​數控機床機械手換刀裝置故障與維修

在數控機床的（de）維修中，與換刀相關的故障極為多見。本（běn）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（guī）納常見故障（zhàng）現象、原因（yīn）及處理措（cuò）施，在數控機床的維（wéi）修與改造中具有較大的現（xiàn）實意義（yì），值得認（rèn）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）的重要原因之一在於其（qí）一次裝夾、多（duō）工序自動加工，而實現這一功能的關鍵在於自動換刀裝置。由於自動換（huàn）刀裝置工作頻（pín）度高、控製機構複雜（zá），包括刀庫（kù）、刀具交（jiāo）換以及驅動等部分，因此出現故障的幾率也大（dà），在數控機床的維修中占（zhàn）有（yǒu）相當大的比例。了解其結構特點與（yǔ）控製機理，熟（shú）悉換刀的動作流程，總結歸納（nà）常見故障（zhàng）現象、原因及解決措施，借鑒（jiàn）相關維（wéi）修實例，有助（zhù）於（yú）快速、準（zhǔn）確地（dì）診斷（duàn）並排除故障，提高維修工作的質量與效（xiào）率。

1.機械手換刀裝置的結構

數控（kòng）機床（chuáng）自動換刀功能（néng）的實現有多種方（fāng）式。按是（shì）否由機械手換刀可將其分為兩類：無機械手換刀（如鬥笠式）大多依靠主軸與刀庫間的軸向相對運動實現拔刀與插刀（dāo），換刀時刀庫移至換刀位置（zhì），主軸（zhóu）先將刀具還回刀庫換刀位（wèi）的空（kōng）刀座上，然（rán）後刀庫旋轉（zhuǎn）使下一工序所需刀具進入換刀位置，主軸再從刀庫取走新的刀具，還刀和取刀兩個動作隻（zhī）能分步進行，加之主軸（zhóu）的軸向運動以及刀庫的移動和轉動，因此換刀時間長，加工效率低，刀（dāo）庫的容量也較（jiào）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、準確地對調刀庫中換刀（dāo）位（wèi）與主（zhǔ）軸上的刀具，還刀、取刀同時進行，換（huàn）刀（dāo）時間大大縮短（duǎn），而（ér）且刀庫容量不（bú）受換刀機構限製。

1.刀（dāo）具固定板架2.刀座3.換刀（dāo）機械手

4.換刀位置刀（dāo）座5.取刀（dāo）機（jī）械手縱向導軌

6.取刀機（jī）械手橫向（xiàng）導軌

刀庫按刀具的布局可分為盤式、鏈式和格子式（shì）三種。盤式刀庫刀具呈圓周狀分布，鏈式刀庫刀具（jù）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（shì）刀庫空間（jiān）利用率低、容量小，一般用於小型加工（gōng）中心。鏈式與格子式刀庫空間利用率高、容量大，用於中（zhōng）型與大型數控加工中心。刀庫的作用不僅是存放加工過程中所需要的刀具，還（hái）負責把下一工序所要使用的刀具準確地送到換刀位置。

刀具交換裝置的（de）驅動方式有液壓、伺服和交（jiāo）流異步電動機驅動三種。液壓（yā）驅（qū）動需要足夠的（de）液（yè）壓動（dòng）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（yī）般用於不需要頻繁換刀的大中型機床。伺服電動機驅（qū）動的換（huàn）刀裝置換刀速度快（kuài）、精度高、穩定性強，但成本較高。交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、連貫性好且成本低（dī），廣泛用於頻繁換刀的中小型加工中心。

2.機（jī）械手換刀動作流程與選（xuǎn）刀（dāo）方（fāng）式

刀（dāo）庫的選刀有順（shùn）序選刀、刀具編碼選（xuǎn）刀、刀（dāo）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（zhóu）取下的（de）刀具就（jiù）近放入刀庫中剛取走刀具的（de）換刀位刀（dāo）座內，取刀與還刀（dāo）同步完成。其原理（lǐ）是在（zài）存儲器中建立換刀數據表，表中存儲單元的地（dì）址（zhǐ）與刀（dāo）座編號及主軸（zhóu）相對（duì）應，因此（cǐ）數據表的容量為刀庫中刀座數加1，存儲單（dān）元中的數據（jù）與刀具編號（hào）一一對應，如附表所示。換刀時（shí）數據更新是（shì）先（xiān）將（jiāng）主軸所對應的存儲單元中的（de）數（shù）據（換（huàn）刀前刀（dāo）具的編號）寫入刀庫（kù）換刀位刀座所對應的存儲單元中，再將換刀指（zhǐ）令中的刀具（jù）編號寫入主（zhǔ）軸所對應的存儲單元，完成主軸與換刀（dāo）位刀具編號的對換。假（jiǎ）設數據表存（cún）儲單元（yuán）首地址為（wéi）D300，該地址所對應存儲單元中存放（fàng）的數據即為主（zhǔ）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排除方法

在數控機床維修的過程中，經（jīng）常出現與換刀相關的（de）故障，根據其結構特（tè）點（diǎn）及換刀動作過程（chéng），歸納刀庫及機械手兩大方（fāng）麵常見故障現象、產生（shēng）原因與（yǔ）采（cǎi）取措施如下。

