數控機床機械手換刀裝置故障（zhàng）與維修

在數控機床的維修中，與換刀相關的故障極為多（duō）見。本文基於機械手換刀裝置的結構與動作控製，結合維修實例，歸納常見故障現象（xiàng）、原因及處理措施，在數控機床的維修與改造中具有較大的現實意義（yì），值得認真探索、交流與推（tuī）廣。

數控機床特別是數控加（jiā）工中心高（gāo）精度、高效率的重要原因之一在於其一次（cì）裝夾、多工（gōng）序自動加工，而（ér）實現這一功能的（de）關鍵在（zài）於自動換刀裝置。由於自（zì）動換刀裝置工作頻度高、控製機構複（fù）雜，包括刀庫、刀具交（jiāo）換以及驅動等部分，因此出現故障的幾率也大，在數控機床的維修中占有相當大（dà）的比例。了解其結構特（tè）點與控製機（jī）理，熟悉換刀的動作流程，總結歸納（nà）常見故障現象、原因及（jí）解決措施，借鑒相關維修實例，有（yǒu）助於快速（sù）、準確地診斷並排除故障，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（zhǒng）方式。按是否由機械手換刀可將（jiāng）其分為兩類：無機械手換（huàn）刀（如鬥笠（lì）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，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上，然（rán）後刀庫旋轉使下一工序所需刀具進（jìn）入（rù）換刀位置，主軸再從（cóng）刀庫取走新的刀具（jù），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（hé）轉動，因此換（huàn）刀時（shí）間長，加工效率低，刀庫的容量也較小；目前數控（kòng）機床更多采用的（de）是機械手換刀，利用機械手快速、準確地對調刀（dāo）庫中（zhōng）換刀位與主軸上的刀具，還刀、取刀同時進行，換刀時間大大縮短，而且（qiě）刀庫容量不受換刀機構限製。

1.刀具固定板架 2.刀座 3.換刀（dāo）機械手

4.換刀位置刀（dāo）座 5.取（qǔ）刀機械手縱向（xiàng）導軌

6.取刀機械（xiè）手橫向導軌

刀（dāo）庫（kù）按刀具的布局可分為盤式、鏈式和格子式三種。盤式刀庫刀（dāo）具呈圓周（zhōu）狀分布，鏈式刀庫刀具布置在鏈條的各個環節上，格子式刀庫刀具縱橫排列。盤式刀庫空間（jiān）利用率低、容量小，一（yī）般用於小型加工中心。鏈式與格子式刀庫空（kōng）間利用率高、容量大，用於中型與大（dà）型數控加工中心（xīn）。刀庫的作用不（bú）僅是存放加工（gōng）過（guò）程中所需要的刀具，還負責把下一（yī）工（gōng）序（xù）所要使用的刀具（jù）準確地送（sòng）到換刀位（wèi）置。

刀具交換裝（zhuāng）置的驅動方式有液壓、伺服和交流異步電動機驅動三種。液壓驅動需要足夠的液壓動力（lì），且（qiě）運動的速度和準確性受（shòu）油質、油壓、油（yóu）溫及環境等因（yīn）素影響，一般用（yòng）於不需要頻繁換刀的大中型機床。伺（sì）服電動機（jī）驅動（dòng）的換刀裝置換刀速度快、精度高、穩定性強，但成本較高。交流異步電（diàn）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（běn）低，廣泛用於頻繁換刀的中小型加工中心。

2.機械手換刀動作流程與選刀方式

刀庫的（de）選刀有順序選刀、刀具編碼選（xuǎn）刀、刀座編碼選刀和隨機（jī）選刀四種方式。機械手換刀大多（duō）采用隨機換（huàn）刀方式，從主軸取下的刀具就近放入刀庫中剛取走刀具（jù）的換刀位刀座內，取（qǔ）刀與還（hái）刀同步完成。其原理是在（zài）存儲器（qì）中建立換刀數據表（biǎo），表（biǎo）中存儲單元的地址與刀座編號（hào）及主軸相對應（yīng），因此數據表的容量（liàng）為刀庫中刀座數加1，存（cún）儲單元中的數據與刀具編號一一對應，如附表所示。換（huàn）刀時數據更新是先（xiān）將主軸所對應的存儲單元中的數據（換刀前刀具的編號）寫入刀庫換刀位刀座所對（duì）應的存（cún）儲單元中，再將換刀指令中的刀具編號寫入（rù）主軸（zhóu）所對應的存儲單元，完成主（zhǔ）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（yīng）存儲單元中存放的數據即為主（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（jí）刀庫中從1#～n#刀座上刀（dāo）具的編號。

3.機械手換刀裝置的常見故（gù）障與排除方法

在數控機床維修的過程中，經常出現與換刀相（xiàng）關的故障，根據其結構特點及（jí）換刀動作過程，歸納（nà）刀庫（kù）及機械手兩大方麵常見故障現象、產生原因與采取措施如下。

（1）刀庫故障（zhàng）。

①常見故障1：刀庫不（bú）能轉動（dòng）。可能原因：電動機軸與蝸杆軸的聯軸器鬆動；變頻器故障，電動機（jī）不得電（diàn）；接近開關或磁簧開關（guān）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：檢查調整聯軸器；檢查變（biàn）頻器的輸（shū）入（rù）、輸出電壓是否正常；通過PLC的（de）IO監控畫麵檢查（chá）IO狀態，調整或更換（huàn）接近開關或磁簧開關，檢查或更換（huàn）繼電器；調整氣壓達到規定值。

