​數控機床機（jī）械手換（huàn）刀裝置故障與（yǔ）維修（xiū）

在數（shù）控機床的（de）維修中，與換（huàn）刀相關的故障極為多見。本文基於機械手換刀裝置（zhì）的結構與動作控製，結合維（wéi）修（xiū）實例，歸納（nà）常見故障現（xiàn）象、原因及處理措施，在數控機床的維修與改造中具有較（jiào）大的現實意義，值得認（rèn）真（zhēn）探索、交（jiāo）流與推廣。

數控機（jī）床特別是數（shù）控加工中心高精（jīng）度、高效率的重（chóng）要原因之（zhī）一在於其一次裝夾、多工序自動加工，而實現這一（yī）功能的關鍵（jiàn）在於自動換刀裝置。由（yóu）於自動換刀裝置工作頻度高、控製機構複雜（zá），包括刀庫、刀具交換以及驅動等部分，因此出現故障的幾率也大，在（zài）數控機（jī）床的維修中占有相當大的比例。了解其結構特點與控製機理，熟（shú）悉換刀的動（dòng）作流程，總結歸納常見故障現象、原因及解決措施，借鑒相關維修實例，有助（zhù）於快（kuài）速、準確地診斷並排除故障，提（tí）高維修工作的（de）質（zhì）量與效率。

1.機械手換刀裝置的結構

數（shù）控機床自動換刀功能的實現有多種方式。按是（shì）否由機（jī）械手換刀可將其分為兩類：無機械手換刀（如鬥笠式（shì））大多（duō）依靠主軸與刀庫間的軸向相（xiàng）對運動（dòng）實現拔刀與插刀，換刀（dāo）時（shí）刀庫移至換刀（dāo）位置（zhì），主軸先將刀具還（hái）回刀庫換刀位的空刀座上（shàng），然後刀（dāo）庫旋轉使下一工序所需刀具進入換刀位置，主軸再從刀庫取（qǔ）走新的刀具，還刀和（hé）取刀兩個動作隻能分步進行，加之主軸的軸向運動以及（jí）刀庫的移動和轉動，因此換刀時間長，加工效率低，刀庫（kù）的容量（liàng）也較小；目前數控（kòng）機床（chuáng）更（gèng）多采用的是機械手（shǒu）換刀，利用機（jī）械手快（kuài）速、準確地對調刀庫中換（huàn）刀位與主軸上的刀（dāo）具，還刀、取刀同時進行，換刀時間大大縮短，而且刀庫容量不受換刀（dāo）機構限製。

1.刀具固定板架2.刀座3.換刀機械（xiè）手（shǒu）

4.換刀位（wèi）置刀座5.取刀（dāo）機械（xiè）手縱向導軌

6.取（qǔ）刀機械手橫向導（dǎo）軌

刀庫按刀具的布局（jú）可分（fèn）為盤式（shì）、鏈式和格子式三種（zhǒng）。盤式刀庫刀具呈圓周狀分布，鏈（liàn）式刀庫刀具布（bù）置在（zài）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（yī）般用於小型加工中心。鏈式與格子式刀庫空間利用率高、容量大，用於中（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（zhōng）所需要的刀具，還負責把下一工序所要使（shǐ）用（yòng）的刀具（jù）準確地送到換刀位置。

刀具交（jiāo）換（huàn）裝置的驅動方式有（yǒu）液壓（yā）、伺服和（hé）交流異步電動機驅動三（sān）種。液壓驅（qū）動需要足夠的液壓動力，且運動的速度和準確性受油（yóu）質、油壓、油溫及環境等因（yīn）素影響，一般（bān）用於不需要頻繁換刀的大中（zhōng）型機床。伺服電動機驅動的換刀（dāo）裝置（zhì）換刀速（sù）度快、精度高、穩定性強，但成（chéng）本較高。交流異步電動機驅動的換刀裝置（zhì），借助凸輪機構，換刀速度快、定位準（zhǔn）、穩定性（xìng）高、連貫性好且成本低，廣泛用於頻繁換刀的中小型加工中心。

2.機械手換刀動作（zuò）流程與選刀方式

刀庫的選刀有順序選刀、刀具編（biān）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（wèi）刀座內，取刀與還刀同步完成。其（qí）原理是在存儲器中建（jiàn）立換刀數據表（biǎo），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。換刀時（shí）數據更新是先將主軸所對應（yīng）的存儲單元中的數據（換刀前刀具的編號）寫入刀（dāo）庫換刀位刀座所對應的存儲單元中（zhōng），再將換刀指令中的刀具編號寫入主軸所對應的存儲單（dān）元，完（wán）成（chéng）主軸與換刀位刀具編（biān）號的對換。假設數據（jù）表存儲單元首地址為D300，該地址所對應（yīng）存儲單（dān）元中存放的（de）數（shù）據即為主軸上刀具的編號，地址為D301～D（300+n）的存（cún）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（dāo）裝置的常見故障與排除方法

在數控機床維（wéi）修的過程中，經常出現與（yǔ）換（huàn）刀相關的故障，根據其結構特點及換刀動作過程，歸納刀庫及機械手兩大（dà）方麵常見故障（zhàng）現象、產生原（yuán）因與采（cǎi）取措施（shī）如下。

