數控機床機械（xiè）手換刀裝（zhuāng）置故障與維修

在數控機床（chuáng）的維修中（zhōng），與換刀相關的故（gù）障極為多見。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、原因及處理措施，在數控機床的（de）維修與改造中具有較大的現實意義，值得認真探索、交（jiāo）流與推廣。

數控機（jī）床特別是數控加工中心高精度（dù）、高效率的重要原（yuán）因之一在於其一次裝夾、多（duō）工序自動加工，而實現這一功能的關鍵在於自動換刀（dāo）裝置。由於自動換（huàn）刀裝置工作頻度高、控（kòng）製機構（gòu）複雜，包括刀庫、刀具交換以（yǐ）及驅動等部分，因此（cǐ）出現故障的幾率也大（dà），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（kòng）製機理，熟悉換刀的動作流程，總（zǒng）結歸納（nà）常見故障現象、原因及解（jiě）決措施，借鑒（jiàn）相（xiàng）關維修實例，有（yǒu）助於快速、準確地診斷（duàn）並排除故障，提高維（wéi）修工作（zuò）的質量與效率。

1.機械手換刀裝置的結構

數控機床自（zì）動換刀功（gōng）能的實現有多種方式。按是否由機械手換刀可將其分為兩類：無機械手換刀（如鬥笠式）大多依（yī）靠主軸與刀庫間的（de）軸向相（xiàng）對運動實現拔刀與插刀，換刀時（shí）刀庫移至換刀位置，主軸先將刀具（jù）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（jù）進入換刀位置，主（zhǔ）軸（zhóu）再從（cóng）刀庫（kù）取走新的刀具，還刀（dāo）和取刀兩個（gè）動作隻能分步進行，加之主軸的軸向運動（dòng）以及刀庫的移動和轉動（dòng），因此換刀時間長，加工效率低，刀庫的容量也較小；目前數控機床更多采用的是機械手（shǒu）換刀，利用機械手快速、準確（què）地對調刀庫中（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，而且刀庫容量不受換刀機（jī）構限製。

1.刀具固定板架 2.刀（dāo）座 3.換（huàn）刀機械手

4.換刀位（wèi）置刀座 5.取刀機械手縱向導軌

6.取刀（dāo）機械手橫向導軌

刀庫按刀具的布局可（kě）分為盤式、鏈式和格子式三種（zhǒng）。盤式刀庫刀具呈圓周狀分布，鏈式刀庫刀具布置在鏈條的（de）各個環節（jiē）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（shì）與格（gé）子（zǐ）式刀庫空間利用率高、容量大（dà），用（yòng）於中型與大型數控加工中心。刀庫的作用不僅（jǐn）是存（cún）放加工過程（chéng）中所需要的刀具，還負（fù）責把下一工（gōng）序所要使用（yòng）的刀具準確地送到換刀位置。

刀（dāo）具交換裝置的驅動方（fāng）式有液壓、伺服和交流異（yì）步電動機驅動三種。液壓（yā）驅動需要足（zú）夠的液壓動（dòng）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（sù）影響，一（yī）般用（yòng）於不需要頻繁換（huàn）刀的大中型機（jī）床。伺服電動機驅動的換刀裝置換刀速度快、精度高、穩定性強，但成本較高。交流（liú）異步電動機驅動的換刀裝（zhuāng）置，借助（zhù）凸輪機構，換刀速度快、定（dìng）位準、穩定性高（gāo）、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

刀庫的選刀有（yǒu）順序選刀、刀具編碼選刀、刀座編碼（mǎ）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（dāo）方式，從主軸取下的刀具就近放入刀庫（kù）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（yǔ）刀座編號及主軸相對應，因此數（shù）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（dāo）具編號一一對應，如附表所示（shì）。換刀時數據更新是（shì）先將（jiāng）主軸所對應的存儲單元中的數（shù）據（換刀前刀具（jù）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編號寫入主軸所對應（yīng）的存儲單元，完成主軸與換刀位刀具編號的對（duì）換（huàn）。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存放的數據即為主軸上刀具的編號，地址為D301～D（300+n）的（de）存儲單元中的數據，即刀庫中從1#～n#刀座上刀具的編（biān）號。

