數控機床（chuáng）機械（xiè）手換刀裝置故障與維（wéi）修

在數控機床的維修中，與換刀相關的故障極為多見。本文基於機械手換刀裝置的結構與動作控製，結合維（wéi）修實例（lì），歸納常見故障（zhàng）現象、原（yuán）因及處理措施，在（zài）數控機床（chuáng）的（de）維修與改造中具有（yǒu）較大的現實意義，值得認真探索（suǒ）、交流（liú）與推廣。

數控機床特別是數控加工（gōng）中心（xīn）高精度、高效率的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（de）關鍵在於自動換刀裝置。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（cǐ）出現故障的幾率也大，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（diǎn）與控製機理（lǐ），熟悉換刀的動作流程，總結歸納常見故障現象、原（yuán）因及（jí）解（jiě）決措（cuò）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（gōng）作的（de）質量與效率。

1.機械手換刀裝置的結（jié）構

數控（kòng）機床自動（dòng）換（huàn）刀功能的實現有多種方式。按是否由機械（xiè）手換刀可將其分為兩類：無機械手換刀（如鬥笠式）大（dà）多依靠（kào）主軸與刀庫（kù）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（hái）回刀庫換刀位的空刀座上，然後刀庫旋轉使下一工序所需刀（dāo）具進入換刀位置（zhì），主軸再從（cóng）刀庫取（qǔ）走新的刀具，還刀和（hé）取刀兩個動作隻能分步進行，加之主軸的軸向（xiàng）運動以及（jí）刀庫的移（yí）動和轉（zhuǎn）動，因此換（huàn）刀時間長，加工效率低，刀庫的容量也較小；目前（qián）數控機床更多采用的是機械手換刀，利用機械（xiè）手快（kuài）速、準確地對調刀庫中換刀位（wèi）與主軸上的刀具，還刀（dāo）、取刀同時進行，換刀時間大大縮短，而且刀庫容（róng）量不受換刀機（jī）構限製（zhì）。

1.刀具固定板架 2.刀（dāo）座 3.換刀（dāo）機械手

4.換刀位（wèi）置刀座 5.取刀機（jī）械手縱向導（dǎo）軌

6.取刀機械手橫（héng）向導軌

刀庫按刀具的布局可分為盤式、鏈式和格子式（shì）三種（zhǒng）。盤式刀（dāo）庫刀具呈（chéng）圓周（zhōu）狀分（fèn）布（bù），鏈式刀庫（kù）刀（dāo）具布置在鏈條的各個環節上，格子式刀庫刀具縱橫排列。盤式（shì）刀庫空間利用率低、容量小，一般用於（yú）小型加工中心。鏈式與格（gé）子式刀庫空間（jiān）利用率（lǜ）高、容（róng）量大，用（yòng）於中型與大型數控加工中心。刀庫（kù）的（de）作用不僅是存放加工過程中所需要的刀具，還負責把下一（yī）工序所要使用的刀具準確地送到換（huàn）刀（dāo）位置。

刀具交換裝（zhuāng）置的驅動方式有液壓、伺服和交流（liú）異步電動機驅動（dòng）三種。液壓驅動（dòng）需要足夠的液壓動力，且運（yùn）動的（de）速度和準確性受油質、油壓、油溫及（jí）環（huán）境（jìng）等因素影響，一般用於不（bú）需要頻繁換刀（dāo）的大中型機床。伺（sì）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（jiào）高。交流異步電動機驅動的換刀裝置，借（jiè）助凸（tū）輪機構，換刀速度快、定位準、穩（wěn）定性高、連貫（guàn）性好且成（chéng）本低，廣泛用於頻繁換刀的中小型加工中（zhōng）心。

2.機械手換（huàn）刀動作流程與選（xuǎn）刀方式（shì）

刀庫（kù）的（de）選刀有順序選刀（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（dāo）方式，從主軸取下的刀具就近放（fàng）入刀庫（kù）中剛取走刀具的換刀位刀座內，取刀與還刀同（tóng）步完成。其原理是在存儲器中建立換刀數據（jù）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（zhōng）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。換刀時數據更新是先將主軸（zhóu）所對應的存（cún）儲單元中的數（shù）據（jù）（換刀前刀具的編號）寫入刀庫換刀位刀座所對應的存儲單元中（zhōng），再將換刀指令（lìng）中的刀具編號寫入主軸所對應的存儲（chǔ）單（dān）元，完成主軸與換刀位刀具編號的對（duì）換。假設數據表存（cún）儲單元首地址（zhǐ）為（wéi）D300，該地址所對（duì）應存儲單元中存放的數據即為主軸上刀具的（de）編號，地址為D301～D（300+n）的（de）存儲單元中的數據，即（jí）刀庫中從1#～n#刀座上刀具的編（biān）號。

3.機械手換刀裝置的（de）常見故障（zhàng）與排除方（fāng）法

在數控機床維（wéi）修的過（guò）程中，經（jīng）常出現與換刀相關的故（gù）障，根據其結構特點及換刀動作過（guò）程，歸納刀庫及機械手兩大（dà）方麵常見故障現象、產生原（yuán）因與采（cǎi）取措施如下。

