數控機床機械手換刀裝置（zhì）故障（zhàng）與維修

在數控機床（chuáng）的維修中，與換刀相關（guān）的故障（zhàng）極為多見（jiàn）。本文基於機械手換（huàn）刀裝置的結構與動作控製（zhì），結合維修實例，歸納常見故障現象、原因及處理措施，在數控（kòng）機床的維修與改造中（zhōng）具有較大的現實意義，值（zhí）得認真探索、交流與推廣。

數控機床特別是數控加工中心高精度、高效率的重要原因之一在於其一次裝夾、多工序自（zì）動加工，而實現這一功能的關鍵在於自（zì）動換刀裝（zhuāng）置。由於自動換刀裝置工作頻度高、控製機構複（fù）雜，包括（kuò）刀庫、刀（dāo）具交換以及驅動等部分，因此出現（xiàn）故障的幾（jǐ）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（cháng）見故障現象、原因及解決措（cuò）施，借鑒相關維修實例，有助於（yú）快（kuài）速（sù）、準確地診斷並排除故障，提高（gāo）維修工作的質量與效率。

1.機械手換刀裝置的結（jié）構

數控機床自（zì）動換刀功能的實（shí）現（xiàn）有多種方式。按是否由機械手換刀可將其分（fèn）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（duì）運動實現拔刀與插刀，換刀時（shí）刀庫（kù）移至換刀位置（zhì），主軸先將（jiāng）刀具還回刀庫換刀位的空刀座上，然後刀庫旋轉使下（xià）一工（gōng）序所需刀具（jù）進入換刀位置，主軸再（zài）從刀庫取走新的刀具，還刀和取刀（dāo）兩個動作隻能分步進行，加之主軸的軸向（xiàng）運動（dòng）以及刀庫的移動（dòng）和轉動，因此換刀時（shí）間長，加（jiā）工效率低，刀庫的容量也較小；目前數（shù）控機床更（gèng）多采用的是機械手換刀，利用（yòng）機械手快速、準確地對調刀（dāo）庫（kù）中換刀位與主軸上的刀具（jù），還刀（dāo）、取刀同時進行，換刀時間大大（dà）縮短，而且刀庫容量不受換刀機構限（xiàn）製。

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.取刀機械（xiè）手縱向導（dǎo）軌

6.取（qǔ）刀（dāo）機械手橫向導軌

刀庫按刀具（jù）的布局可分為盤式、鏈式和格子式（shì）三種。盤式（shì）刀庫刀具呈圓（yuán）周狀分布，鏈式刀庫刀具布置在（zài）鏈條的各個環節上，格子式刀庫刀具縱橫（héng）排列。盤式刀庫空間利用率低、容量小，一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，用於中型與大型數（shù）控加工中心。刀庫的作用不僅（jǐn）是存放加工過程中所需要的刀具，還負（fù）責把下一工（gōng）序所（suǒ）要使用的刀具準確地送到換刀位置（zhì）。

刀具交換裝置的驅動方式有液壓、伺服和（hé）交流異步（bù）電動機驅動三（sān）種。液壓驅（qū）動（dòng）需（xū）要足夠的液壓（yā）動力，且運（yùn）動（dòng）的速度和準確性受油質、油壓、油溫及環（huán）境等因素影（yǐng）響，一（yī）般用於不需要頻繁換刀的大中型機床。伺服電動機（jī）驅動的換刀裝置換刀速度快、精度高（gāo）、穩定性強，但成（chéng）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（sù）度快、定位準（zhǔn）、穩定性高、連貫性好且成本低，廣泛用於頻繁（fán）換刀（dāo）的中小型加工中心。

2.機械手換刀動作流程與選刀方式

刀庫的選刀有順序選刀、刀具編碼選刀、刀座編碼選刀和（hé）隨機選（xuǎn）刀四種方式。機械手換刀大多采用隨機（jī）換刀方式，從主軸（zhóu）取下的刀具就近放入刀庫中剛取走刀具的換刀位刀座內，取刀（dāo）與還刀同（tóng）步（bù）完成。其（qí）原理是（shì）在存儲器中建立換刀數據（jù）表，表（biǎo）中存儲單元（yuán）的地址（zhǐ）與刀座（zuò）編號及主軸相對應，因此（cǐ）數據表的容量為（wéi）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。換刀時數據更新是先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（rù）刀庫換刀位刀座所對應的存儲單元中，再將換刀指令中的刀具（jù）編號寫入主（zhǔ）軸所對應的存儲單元，完成主軸與換刀位刀具編號的對（duì）換。假設數據表存儲單元（yuán）首地址為D300，該地址所對應存（cún）儲單元中存放的數據即為主軸上刀具的編號，地址為D301～D（300+n）的存儲單元中的（de）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（kòng）機床維修的過程中，經常出現與換刀（dāo）相關的故障，根據（jù）其結構特點及換刀動作過程（chéng），歸納刀庫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（xià）。

