數控機床機械手換刀（dāo）裝置故障與維修（xiū）

在數控機床的維（wéi）修中，與（yǔ）換（huàn）刀相關（guān）的故障（zhàng）極為多見。本（běn）文基於機械手換刀裝置的結構與動作控製，結合（hé）維修實例，歸納常見故障現象、原因及處理措施，在數控機床的維修（xiū）與（yǔ）改造中具有較大的現（xiàn）實意義，值（zhí）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（xīn）高精度、高效率的重要原因之一在（zài）於其一次裝夾、多工序自動加（jiā）工，而實現這一功（gōng）能的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（bù）分（fèn），因此出現（xiàn）故障的幾率也大，在（zài）數控機床的維修中占有相當大的比例。了解其結（jié）構（gòu）特點與控製機理，熟悉換（huàn）刀的動作（zuò）流（liú）程（chéng），總結歸納（nà）常見（jiàn）故障現象（xiàng）、原因及解決措施，借鑒相關維修實例，有助於快速、準確地診斷並排除故障，提高維修工作的質量與效率。

1.機械手（shǒu）換刀裝置的結構

數控機床自動換刀（dāo）功能（néng）的實現有多種方式（shì）。按是否由機械手換刀（dāo）可將其分為兩類：無機械手換刀（如鬥（dòu）笠式）大多（duō）依靠主軸（zhóu）與刀庫（kù）間的軸向相對運動實現拔刀與插（chā）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，然後刀庫旋轉使下一工序所需刀具進入換刀位置（zhì），主軸再（zài）從刀庫取走新的刀具，還刀和取刀兩個動（dòng）作隻能分步進行，加之主軸的軸向運動以及刀庫的（de）移動和轉動，因此換刀時間（jiān）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（lì）用機械手快速、準（zhǔn）確地（dì）對調刀庫中換刀位（wèi）與主軸上的刀具（jù），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機構限製（zhì）。

1.刀具固定板架 2.刀座 3.換刀（dāo）機械手

4.換刀位置刀座 5.取刀機械手縱向導軌

6.取刀（dāo）機（jī）械手橫向導軌

刀庫按刀（dāo）具的布局可分為盤式、鏈式和格子式三種。盤（pán）式刀庫刀具呈圓周（zhōu）狀分布，鏈式（shì）刀庫刀具布置在鏈條（tiáo）的各個環節（jiē）上，格子式刀庫刀具（jù）縱橫排列。盤式刀庫空（kōng）間利用（yòng）率低、容量小，一般用於小型加工中心。鏈式與格（gé）子式（shì）刀庫空間利用（yòng）率高、容量大，用於中型與大（dà）型數控（kòng）加工中心。刀庫的作用不僅是（shì）存放加工過程中所需要的刀具，還負責把下一工序所（suǒ）要使用的刀具準確地送到換刀（dāo）位置。

刀具交（jiāo）換裝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（zú）夠的液壓動力，且運動（dòng）的速度和準確（què）性受油質、油壓、油溫及環境等因素影響，一般用於不需要頻繁換刀的大中型機床。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，但成本較高。交流異步電動機驅動的換刀裝置，借助凸輪機構（gòu），換刀（dāo）速度快、定位準、穩（wěn）定性高、連貫性好且（qiě）成本低，廣泛（fàn）用（yòng）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（xuǎn）刀方式

刀庫（kù）的選刀有順序（xù）選刀、刀具編碼選刀、刀座編碼選刀和隨（suí）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（zhōng）剛取走刀（dāo）具的（de）換刀位刀座內，取刀與還刀同步完成（chéng）。其原（yuán）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（dāo）座編號及主軸（zhóu）相對（duì）應（yīng），因此數據表的容量為刀（dāo）庫（kù）中刀座（zuò）數（shù）加1，存儲單元中的數據與刀具編（biān）號一一對應，如附表所示（shì）。換刀時數據（jù）更新是先將主軸所（suǒ）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應（yīng）的存儲單元中，再將換刀（dāo）指令中（zhōng）的刀具編號寫入主軸所（suǒ）對應的（de）存儲（chǔ）單元，完成主軸與換刀位刀具編號的對換。假設數據表存儲單元首地址為D300，該地址所對應存儲單元中（zhōng）存放的數據即為（wéi）主軸上刀具的（de）編號，地址為D301～D（300+n）的存儲單元（yuán）中的數據，即刀庫中從1#～n#刀（dāo）座上刀具的編號。

3.機械手換刀裝置（zhì）的常（cháng）見故障（zhàng）與排除（chú）方法

在數控機床維（wéi）修的過程中（zhōng），經常出現與換刀相關的故障，根據（jù）其（qí）結構特點及換刀動作過程，歸納刀庫及機械手（shǒu）兩大（dà）方麵常見故障現象、產生原因與采取措施如下。