（1）刀庫故障。

①常（cháng）見故障1：刀庫不能轉（zhuǎn）動。可能原因：電（diàn）動機軸（zhóu）與蝸杆軸的聯軸器鬆動；變頻器故障，電動機不得電；接近開關或磁簧開關故（gù）障；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（yòng）措施：檢查調整聯軸器；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（diào）整或更換接近開關或磁簧（huáng）開關，檢查或更換繼電器；調整氣壓達到規定值。

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

③常（cháng）見故障3：換刀位刀座在倒刀時不正常（cháng）。可能原因：氣壓（yā）不符（fú）合要求、止動（dòng）螺絲鬆動、氣缸損壞、倒刀電磁（cí）閥接觸不良或損壞、刀具超重或超長。常用措（cuò）施：調整氣壓到符合要求、鎖緊止動螺絲、更換氣缸、檢查電磁（cí）閥接點或更換元件（jiàn）、更換刀具。

④常見（jiàn）故障4：刀套（tào）上下不到位。可（kě）能原因：安裝調（diào）整不當或撥叉位置（zhì）不正確、限位開關安裝不正確或調（diào）整不當，造成反饋信號錯（cuò）誤。常（cháng）用措施：檢（jiǎn）查、調整撥叉或限位開關（guān）位置，或更換元件。

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

⑥常見故障6：刀套破（pò）裂。可能原因：刀套未定（dìng）位（wèi）前有倒刀動作或未回位前刀盤轉動（dòng）、裝入刀（dāo）具時撞壞。常用措施：調整刀盤定（dìng）位近接開關或倒刀氣缸磁（cí）簧開關位置、更換刀套。

⑦常見故障7：電動機燒壞。可（kě）能原因（yīn）：電源缺相或電（diàn）壓不正確、剎車燒壞、刀具（jù）超重、組件不能運轉。常用（yòng）措施（shī）：檢查接觸器接點是否損壞、電源是否（fǒu）缺（quē）相及電壓等級（jí）是否匹配；檢測剎車器線圈是否損壞（huài）、接地是否（fǒu）正確；檢查刀具（jù）質量是否超過允許值；檢查刀套滑動部（bù）位是否順暢。

（2）機械手故障。

①常見故障1：刀具夾不緊，時常掉刀。可能（néng）原因：卡爪（zhǎo）彈簧的壓力太小、彈簧後麵的螺母鬆（sōng）動、機械手卡緊鎖不起作用、刀具超重。常用措施：擰（nǐng）緊彈簧後螺（luó）母、調整或更換卡緊鎖、更（gèng）換（huàn）彈（dàn）簧、更換（huàn）刀具（jù）。

②常見故障（zhàng）2：刀（dāo）具夾緊後鬆不開。可能原因：卡爪彈簧壓合過緊，卡（kǎ）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（guò）額定（dìng）值。

③常見故障3：刀具交換時掉（diào）刀。可能原因：換刀時主軸箱沒回到換刀點或換刀（dāo）點漂移；機械（xiè）手抓刀時沒有到位（wèi）就開始打刀或拔刀、刀臂及刀具的夾刀點不正確，打刀缸鬆拉刀位置不準確，打刀（dāo）缸（gāng）壓力不夠，鬆刀不正（zhèng）常（cháng）、刀具太重、刀臂變形。常用措施： 應重設定換刀點；校（xiào）正夾刀點、調整打刀缸（gāng）鬆刀（dāo）行程、調整壓（yā）力值、檢查刀具質量（liàng）、更換（huàn）刀臂。

④常見故障4：刀臂不回位。可能（néng）原因：電路接觸不良、無（wú）夾刀或鬆（sōng）刀信號、刀臂彎（wān）曲。常用措施（shī）：執行手動換刀（dāo），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。

4.維修實例

（1）案例1。

故障現象：加工中心VMC1000C換刀時出現主（zhǔ）軸掉刀故障。

故障診斷與排除方法（fǎ）：

①檢查機械手手臂上兩個卡爪的（de）彈簧及附（fù）件，沒有發（fā）現異常，說明機械手夾持刀（dāo）具沒有問題。

②拆開主軸（zhóu）檢（jiǎn）查碟簧能否對刀具夾持緊（jǐn）固，發現碟簧完好。

③打開PLC的I O監控畫麵，反（fǎn）複按壓主軸刀具夾緊到位行程開關（guān），發現其“0”、“1”狀（zhuàng）態（tài）與實際動作（zuò）不一致，說明該行（háng）程開關有問題,更換後故障排除。

（2）案（àn）例2。故（gù）障現（xiàn）象：加工中心（xīn）BX-110P機械手取送刀具時不能縮爪。

故障診（zhěn）斷（duàn）與排除方法：打開PLC的IO監（jiān）控（kòng）畫麵，發現相應的限位開關沒有壓合；調整其位置後，機床恢複正常。但一段時間之後，再次出現（xiàn）此故障，檢查限位開關沒有鬆動，但卻沒有壓合，進（jìn）一步檢查（chá）發現液壓缸拉杆頂端鎖緊螺母的緊固螺釘鬆（sōng）動，致使液壓缸伸縮（suō）的行程發生了變化；調整鎖（suǒ）緊螺（luó）母（mǔ）並擰緊緊固螺釘後，此故障排除。

5.結語（yǔ）

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