（1）刀庫故障。

①常見故障1：刀庫不能轉動。可能原因：電動機軸與（yǔ）蝸杆軸的聯軸器鬆動；變頻器故（gù）障，電動機（jī）不得電；接近開關或磁簧開關故障；PLC無（wú）輸出控製，或PLC有（yǒu）輸出但（dàn）接口板中的繼電器失效；氣壓低。常用措施：檢查調整聯軸器；檢查變頻器的（de）輸入、輸出電壓（yā）是（shì）否（fǒu）正常；通過（guò）PLC的IO監控畫麵檢查IO狀（zhuàng）態，調整或更換接近開關或磁（cí）簧開關，檢查或（huò）更換繼電器；調整（zhěng）氣壓達到規定值。

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

③常見故障3：換刀（dāo）位刀座在倒刀時不正常。可能原因：氣壓不符合（hé）要求、止動螺絲鬆動、氣缸損壞、倒刀電磁閥接觸不良或損壞、刀具超重或超長。常用措施：調整氣壓（yā）到符合要求、鎖緊止動螺（luó）絲、更換氣缸、檢查電磁閥接點或更換元件、更換刀具（jù）。

④常見故障4：刀套上下不到（dào）位。可能原因：安裝調整不當或撥叉位置不正確（què）、限位開關安裝不（bú）正確或調整不當，造成反饋信號錯誤。常用措（cuò）施（shī）：檢查、調整撥叉或（huò）限位開關位置，或更換元件。

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

⑥常見故障6：刀套破裂。可能原因：刀套未定位前有倒刀動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。

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、剎車燒壞、刀具超重、組件不能運轉。常用措施：檢查（chá）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（cè）剎車器線圈（quān）是否損壞、接地是否正確；檢查刀具質量是（shì）否超過允許值；檢查刀套滑動部位是否順暢。

（2）機械手故障。

①常見故障1：刀具夾不緊，時常掉刀。可能原因（yīn）：卡爪彈簧的壓力太小、彈（dàn）簧後麵的（de）螺母鬆動、機械手卡緊鎖不起（qǐ）作用、刀具超重。常用措施：擰緊彈簧後螺母、調整或更換卡緊鎖、更換彈簧、更換刀具。

②常見故障2：刀具夾緊後鬆不（bú）開。可（kě）能原因：卡爪彈簧壓合過緊，卡爪（zhǎo）縮不回。常（cháng）用措施（shī）：調鬆螺母或（huò）更換（huàn）彈簧，使最大載荷不超（chāo）過額定值。

③常見故障3：刀具交（jiāo）換時（shí）掉刀。可能原因（yīn）：換刀時主軸箱沒回到換刀點或換刀點漂移（yí）；機械手抓（zhuā）刀時沒有到位就開始打刀或（huò）拔刀、刀臂及（jí）刀具的夾刀點不正確，打刀缸鬆拉刀位置不準確，打刀缸壓力不夠，鬆刀（dāo）不正常、刀具太重、刀臂變（biàn）形。常用措施： 應重設定換刀（dāo）點；校正夾刀點、調整打刀缸鬆刀行（háng）程、調整壓力值、檢查刀具質量、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、刀臂彎曲。常用措施：執行（háng）手動換刀，檢查是否電路故障；用（yòng）PLC監看夾刀或鬆刀信（xìn）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換刀時出現主軸掉刀故障。

故障診斷與排除方法：

①檢查機械手手臂上兩（liǎng）個卡（kǎ）爪的彈簧及（jí）附件，沒有發現異（yì）常，說明機械手（shǒu）夾持（chí）刀具（jù）沒有問題（tí）。

②拆開（kāi）主軸檢查碟簧能否對刀（dāo）具夾持緊固，發現碟簧完好（hǎo）。

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

（2）案（àn）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（gù）障診（zhěn）斷與排除方法： 打開PLC的（de）IO監控畫麵，發現（xiàn）相應的限位開關沒（méi）有壓合；調整其位（wèi）置後，機（jī）床恢複正（zhèng）常。但一段時間（jiān）之後，再（zài）次出現此（cǐ）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拉杆頂端鎖緊螺母的（de）緊固螺釘鬆動，致使液壓缸伸縮的（de）行程發生了變化；調整鎖緊螺母並擰緊緊固（gù）螺釘後，此故障排除。

5.結語

機械手換刀裝置是數控機（jī）床最重要的功能部件之一，掌（zhǎng）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（yīn）及解決措施，不但（dàn）有助於提高維修數（shù）控機床（chuáng）的效率與（yǔ）質量，對機床的維護與改造也有重要的（de）參考意義。