數（shù）控機床機械手換刀裝置故障與維修

在數控機床的維修中，與換刀相關的故障極為多見。本文基（jī）於機械（xiè）手換刀裝置（zhì）的（de）結構與動作控製，結合維修實例，歸（guī）納常見故障現象、原因及處理措施，在數控機床的維修與（yǔ）改造中具有較大（dà）的現實意義，值得認真探索、交流與推廣。

數（shù）控機（jī）床特別是數控加工（gōng）中心高精度、高效率的重要原因（yīn）之一在於其一次裝夾、多工（gōng）序自動加工，而實現這一功能的關鍵在於自動（dòng）換刀裝置。由於自動換刀裝置工作頻度高、控製機構複雜，包括刀庫、刀具交換以及驅動等部分，因此出現故障的（de）幾率也大，在數控機床的維修中占有相當大的比例。了解其結構（gòu）特點與控製機理，熟悉換刀的動作流程，總結歸納常見故障現象（xiàng）、原因及解決措施，借鑒相關維修實例，有助於快速、準確地診斷並排除故障，提高維修工作的質量（liàng）與效率。

1.機械手（shǒu）換刀裝置的結構

數控機床自動換刀功（gōng）能的實現有多種方式。按是否（fǒu）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（dà）多依靠主軸與刀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，主軸先將刀具還回刀庫換刀位的空刀座（zuò）上，然後刀庫旋轉使下一工序所需刀具進入換刀位（wèi）置，主軸再從刀庫取走新（xīn）的刀（dāo）具，還刀和取刀兩個動作隻能分步進行，加之主軸的軸向運動以及刀庫的移動和轉動，因此換刀時間長，加（jiā）工（gōng）效率低，刀庫的容量也較小；目前（qián）數控機床（chuáng）更多采用（yòng）的是機械手換刀（dāo），利（lì）用機械手快速、準確地（dì）對調刀（dāo）庫中換（huàn）刀位與主軸上的（de）刀具，還刀、取刀同時進（jìn）行，換刀（dāo）時間大（dà）大縮短，而且刀庫容量不受換（huàn）刀機（jī）構限製。

1.刀具固定板架 2.刀座 3.換刀機械手

4.換刀位置刀座 5.取刀機械手縱向導軌

6.取刀機械手橫向導（dǎo）軌

刀庫按刀具的布局可分為盤式、鏈式和（hé）格子式三種。盤式刀庫刀具呈圓周（zhōu）狀分布，鏈式刀庫刀具布（bù）置在鏈條的各個環節上，格子式刀庫刀具縱（zòng）橫排列。盤（pán）式刀庫空間利用率低、容量小，一般用（yòng）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（xīn）。刀庫的作用不僅是存放加工過程（chéng）中所需要的刀具，還負責把下一工序所要使用的刀具準確地送到換刀位置。

刀（dāo）具交（jiāo）換裝（zhuāng）置的驅動方式有液壓、伺服和交流異步電動機驅動三種。液（yè）壓驅動需要足夠的液壓動力，且運動的速度和準確（què）性受油質、油壓、油溫及環境等因素影響，一般用於不需要頻繁換（huàn）刀的大中型（xíng）機床。伺服電動機驅動的換刀（dāo）裝置換刀速度快、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、穩定性高、連貫性好且成（chéng）本低，廣泛（fàn）用於頻繁換刀的中小（xiǎo）型加工中心。

2.機械手換刀動作流程（chéng）與選刀方（fāng）式

刀庫的選刀有順序選（xuǎn）刀（dāo）、刀具編碼選刀、刀座編碼選刀和隨機選刀四種方式。機械手換刀大多采用隨機換刀方式，從主軸取下的刀具就近放入刀庫中剛取走刀具的換刀位刀座內，取刀與還刀同步完（wán）成。其原理是在存儲器中建立換刀數據表，表中存（cún）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（kù）中刀座數加1，存儲單元中的數據與刀具編號一一對應，如附表所示。換（huàn）刀時（shí）數據更新是先將主軸（zhóu）所對應的存儲單元中的數據（換刀前刀具的編號）寫入刀庫換刀位刀（dāo）座所（suǒ）對應的存（cún）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（yuán），完成主軸與換刀位刀具編號的對換。假設（shè）數據表存儲單元首地址為D300，該地址所對應存儲單元中存放的（de）數據即為主軸上刀具的編（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#刀座上刀具的編（biān）號。

3.機械手（shǒu）換（huàn）刀（dāo）裝置的常見故障與排除方法

在數控機床維修的過程中，經常（cháng）出現與換刀相關的故障，根據其結構特點及換刀動作過程，歸納刀（dāo）庫及機械手兩大方麵常見故障（zhàng）現（xiàn）象、產生原（yuán）因與采（cǎi）取措施如下。