② 常（cháng）見故障（zhàng）2：刀盤定位不準。可能原（yuán）因：電動機剎車（chē）器磨（mó）損。常用措施：調整電動機（jī）剎車器中調（diào）節螺釘。

③常見故障3：換刀位刀座（zuò）在倒刀（dāo）時不正常。可能原因：氣壓（yā）不符合要求、止動螺絲鬆動（dòng）、氣缸損（sǔn）壞、倒刀（dāo）電磁閥（fá）接觸不良或（huò）損壞、刀（dāo）具超重或超長。常用措施：調（diào）整氣壓到符合要求（qiú）、鎖緊止動螺絲（sī）、更（gèng）換氣缸、檢查電磁閥接點或更換元件（jiàn）、更換刀具。

④常見（jiàn）故障4：刀套上下不到位。可（kě）能原因：安裝調整不當或撥叉位置不正確、限位開關安裝不正確或調整不當，造成反饋（kuì）信號錯誤。常用（yòng）措施：檢查、調整撥叉或限（xiàn）位開關位置，或更換元件。

⑤常見（jiàn）故障5：倒刀時刀具掉落。可能原因：刀（dāo）套內彈簧夾力不夠或不能正常複（fù）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（zhàng）6：刀套破裂。可能原因：刀套未定位前有倒（dǎo）刀動（dòng）作或未回位前刀盤轉動、裝入刀具（jù）時撞壞。常用措施：調整刀盤定位近（jìn）接開關或倒刀氣缸（gāng）磁簧開關位置、更換刀套。

⑦常（cháng）見故障7：電動（dòng）機燒壞。可能原因：電源缺相或電壓不正確、剎車燒壞、刀具超重、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（guò）允（yǔn）許值；檢查刀套滑動部位是否順暢。

（2）機械手故障。

①常見故（gù）障1：刀具夾不（bú）緊，時常掉刀。可能原因：卡爪彈簧的壓力太小、彈簧（huáng）後麵的螺母鬆動、機械手卡（kǎ）緊鎖不起作用、刀具超重。常用措施：擰緊（jǐn）彈簧後螺母、調整（zhěng）或更換卡（kǎ）緊鎖、更換彈簧、更換刀具（jù）。

②常見故障2：刀具夾緊後（hòu）鬆不開。可能原因：卡爪彈簧壓合過緊，卡爪縮（suō）不回。常用措施：調鬆螺母或更（gèng）換彈簧，使最大載荷不超過（guò）額定值。

③常見故障3：刀具（jù）交換時掉刀。可（kě）能原因：換刀時主軸箱（xiāng）沒回到換（huàn）刀點或換刀點漂（piāo）移；機械手抓刀時沒有（yǒu）到位就開（kāi）始打刀或拔刀、刀臂及刀具的夾刀點不正確，打刀缸鬆（sōng）拉刀位置不準確，打刀（dāo）缸壓力不（bú）夠，鬆刀不（bú）正常、刀具太（tài）重、刀臂變形。常用措施： 應重設定換刀點；校正夾刀點、調（diào）整打刀缸鬆刀（dāo）行程（chéng）、調整壓力值、檢查刀具質量、更換刀臂。

④常見故障4：刀臂不（bú）回位。可（kě）能原因：電路接觸不良、無夾刀或鬆刀信號、刀臂彎曲。常用措施：執行手動換刀，檢查是否（fǒu）電路故障；用PLC監看夾刀或鬆刀信號（hào），調整近接開（kāi）關位置、調整或更（gèng）換刀臂。

4.維修實（shí）例（lì）

（1）案例1。

故障現象：加工中心VMC1000C換刀時出現主軸（zhóu）掉（diào）刀故障。

故障診斷與排（pái）除方法：

①檢查機械手手臂上兩個（gè）卡爪的彈簧及附件，沒（méi）有發現異常，說明機械手夾（jiá）持刀具沒有問題。

②拆（chāi）開（kāi）主軸檢查碟簧能否對刀具夾（jiá）持緊（jǐn）固，發現碟（dié）簧完好。

③打開PLC的I O監控畫麵，反複按壓主軸（zhóu）刀具夾緊到位行程開關，發現其“0”、“1”狀態與（yǔ）實際動作不一致，說明（míng）該行程開關有問（wèn）題, 更換後故障（zhàng）排除。

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

故障診斷與排除方法： 打開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。但一段時（shí）間之（zhī）後（hòu），再次出現此故障，檢查限位開關沒有鬆動，但卻沒有壓合，進一步檢查發現液壓缸（gāng）拉（lā）杆頂端鎖緊螺母的緊固螺釘鬆動（dòng），致使液壓缸伸（shēn）縮的行程（chéng）發生了變化；調整鎖（suǒ）緊螺母並擰緊緊固螺釘後，此故（gù）障（zhàng）排（pái）除。

5.結語（yǔ）

機械手換刀裝置是數控機（jī）床最重要的功能部件之一，掌握其結構特點、控製機理，不（bú）斷總結歸納常見故障現象、原因及解決措（cuò）施，不但有（yǒu）助於（yú）提高維修（xiū）數控機床的效率與質量，對機床的維護與改（gǎi）造也有重要的參考（kǎo）意義（yì）。