常見故障現象、產生原因與采取措施如（rú）下。

（1）刀（dāo）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（lián）軸器鬆動；變頻器故障（zhàng），電動機不（bú）得電；接近開關或磁簧開關故障（zhàng）；PLC無輸出控製（zhì），或PLC有輸出但（dàn）接口板（bǎn）中（zhōng）的繼電器失（shī）效；氣壓低。常（cháng）用措施：檢查調整聯軸器；檢查變頻器的輸入、輸出電壓是否正常；通過PLC的IO監控畫麵檢查IO狀態，調整或更換接近開關或磁簧開關，檢查或更換（huàn）繼電器；調整氣壓達到（dào）規定值。

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

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

④常見故障4：刀套上下不到位。可能原因：安（ān）裝調整不當或撥叉位置不正確（què）、限位開關安裝不正確或（huò）調整不當，造成反饋信號錯誤。常用措施：檢查（chá）、調整撥叉或限位開關位置，或更換元件。

⑤常見故障5：倒（dǎo）刀時刀具掉落。可能原因：刀套內彈簧夾力不（bú）夠或不能正常複（fù）位（wèi）、刀柄和拉釘的距離不正確。常用措施：調整或（huò）更（gèng）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（wèi）回位前刀盤轉動、裝入刀具時撞壞。常用措（cuò）施：調整刀盤定位近（jìn）接開關或倒刀（dāo）氣缸磁簧開關位置、更換刀（dāo）套。

⑦常見故（gù）障7：電動（dòng）機燒壞。可能（néng）原因：電源缺相或（huò）電壓不正（zhèng）確、剎車燒壞、刀具超重、組件不能運轉。常用措施（shī）：檢查接觸器接點是否損壞、電源是否缺相及電壓等級是否匹配；檢測（cè）剎車器線圈是（shì）否損壞（huài）、接地是（shì）否正確；檢查刀具質量是否超過允許值；檢查刀套滑動部位（wèi）是否順暢。

（2）機（jī）械手故障。

①常見（jiàn）故障1：刀具（jù）夾不緊，時常掉刀。可能原（yuán）因：卡（kǎ）爪彈簧的壓力（lì）太小、彈簧後麵的螺母鬆動、機械（xiè）手卡緊鎖不起（qǐ）作用、刀具超重（chóng）。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（huàn）刀（dāo）具。

②常見故障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（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（jù）交換時（shí）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（jī）械手抓刀時沒有到位就開始打刀或拔刀、刀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（bì）變形。常用措施： 應重設定換刀點；校正夾刀點、調整打刀缸鬆刀行程、調整壓力值、檢查刀具質（zhì）量、更換刀臂。

④常見故障4：刀臂不回位。可能原（yuán）因：電路接觸不良、無夾刀或鬆刀信號、刀臂彎曲。常用措施：執行手（shǒu）動換刀，檢查是否電路故障；用PLC監看夾刀（dāo）或鬆刀信（xìn）號，調整近接開關位置（zhì）、調整或更換刀臂（bì）。

4.維修實例

（1）案例1。

故障（zhàng）現象（xiàng）：加工中（zhōng）心VMC1000C換刀（dāo）時出現主軸掉刀故障（zhàng）。

故（gù）障診斷（duàn）與排除方法：

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

②拆開主軸檢查（chá）碟簧能（néng）否對刀具夾持緊固，發現碟簧完（wán）好（hǎo）。

③打開PLC的I O監控畫麵，反複按壓主軸刀具夾（jiá）緊到位行程開關，發現其“0”、“1”狀態與實際動作不一致（zhì），說明該行程開關有（yǒu）問題, 更換後故障排除。

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

故障（zhàng）診斷與排除方法： 打開（kāi）PLC的（de）IO監控畫麵，發現相應的限位開關沒有壓合；調整其位置後，機床恢複正常。但一段時間（jiān）之後，再（zài）次出現此故障，檢查限（xiàn）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杆頂端鎖緊螺母的緊固螺（luó）釘鬆動（dòng），致使液壓缸伸縮的行程發生（shēng）了變化；調整鎖緊螺母並擰緊緊固螺釘後，此（cǐ）故障排除（chú）。

5.結語

機械手換（huàn）刀裝置是數控（kòng）機床最重要的功能部件之一，掌握其結構特點、控製機（jī）理，不斷總（zǒng）結歸納常見故障現象、原因及解決措施，不（bú）但有（yǒu）助於提高維修數控（kòng）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。