數控機床機械手（shǒu）換刀裝置故障與維修

在數控機床的維修（xiū）中，與換刀（dāo）相關的故障極為（wéi）多見。本文基於機械手換刀裝置的結（jié）構與動作控製（zhì），結合維修實例，歸納常見故障現象、原因及處理（lǐ）措施，在數控機床的維修與改造中具有較大的現實意義，值（zhí）得認真探索、交（jiāo）流與推廣。

數控機床特別（bié）是數（shù）控加工中心高精度、高效率的（de）重要原因之一在於其一次（cì）裝夾、多工序自（zì）動加工，而（ér）實現這一功能的關鍵在於自（zì）動換刀裝置。由於自動換刀裝（zhuāng）置工作頻度高（gāo）、控製機（jī）構複雜，包括刀庫、刀具（jù）交換（huàn）以及驅動（dòng）等部分，因此出現故障的幾（jǐ）率也（yě）大，在數控機床的（de）維修中占有相當大的比（bǐ）例。了解其結構特點與控製機理，熟悉換刀的動作流程，總結歸納常見故（gù）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（zhěn）斷並排除故障，提高維修工作的質量與（yǔ）效率。

1.機（jī）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（shì）否由機械手換刀可將其分為兩（liǎng）類：無（wú）機械手（shǒu）換刀（如鬥笠式）大多依靠主軸與刀庫間的軸向（xiàng）相對運動實現拔刀與插刀，換刀時刀庫移至換（huàn）刀位置，主軸先將刀具還回（huí）刀庫換刀位的空（kōng）刀座（zuò）上，然後刀庫（kù）旋轉使下一工（gōng）序所需刀具進入（rù）換刀（dāo）位置，主軸再從刀庫取走新的刀具，還刀和取刀兩個動作（zuò）隻（zhī）能分步進行，加之主軸（zhóu）的軸（zhóu）向（xiàng）運動以及刀庫的移動（dòng）和轉（zhuǎn）動（dòng），因此（cǐ）換刀時間長，加工效率低，刀庫的容量也較小；目前數控機床更多采用的是機械手換刀，利用機械手快速、準確地對調刀庫（kù）中換刀位與主軸上的刀具，還刀（dāo）、取（qǔ）刀同（tóng）時進行，換刀時間大大縮短，而且刀庫容量不受換刀機（jī）構限（xiàn）製。

1.刀具固定板架 2.刀座 3.換刀機械手

4.換刀位置刀（dāo）座 5.取刀機械手縱向導軌

6.取（qǔ）刀機械手橫向導軌

刀庫按刀具的布局可分為盤式、鏈式和格子式三種。盤式刀庫（kù）刀具呈圓周狀分布，鏈式刀庫刀具布置（zhì）在鏈條（tiáo）的各個環節上，格子式刀庫刀具縱橫排列。盤式刀庫空間利用率低、容量小，一般用於小型（xíng）加（jiā）工中心。鏈式與格子式刀庫空間（jiān）利用率高、容量大，用於（yú）中型（xíng）與大型數控加工中心。刀庫的（de）作用（yòng）不僅（jǐn）是存放加工過程（chéng）中所需要的刀（dāo）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。

刀具交換（huàn）裝（zhuāng）置的驅動方式有液壓（yā）、伺服和交流異步電（diàn）動機驅動三種。液壓驅動需要足夠的液壓動力，且運動的速度和準確性受油質、油壓、油溫及環境等因素影響，一般用於不需要（yào）頻繁換刀的大中型機床。伺服電動機驅動的換刀裝置換（huàn）刀速度快、精度高、穩定（dìng）性強，但成本較高。交流異步（bù）電動機驅動的換刀裝置，借助凸輪機構，換刀速度快、定位準、穩定性高、連（lián）貫性好且成本（běn）低，廣泛（fàn）用於頻繁換刀（dāo）的中小型加工中（zhōng）心。

2.機械手換刀動（dòng）作流程與選刀方式

刀庫的選刀有順序選刀、刀具編碼選刀、刀座編碼選刀和隨機選刀四種方式。機械手換刀大多采用隨機換（huàn）刀方式，從主軸取下的刀（dāo）具（jù）就近（jìn）放入刀庫中剛取走刀具（jù）的換刀位刀座內，取刀與還刀同（tóng）步完成。其原理（lǐ）是在存儲器中建立換刀數據表，表中存儲單（dān）元的地（dì）址與（yǔ）刀座編號及主軸相對應（yīng），因此數據表的容（róng）量為刀（dāo）庫中刀座數加1，存（cún）儲單元（yuán）中的數據與刀具編號（hào）一一對應（yīng），如（rú）附表（biǎo）所示。換（huàn）刀時數據更（gèng）新是先將主軸所（suǒ）對應的存儲單元中的（de）數據（換刀前（qián）刀（dāo）具（jù）的編號）寫入刀庫換刀位刀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對應的存儲單元，完成主軸與換刀位刀具（jù）編號的對換。假設數據表（biǎo）存儲單元首地（dì）址為D300，該地址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）的存儲單元中的數據，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（yǔ）排除（chú）方法