（1）刀庫故障。

①常見故障1：刀庫（kù）不能轉動。可能原因：電動機軸與蝸杆軸的（de）聯軸（zhóu）器鬆動；變頻器故障，電動機不得電；接近開關或磁簧開關故障；PLC無輸出控製，或PLC有輸出但接口板中的繼電器（qì）失效；氣壓低。常用措施：檢（jiǎn）查調整聯軸器；檢查變頻（pín）器的輸入、輸出電壓（yā）是否正常；通過PLC的IO監控畫麵檢查（chá）IO狀態，調整（zhěng）或更換接近開關或磁簧開關，檢查或更換繼電器；調整（zhěng）氣壓達到規定值。

② 常見故（gù）障2：刀盤定位不準。可能（néng）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（jiē）螺釘。

③常見故障3：換（huàn）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（sōng）動、氣缸損壞、倒刀（dāo）電磁閥接觸不良（liáng）或（huò）損壞、刀具（jù）超重或超長。常用措施：調（diào）整氣壓到符（fú）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（cháng）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（bú）正確或調整不當，造成反饋信號錯（cuò）誤。常用措施：檢查、調整撥叉或限位（wèi）開關位置，或更換元件。

⑤常見故障5：倒刀時（shí）刀具掉落。可能原因（yīn）：刀套（tào）內彈簧夾力不夠或不（bú）能正常（cháng）複位、刀（dāo）柄和拉釘（dìng）的距離不正確。常（cháng）用措施：調整或更換元器（qì）件。

⑥常見故（gù）障6：刀套破裂。可能原因：刀套未定位前（qián）有倒刀動作或未回（huí）位前刀盤轉（zhuǎn）動、裝入刀具時（shí）撞壞。常用措施：調整（zhěng）刀盤定位近接開（kāi）關或倒刀氣缸磁簧開關（guān）位置、更換刀套。

⑦常見故障7：電動機燒壞。可（kě）能原因：電源缺相或電（diàn）壓不正確、剎車燒壞（huài）、刀具超（chāo）重、組件不能運轉（zhuǎn）。常用措施：檢查接（jiē）觸器接點是否（fǒu）損壞、電源是否缺相及電（diàn）壓等級是否匹配；檢測剎車器（qì）線圈是否損壞（huài）、接地是否正確；檢（jiǎn）查刀具質量是否（fǒu）超過允許值；檢查刀套滑（huá）動部位是否順（shùn）暢（chàng）。

（2）機械（xiè）手故障。

①常見故（gù）障1：刀具（jù）夾不緊，時常掉刀。可能原因：卡爪彈簧的壓力太小（xiǎo）、彈簧後麵的螺母鬆動、機械手卡緊（jǐn）鎖不（bú）起作用（yòng）、刀具超重。常用措施：擰緊彈簧後螺母、調（diào）整或更換卡緊鎖、更換彈簧、更換刀具。

②常見故障（zhàng）2：刀具夾緊後鬆（sōng）不開。可（kě）能原因：卡爪彈簧壓合過緊，卡爪縮不回。常用措施：調鬆螺（luó）母或更（gèng）換彈簧，使最大載荷不超過額定值。

③常見故障3：刀具交換（huàn）時掉刀。可能原因：換刀（dāo）時主軸箱沒回到換刀點或換刀點漂移；機械手抓刀時沒有到位（wèi）就開始打刀或拔刀、刀臂及刀具的（de）夾刀點不正確，打刀缸鬆拉刀位置不準確，打刀缸壓力（lì）不夠，鬆刀不正常、刀具太重（chóng）、刀（dāo）臂變形。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（zhí）、檢查刀具質量、更換刀臂。

④常見故（gù）障（zhàng）4：刀臂不回位。可能（néng）原因：電路接觸不良、無夾刀或鬆（sōng）刀（dāo）信號、刀臂（bì）彎（wān）曲。常用措施：執行手動換（huàn）刀，檢查是否（fǒu）電路故障；用PLC監看夾刀或鬆刀（dāo）信號，調整（zhěng）近接開關位置、調整或更換刀臂。

4.維修實例

（1）案（àn）例1。

故障現象：加工中心VMC1000C換刀時（shí）出現（xiàn）主軸掉刀故障。

故障診斷與排除方法：

①檢查（chá）機械手手臂上兩（liǎng）個卡爪的（de）彈簧及附件，沒有（yǒu）發現異常，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刀具夾持緊固，發現碟簧完（wán）好。

③打開PLC的（de）I O監控畫麵，反（fǎn）複按壓主軸刀具夾緊到位行程開關，發現其“0”、“1”狀態與實際（jì）動作不一致，說明該行程開（kāi）關有問題,更換（huàn）後故障排除（chú）。

（2）案例2。故障現象：加工中心BX-110P機械手取送刀具時不能縮爪。

故障診斷與排除方（fāng）法：打開PLC的IO監控畫麵，發現相應的限位開關沒有壓合；調整其位置（zhì）後，機床恢複（fù）正常。但一段時間之後，再次（cì）出現此故障，檢查限位開關沒有（yǒu）鬆動（dòng），但卻（què）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釘鬆動（dòng），致使液壓缸（gāng）伸縮的（de）行程發生了變化；調整鎖緊螺母並擰（nǐng）緊緊固螺釘後，此故障排除。

5.結語

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