數控機床機械手換刀裝置故障與維修

在數控機床的維修中，與換刀相關（guān）的故障極為（wéi）多見。本文（wén）基於機械手（shǒu）換刀裝置（zhì）的結構與動作控製，結合維修實例（lì），歸（guī）納常見故障現象、原因及處理措施（shī），在數控機床的維修與改造中具有較大的現（xiàn）實意義，值得認（rèn）真探索、交（jiāo）流與推廣。

數控機床特別是數控加工中心高精度、高效率的重要原因之一在於其一次裝夾、多（duō）工序自動加工（gōng），而實（shí）現這一功能的關鍵在於自動換刀裝置（zhì）。由於自（zì）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（dòng）等部分，因此出現故障（zhàng）的幾率也大，在數控機床的維修中占有相當大的比例。了解其結構特點與控製機理，熟悉換刀的動作流程，總結歸納常見故障現象、原因及解決措（cuò）施，借鑒相關維修實（shí）例，有助於快速、準確地診斷並排除故障，提（tí）高維修（xiū）工作的質量（liàng）與效（xiào）率。

1.機械手換刀裝置的結構

數控機床自動換刀功能（néng）的實現有（yǒu）多種方式。按是否（fǒu）由機械手換（huàn）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（yǔ）刀庫間（jiān）的軸向（xiàng）相對運動實（shí）現拔刀與插（chā）刀，換（huàn）刀時刀庫移至（zhì）換刀位置，主軸先將刀具還（hái）回刀庫換刀位的空刀座（zuò）上，然後刀庫旋轉使下一工序（xù）所需刀具進入換刀位（wèi）置，主軸再從刀庫取走新的刀具，還刀和取（qǔ）刀兩個動作隻能分步進行（háng），加之主軸的軸向運（yùn）動以及刀庫（kù）的移動和轉動（dòng），因此換刀時間長，加工效率低，刀庫的容（róng）量也較小；目前數控機床更多采用的是機械手換刀（dāo），利用機械手（shǒu）快速、準確地對（duì）調刀庫中換刀位與（yǔ）主軸上的刀具，還刀、取刀同時進行，換（huàn）刀時間大大縮短，而且（qiě）刀庫容量不受換刀機（jī）構限製。

1.刀具固定板架 2.刀座 3.換（huàn）刀機械手

4.換刀位置刀座 5.取刀機（jī）械（xiè）手縱向導軌

6.取刀（dāo）機械手橫向導軌

刀庫按刀具的布局可分為盤式（shì）、鏈式和格子式三（sān）種。盤式刀庫刀具呈圓周狀分布，鏈式刀庫刀（dāo）具（jù）布置在（zài）鏈條的各個環節上，格子式刀庫刀具縱（zòng）橫排列。盤（pán）式刀庫空間利用率低、容量小，一般用於小型（xíng）加工中心（xīn）。鏈（liàn）式與格子式（shì）刀庫空間利用率高、容量大（dà），用（yòng）於中（zhōng）型與（yǔ）大型數控加工中心。刀庫的作（zuò）用不僅是存放加工過（guò）程中所需要的刀具，還負責把下一工序所要使用的（de）刀具準確地送到換（huàn）刀位置。

刀具交換裝置的驅動方式有液壓（yā）、伺服和交流異步電動機驅動三種。液（yè）壓驅動需要足夠的液壓動（dòng）力，且運動的速度（dù）和準確性受油質、油壓、油溫及環境（jìng）等因素（sù）影響（xiǎng），一般用於不需要頻繁換刀的大中（zhōng）型機床。伺服電動（dòng）機驅動的換刀裝置換刀速度快、精度高（gāo）、穩定性（xìng）強，但成本較高。交流異步電動（dòng）機驅動的換刀裝置，借助凸輪機構，換刀速（sù）度快（kuài）、定位準、穩定性高、連貫性好（hǎo）且成（chéng）本（běn）低，廣泛（fàn）用於（yú）頻繁換刀的中小型加工中心。

2.機械（xiè）手換（huàn）刀動作流程（chéng）與選刀方式

刀庫的選刀有順序選刀、刀具編碼（mǎ）選刀、刀座編碼選刀和隨機選刀四種方式。機械手換刀大多（duō）采用隨機換刀方（fāng）式（shì），從主軸取下的刀具就近放（fàng）入刀庫中剛取走刀具的換刀位刀座內，取刀與還刀同步完成。其原理是在存儲器中建立換刀數據表，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（kù）中刀座數加1，存儲單元（yuán）中的數據與刀具編號一一對應，如附（fù）表所示。換刀時數據更新是先將主軸所對應的（de）存儲單元中的（de）數據（換（huàn）刀前（qián）刀具的編號）寫入刀庫換刀位刀（dāo）座所對（duì）應（yīng）的存儲單元中，再將（jiāng）換刀指（zhǐ）令中的刀具編號（hào）寫入主軸所對應的存儲單元，完成主軸與換刀位刀具編號的對換。假設（shè）數據表存儲單元（yuán）首地址為D300，該地址所對應存儲單元中存（cún）放的數據即為主軸（zhóu）上刀具的編號，地址為D301～D（300+n）的（de）存儲單元（yuán）中的數據，即刀（dāo）庫中從1#～n#刀座上刀具的編號。