（1）刀庫故障。

①常見故障1：刀庫不能轉動。可能原因：電動機（jī）軸與蝸（wō）杆（gǎn）軸的聯軸器鬆動（dòng）；變頻（pín）器故障，電（diàn）動機不得電；接近開關或磁簧開（kāi）關故障；PLC無輸（shū）出控製，或PLC有輸出但接口板中的繼電器失效（xiào）；氣壓低。常（cháng）用措施：檢查調（diào）整聯軸器；檢查（chá）變頻器的輸（shū）入（rù）、輸出（chū）電（diàn）壓是否正常；通過PLC的IO監控畫麵檢查IO狀態，調整或更換（huàn）接近開關或磁簧開關，檢查或更換繼電器；調整氣壓達到規定值。

② 常見故（gù）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：調整電動機剎車器中調節螺釘。

③常見故障3：換刀位刀座在倒刀時不正常。可能原因：氣壓不符合要求、止動螺絲鬆動、氣缸損壞、倒刀電磁閥接觸不良或損（sǔn）壞、刀具超重（chóng）或超長。常用措施：調整氣壓到符合要求、鎖緊止動（dòng）螺（luó）絲（sī）、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（zhàng）4：刀套上下不到位（wèi）。可能原因：安裝調整不當或撥叉位置不正確、限位開關安裝（zhuāng）不（bú）正確或（huò）調整不當，造成反（fǎn）饋信號錯誤。常用措施：檢查、調整撥叉或限位開關位置（zhì），或更換元件。

⑤常（cháng）見故障5：倒刀時刀具掉落（luò）。可能原因：刀套內彈簧夾力不夠或不能正常複位、刀柄（bǐng）和拉釘的距離不正（zhèng）確。常（cháng）用措施：調整或更換元器（qì）件。

⑥常見故障6：刀套破裂。可能原因：刀（dāo）套未定位前有倒刀動作或未回位前刀盤轉（zhuǎn）動、裝入刀具時撞壞。常用（yòng）措施：調整（zhěng）刀盤定位近接開（kāi）關或倒刀氣缸磁簧開（kāi）關位置、更換（huàn）刀套。

⑦常見故障7：電（diàn）動機燒壞。可能原因：電源（yuán）缺相或電壓不正確、剎車燒壞、刀具超重（chóng）、組件（jiàn）不能運轉。常用措施：檢查接觸器接點是否損壞、電源是否缺（quē）相及電壓等（děng）級是否（fǒu）匹配；檢測剎車器線圈是（shì）否損壞、接（jiē）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（wèi）是否順暢。

（2）機械手故障。

①常見（jiàn）故障1：刀具夾不緊，時常掉刀（dāo）。可能原因：卡爪彈簧的壓力（lì）太小、彈簧後麵（miàn）的螺母鬆動、機械手卡緊鎖不（bú）起作用、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（gù）障2：刀具夾緊後鬆不開。可能原因：卡爪彈（dàn）簧壓（yā）合過緊，卡爪縮不回。常用措施：調鬆螺母或（huò）更換彈簧，使最大載荷不超（chāo）過額定值。

③常見故障3：刀具交換時掉刀。可能原（yuán）因：換（huàn）刀時主軸箱沒回到換（huàn）刀點或換刀點漂（piāo）移；機械手抓刀（dāo）時（shí）沒有到（dào）位就開始打刀或拔刀、刀臂及刀具的夾刀點不正確，打刀缸鬆拉刀（dāo）位置不（bú）準確（què），打刀缸壓力（lì）不夠，鬆刀不正常、刀具（jù）太重、刀臂變形。常用措施： 應重設定換刀點；校正夾刀點、調整（zhěng）打刀缸鬆刀行程、調整壓力值、檢查刀具質量、更（gèng）換刀臂（bì）。

④常見故障4：刀臂不（bú）回位。可能原（yuán）因：電路（lù）接觸不（bú）良、無夾刀或鬆刀信號（hào）、刀臂彎曲。常用措（cuò）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，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（xiàng）：加工中心VMC1000C換刀時（shí）出現主軸掉刀故障。

故障診斷與排除方法：

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

②拆開主軸（zhóu）檢查（chá）碟簧能否對刀具夾持緊（jǐn）固，發現碟簧（huáng）完好。

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

（2）案（àn）例（lì）2。故障（zhàng）現象：加工中（zhōng）心BX-110P機械手取送刀具時不（bú）能縮爪。

故障診斷與排除（chú）方法（fǎ）： 打開（kāi）PLC的IO監（jiān）控畫麵，發現（xiàn）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（jiān）之後，再次（cì）出（chū）現此故障，檢查限（xiàn）位開關沒有鬆動，但卻沒有壓合，進一步檢查發現液壓缸（gāng）拉杆頂端鎖緊螺母的緊固螺釘鬆動，致使（shǐ）液（yè）壓缸伸縮的行程發（fā）生了變化；調整鎖緊螺母並擰緊緊固螺釘後，此故障排除。

5.結語

機械手（shǒu）換（huàn）刀（dāo）裝置是數控機床（chuáng）最（zuì）重要的功能部件之一，掌握（wò）其（qí）結構特點（diǎn）、控製機理（lǐ），不斷總結歸納常見（jiàn）故障現象、原因及解決措施，不但有（yǒu）助於（yú）提高維修（xiū）數控機床的效率與質量，對機床的維護與改造也有重要的參考意義。