（1）刀庫故障。

①常見故障1：刀（dāo）庫不能轉動。可能原因：電動機軸與蝸杆（gǎn）軸的（de）聯軸（zhóu）器鬆動；變頻器故障，電動（dòng）機（jī）不得（dé）電；接（jiē）近開關或磁簧開關故障；PLC無輸出控製，或PLC有輸出但接（jiē）口板中的繼電器（qì）失效；氣壓低。常用措施：檢查調（diào）整聯軸（zhóu）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（huò）磁簧開（kāi）關，檢查或更換繼電器；調整氣（qì）壓達到規定值。

② 常見（jiàn）故障2：刀盤（pán）定位不（bú）準（zhǔn）。可能原因：電動機剎車器磨損（sǔn）。常用措施：調整電（diàn）動機剎車器中調節螺（luó）釘。

③常見故障3：換刀（dāo）位刀座在倒刀時不正常。可（kě）能原因：氣壓不符（fú）合要求、止（zhǐ）動螺絲鬆（sōng）動、氣缸損壞、倒刀電磁（cí）閥接觸不良或損壞、刀具超重或超（chāo）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常見故障4：刀（dāo）套上下（xià）不到位。可能原因：安裝調整不當或撥叉位置不正（zhèng）確、限位開關（guān）安裝不正確或調整不當，造成反饋信號（hào）錯誤。常用措施：檢查、調整撥叉或限位開關位置，或更（gèng）換元件（jiàn）。

⑤常見故障5：倒刀時（shí）刀具掉落。可能原因：刀套內彈簧夾力不夠或不能正（zhèng）常複位、刀柄和拉釘的距離不正確。常用措施：調整或更換元器件。

⑥常見故障6：刀套破（pò）裂。可能原因：刀套未定位前有倒刀動（dòng）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（tào）。

⑦常見（jiàn）故障7：電動機燒壞。可能原因：電源缺相或電壓不正確、剎車燒壞、刀具超（chāo）重、組件不能運轉。常用措施：檢查接觸器接點是否損壞、電源是否缺相及（jí）電壓（yā）等級（jí）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（jī）械手故障。

①常見故障1：刀具（jù）夾不緊，時常掉刀。可能原因：卡爪彈簧的壓力（lì）太小、彈簧後麵的螺母鬆動、機械手卡緊鎖不起作（zuò）用、刀具超重（chóng）。常用措施：擰緊彈（dàn）簧後螺母、調（diào）整或更換卡（kǎ）緊鎖、更換彈簧、更換刀具。

②常（cháng）見故（gù）障2：刀具夾緊後鬆不開。可能原因（yīn）：卡爪彈簧壓（yā）合過（guò）緊，卡爪縮不回。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：刀具交（jiāo）換時掉刀。可能原因：換刀時主軸箱沒回到換刀點或換刀點漂移；機械手抓刀時沒（méi）有（yǒu）到位（wèi）就開始打刀或拔刀、刀臂及刀具的夾（jiá）刀點不正確，打刀缸鬆拉刀位置不（bú）準確，打刀缸壓力不夠，鬆刀不正常（cháng）、刀（dāo）具太重、刀臂變形。常用措施： 應重設定換刀（dāo）點；校正夾刀點、調整打刀（dāo）缸鬆刀行程、調整壓力值、檢查刀（dāo）具質量、更換刀（dāo）臂。

④常見故障4：刀臂不回（huí）位。可能原因：電路接觸（chù）不良、無夾刀或鬆刀信號、刀臂彎曲。常用措施：執行手動換刀，檢（jiǎn）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。

4.維修實例（lì）

（1）案例1。

故障現象：加工中心（xīn）VMC1000C換刀時出現主軸掉刀故障。

故障（zhàng）診斷與排除方法：

①檢查（chá）機械手手臂（bì）上兩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（kāi）主軸檢查碟簧能否對（duì）刀（dāo）具夾持緊固（gù），發現碟簧（huáng）完好。

③打（dǎ）開PLC的I O監控畫（huà）麵，反（fǎn）複按壓主軸刀具（jù）夾（jiá）緊到位行程（chéng）開關（guān），發現其“0”、“1”狀態與實際動作不一致，說明該行程開關有問題, 更換後故障（zhàng）排除。

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

故障診斷與排除方法： 打開PLC的IO監控畫麵，發現相應的限位開關沒有壓合；調（diào）整其位（wèi）置後，機床恢複正常。但一段時間之後，再次出現此故障，檢查限位開關沒有（yǒu）鬆動（dòng），但卻沒有壓合，進一步檢查發現液壓缸拉杆頂端鎖緊螺母的緊固螺釘鬆動，致使液壓缸伸縮的行（háng）程發生了變化（huà）；調整鎖緊螺母並擰緊緊固螺釘（dìng）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，不斷總結歸（guī）納常見故障現象（xiàng）、原（yuán）因及解決措施，不但有（yǒu）助於提高維修數控機床的效率與質量（liàng），對機床的維護與改造也有重要的參考意義。