3.機械手換刀裝（zhuāng）置的常見故障與排除方法

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（jù）其結構特點及換刀動作過程，歸納刀庫及（jí）機械手兩大方麵常（cháng）見故障現象、產生原因與采（cǎi）取措施如下。

（1）刀庫故障。

①常見故障1：刀庫不（bú）能轉動。可能原因：電動機軸與蝸杆軸的聯軸器鬆動；變頻器故障（zhàng），電動機不得電；接近（jìn）開（kāi）關或磁簧開（kāi）關故（gù）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，調整或（huò）更（gèng）換接近開關或磁簧開（kāi）關，檢查或更換繼電（diàn）器；調整氣壓達到規（guī）定值。

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

③常見故障3：換（huàn）刀位刀座在倒刀時不正常。可能（néng）原因：氣壓不符合（hé）要求、止動螺絲鬆動、氣缸損壞、倒刀電磁閥接觸（chù）不（bú）良或損壞、刀具超（chāo）重或超長。常用措施：調整氣壓到符合要（yào）求、鎖緊止動螺（luó）絲、更換氣（qì）缸、檢查電磁閥接點或更換元件、更（gèng）換刀具。

④常見故障4：刀套上下不到位。可能（néng）原因：安裝調整不當或撥叉（chā）位置不正確、限位開（kāi）關安裝不（bú）正（zhèng）確或調整不當，造成（chéng）反饋信號錯誤。常用措施：檢查（chá）、調整撥叉或（huò）限位（wèi）開關位置，或更換元件。

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

⑥常見故障6：刀套（tào）破裂。可（kě）能原因：刀套未定位前有倒刀動（dòng）作或（huò）未回位前刀盤轉動、裝入刀具時撞壞。常用措施：調整刀盤定位近接開關（guān）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。可能原因：電源缺相或電壓不正確、剎（chà）車燒壞、刀（dāo）具超重、組件不能運轉。常用措施（shī）：檢查接觸器（qì）接（jiē）點是否損壞、電源是否缺（quē）相及（jí）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（què）；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）機械手故（gù）障。

①常（cháng）見故障1：刀具夾不緊，時常（cháng）掉刀。可能原因（yīn）：卡爪彈簧的壓力太小、彈（dàn）簧後麵的螺（luó）母鬆動、機械（xiè）手卡緊鎖不起作用、刀（dāo）具超重。常用措施（shī）：擰緊彈簧後（hòu）螺母、調整或更換卡緊鎖、更換彈簧、更（gèng）換刀具。

②常見（jiàn）故障2：刀具夾緊後鬆不開。可能原因：卡爪彈簧（huáng）壓合過緊，卡爪縮不回。常用措施：調鬆螺母或更換（huàn）彈簧，使最大載荷不超過額定值。

③常見故障3：刀具交換時掉刀。可能原因：換刀時主軸箱沒回到換刀點或換刀點漂移；機（jī）械手（shǒu）抓刀時（shí）沒有到位就開始打刀或拔刀、刀臂及刀具的夾刀點不正確（què），打刀缸鬆拉刀位置不準確，打刀缸壓力不夠，鬆刀不正常（cháng）、刀具太重、刀臂變形。常用措（cuò）施： 應重（chóng）設定換刀點；校正夾刀點、調整打（dǎ）刀缸鬆（sōng）刀行程、調整壓力值、檢查刀具質量（liàng）、更換刀臂。

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

4.維修實例

（1）案（àn）例1。

故障現象：加工（gōng）中心VMC1000C換刀時出（chū）現主軸掉刀故障。

故障診斷與排除方法：

①檢（jiǎn）查機械手手臂上兩個卡爪的彈簧及附件，沒（méi）有發現（xiàn）異常，說明機械手（shǒu）夾持刀具沒有問題。

②拆開主軸（zhóu）檢查碟簧能否對刀具夾持緊固，發現碟簧完好。

③打開（kāi）PLC的I O監控畫麵（miàn），反複按壓主軸刀具夾緊到位行程開關，發現其“0”、“1”狀態與實際動作不一致，說（shuō）明該行程開關有問題, 更換後故障（zhàng）排除。

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

故障診斷（duàn）與排除方法： 打開PLC的IO監控畫麵，發現相應的限位（wèi）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，再次出現此故障，檢查（chá）限位開關沒有鬆動，但卻沒有壓合，進一（yī）步檢查發現液壓缸（gāng）拉杆頂端鎖緊螺母的緊固螺釘鬆動，致使液壓缸伸縮的行程發生了變化；調整鎖緊螺母並擰緊緊固螺釘後（hòu），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（gōng）能（néng）部件之一，掌握其結構特點、控製機理，不斷總結歸納常見故障現象、原因及解決措施，不（bú）但（dàn）有（yǒu）助於（yú）提高維修數控機床的效（xiào）率與質（zhì）量，對機床（chuáng）的維護與改造也有重要的參考意義。