（1）刀庫故（gù）障。

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

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

③常見故障3：換刀位刀座在倒刀時不正常。可（kě）能原（yuán）因：氣壓不符合要（yào）求、止動螺絲鬆動、氣缸損壞、倒刀電磁閥接觸不良（liáng）或損壞（huài）、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、更換氣缸、檢查電磁閥接點或更換元件、更換刀具。

④常見（jiàn）故障4：刀套上下不（bú）到位。可能（néng）原因：安裝（zhuāng）調整不當或撥叉位置不正確、限位（wèi）開關安裝不正確或（huò）調整不當，造成反饋（kuì）信號（hào）錯誤（wù）。常用措施（shī）：檢（jiǎn）查、調整撥叉或限（xiàn）位開關位置，或更換元件。

⑤常見（jiàn）故障（zhàng）5：倒刀時刀具掉落。可（kě）能原因：刀套內彈簧（huáng）夾力（lì）不夠或不能正常複位、刀柄和拉釘的距離不正確。常用措施：調整或更換（huàn）元器（qì）件（jiàn）。

⑥常見故障6：刀套破裂。可能原因：刀（dāo）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（shī）：調（diào）整刀盤定（dìng）位近接開關或倒刀氣缸磁簧開關（guān）位置、更換刀套。

⑦常（cháng）見故障7：電動機燒壞。可（kě）能原因（yīn）：電源（yuán）缺相或電壓不正確（què）、剎車燒壞、刀具超重、組件不能運轉（zhuǎn）。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；檢測剎車器線圈是否損壞、接地是否正確；檢查刀具質量是否超過允許值；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（bú）緊，時常掉刀。可（kě）能原因：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（yòng）、刀具超重。常用措施：擰緊彈簧後（hòu）螺母、調整或更換卡緊鎖（suǒ）、更換彈簧、更換刀（dāo）具。

②常見故障（zhàng）2：刀具夾緊後鬆不開（kāi）。可能原因：卡爪彈簧壓合（hé）過緊，卡爪縮（suō）不回（huí）。常（cháng）用措（cuò）施：調鬆螺母或更換彈簧，使（shǐ）最大載荷不（bú）超過額定值。

③常見故障3：刀具交（jiāo）換時掉刀。可能（néng）原因：換刀時（shí）主軸箱沒（méi）回到換刀點或換刀點漂移；機械手抓刀時沒有（yǒu）到位就開始打刀或拔（bá）刀（dāo）、刀臂及（jí）刀具的夾刀點不正確（què），打刀缸鬆拉（lā）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。常用措施： 應重（chóng）設定換刀點；校正夾刀點、調整（zhěng）打刀缸鬆刀行程、調整壓（yā）力值、檢查刀具質量、更換刀臂。

④常見故障4：刀臂不回位。可能原因：電路接（jiē）觸不良、無夾刀或鬆刀信號、刀臂彎（wān）曲。常用措施：執行（háng）手動換刀，檢查是否電路故障；用（yòng）PLC監看夾刀或鬆刀信號，調整近接開關位置、調整或更換刀臂。

4.維修實例

（1）案例1。

故障現象：加工中心VMC1000C換（huàn）刀時出現主軸掉刀故障。

故障診斷與排除方法：

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

②拆開主軸檢查碟簧能否對（duì）刀具夾持緊固，發現碟簧（huáng）完好。

③打開PLC的I O監（jiān）控畫麵，反（fǎn）複按壓（yā）主軸刀具夾緊到位行程（chéng）開關，發現其“0”、“1”狀態與（yǔ）實際動作不一致，說明該行程開關有問題, 更（gèng）換後（hòu）故障排除。

（2）案例2。故障現（xiàn）象：加工中（zhōng）心（xīn）BX-110P機（jī）械手（shǒu）取送刀具時不能縮爪。

故障診斷與排除方法： 打開（kāi）PLC的IO監控（kòng）畫麵，發現相應的限位開關沒有（yǒu）壓合（hé）；調整（zhěng）其（qí）位置後，機（jī）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（guān）沒（méi）有鬆動，但卻沒有壓合，進一步（bù）檢查發現液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（de）行程發（fā）生了變化；調整鎖緊螺母並擰緊緊固螺釘後，此故障排除（chú）。

5.結語

機械手換刀裝置（zhì）是數（shù）控（kòng）機（jī）床最重要的功能部件之一，掌握（wò）其結構特點、控製機理，不斷（duàn）總結歸納常見故障（zhàng）現象、原因及解決措施，不但有助於提高維修數控機床（chuáng）的效率與（yǔ）質（zhì）量，對（duì）機床的維護與改造也有重要（yào）的（de）參（cān）考意義。