在（zài）數控機床維修的過程（chéng）中，經常出現與換刀相關的故障，根據（jù）其結（jié）構（gòu）特點（diǎn）及換刀動作過（guò）程，歸納刀庫及機械手兩（liǎng）大方麵常見故（gù）障現象、產生原因（yīn）與采取措施如下（xià）。

（1）刀庫（kù）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（de）聯軸器鬆動；變頻器故障，電動機不得電（diàn）；接（jiē）近開關或（huò）磁簧開關故障（zhàng）；PLC無輸出控製，或PLC有輸出但接口板中的繼電器失效；氣壓低。常用措施：檢查調整（zhěng）聯軸器（qì）；檢查變頻器的輸入、輸出電壓是否正（zhèng）常（cháng）；通過PLC的IO監（jiān）控畫（huà）麵檢查IO狀態（tài），調整或更換接近開關（guān）或（huò）磁簧開關，檢（jiǎn）查或更換繼電器；調整氣壓達到規定值。

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

③常見（jiàn）故障3：換（huàn）刀位刀座（zuò）在倒刀（dāo）時不正常。可能原因：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或損壞、刀具（jù）超（chāo）重或超長。常用措施：調整氣壓到符合（hé）要求、鎖緊止動螺（luó）絲、更換氣缸、檢查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。可能原因：安裝調整不當或（huò）撥叉位置不正確、限位開關安裝不（bú）正確或調整不當，造成反饋信號錯誤。常用措施：檢（jiǎn）查、調整撥（bō）叉（chā）或限位開關位置，或更換元件。

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

⑥常見（jiàn）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。常用措施：調整刀盤定位近接開關（guān）或倒刀氣（qì）缸磁簧開（kāi）關位（wèi）置、更換刀套。

⑦常見故障7：電動機燒壞。可能原因：電源缺相或電（diàn）壓不正確、剎車燒壞、刀具超重、組（zǔ）件不能運轉（zhuǎn）。常用措施：檢查（chá）接觸器接點是否損壞、電（diàn）源是否缺相及電壓等級是否匹配；檢測剎車器線圈是否損（sǔn）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（shì）否順暢。

（2）機械手故障。

①常（cháng）見故障1：刀具夾（jiá）不緊，時常掉刀。可能原因：卡爪彈簧（huáng）的壓力太小、彈簧後麵的（de）螺母鬆動、機械手卡緊鎖不起作（zuò）用（yòng）、刀具超重。常（cháng）用措施：擰緊彈簧後螺母、調（diào）整（zhěng）或更換（huàn）卡緊（jǐn）鎖、更換彈簧、更換刀具。

②常見故障2：刀具夾緊後鬆不開。可能原（yuán）因：卡爪彈（dàn）簧壓合過緊（jǐn），卡爪縮不回（huí）。常用措（cuò）施：調鬆螺母或更（gèng）換彈簧，使最大載荷（hé）不超過額（é）定值。

③常見故障3：刀具交換時掉刀。可能原因：換刀時主軸（zhóu）箱沒回到換刀點或換刀點漂移；機械手抓刀（dāo）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（zhì）不準（zhǔn）確，打刀缸壓（yā）力不夠，鬆刀不正常、刀具太重、刀臂變形。常用措施： 應重設定換刀點（diǎn）；校正夾刀點、調整打刀缸鬆刀行程、調（diào）整壓力值、檢（jiǎn）查（chá）刀具質量、更換刀臂。

④常見故障4：刀臂不回（huí）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：執行手動（dòng）換刀，檢查是否電路故障；用PLC監看夾刀或鬆刀信號，調整近接開關位置、調整或更換刀臂（bì）。

4.維修實（shí）例

（1）案例1。

故障現象：加工中心VMC1000C換刀（dāo）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簧及附件，沒有發現異常，說（shuō）明機械（xiè）手夾持刀具沒有問題。

②拆（chāi）開主軸檢查碟簧（huáng）能否對刀（dāo）具夾持緊固，發（fā）現碟簧完好。

③打開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（fā）現其（qí）“0”、“1”狀態與實際動作（zuò）不（bú）一致，說明該（gāi）行程開關有問題, 更換後故（gù）障排除。

（2）案例2。故障（zhàng）現象：加工中心BX-110P機（jī）械手取送刀（dāo）具時（shí）不能縮爪。

故障診斷與排（pái）除方法： 打開（kāi）PLC的IO監控畫麵，發現相應的限位開（kāi）關沒有壓合；調整其位（wèi）置後，機床恢複正常。但一段（duàn）時間之後，再次出現此故障，檢查限位開關沒有鬆動，但卻沒有壓合，進一步檢（jiǎn）查發現液壓缸拉杆頂端鎖緊螺母的緊固（gù）螺釘鬆動，致使液（yè）壓缸伸縮的行程（chéng）發生了（le）變化；調整鎖緊螺母（mǔ）並擰緊（jǐn）緊固螺釘後，此故障排除。

5.結語

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