3.機械手換刀裝置的常見（jiàn）故障與排除方法

在數控機床維修的過程（chéng）中，經常出現與換刀相關的故障，根據其結構特點及（jí）換（huàn）刀（dāo）動作過程（chéng），歸納刀庫（kù）及機械手兩大（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（dāo）庫不能轉動。可能原（yuán）因（yīn）：電動機軸與蝸（wō）杆軸的（de）聯（lián）軸器鬆動；變頻器故障，電動（dòng）機不得電；接近開關或磁簧開關故障；PLC無輸出控製，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；檢查變頻器的輸入、輸出電壓是否正常；通過PLC的IO監控畫麵（miàn）檢查（chá）IO狀態，調整或更換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：刀盤定位不準。可能原因：電動機剎車器磨（mó）損。常（cháng）用措施：調整電動機（jī）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（néng）原因：氣壓不符合（hé）要求、止（zhǐ）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：調整氣壓到符合要求、鎖緊止動螺絲（sī）、更換氣缸、檢查（chá）電（diàn）磁閥接點或更換元件（jiàn）、更（gèng）換刀具。

④常（cháng）見故障4：刀套上下不到位。可能原因（yīn）：安裝調整不當或撥（bō）叉位置不正確、限（xiàn）位開關安裝不（bú）正確或調整（zhěng）不（bú）當，造成反饋信（xìn）號錯誤。常用措施：檢查、調整撥叉或限位開關位置，或更換元件。

⑤常（cháng）見故障5：倒刀時刀具（jù）掉落。可能原因：刀套內（nèi）彈簧夾力不夠或不能正常複位、刀（dāo）柄和拉（lā）釘的距離不正確。常用措施：調整或更換（huàn）元器件。

⑥常見故（gù）障6：刀套破裂。可能原因：刀（dāo）套未定位前有倒刀動作或（huò）未回位前刀盤轉動、裝入刀具時撞壞。常（cháng）用措施：調整刀盤定（dìng）位近接（jiē）開關或倒刀氣缸磁簧開（kāi）關位置、更換刀套。

⑦常見故障7：電（diàn）動機燒壞。可能原因：電源缺相或電壓不正確（què）、剎車燒壞、刀具超重（chóng）、組件不能運（yùn）轉。常用措施：檢查接（jiē）觸器接點是（shì）否損壞（huài）、電源是否（fǒu）缺（quē）相及電壓等級是（shì）否匹配；檢測剎車器線（xiàn）圈是否損壞、接地（dì）是否正確；檢（jiǎn）查刀具（jù）質量是否超過（guò）允許（xǔ）值；檢查刀套滑動部位是否（fǒu）順暢。

（2）機械手故障。

①常見故障1：刀（dāo）具夾不緊，時常掉刀。可能原因：卡爪彈簧的壓力太小、彈簧後麵的螺母鬆動、機械手卡緊鎖不起作用、刀具超（chāo）重。常用措施：擰緊彈簧後螺母、調整（zhěng）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（yīn）：卡爪彈簧（huáng）壓合過緊，卡爪（zhǎo）縮不回（huí）。常用措施：調鬆螺母或更（gèng）換彈簧，使最（zuì）大載荷不超過額定值。

③常見故障3：刀具（jù）交換時掉（diào）刀。可能原因：換（huàn）刀時主軸箱（xiāng）沒回到換刀點或換刀點漂移；機械手抓刀時沒有到位就開始打刀或拔刀、刀臂及刀（dāo）具的夾刀點不正確，打刀缸（gāng）鬆拉刀位置不準確，打刀缸壓力不夠（gòu），鬆刀不正常、刀具太重、刀臂變形。常用措施： 應（yīng）重設定換刀點；校正（zhèng）夾刀點、調整打刀（dāo）缸鬆刀行程、調整壓力值、檢（jiǎn）查刀（dāo）具質（zhì）量、更換刀臂。

④常見故障4：刀臂不（bú）回位。可能原因：電路（lù）接觸不良、無夾（jiá）刀或鬆刀信號、刀（dāo）臂（bì）彎（wān）曲。常用措（cuò）施：執行手動換（huàn）刀，檢查是否電路故障；用PLC監看（kàn）夾刀（dāo）或鬆刀信（xìn）號，調整近接開關位置、調（diào）整或更（gèng）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（chū）現主軸掉刀故障。

故障診斷與排除（chú）方法：

①檢查機械手（shǒu）手臂上兩個卡爪的彈簧及附件（jiàn），沒有發現異常（cháng），說明機械手夾持（chí）刀具（jù）沒有問題（tí）。

②拆開主軸檢查碟簧能否對刀具夾持（chí）緊固（gù），發現碟簧完好。

③打開（kāi）PLC的（de）I O監控畫麵，反（fǎn）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，說明該行程（chéng）開關有問題, 更換後故障排除。

（2）案（àn）例2。故（gù）障（zhàng）現象（xiàng）：加（jiā）工中心BX-110P機械（xiè）手取送刀具時不能縮爪。

故障診斷與排（pái）除方法： 打開PLC的（de）IO監控畫麵，發現相應的限位開關沒有壓合（hé）；調整其（qí）位（wèi）置後，機床恢複正常。但一段時間（jiān）之後，再次出（chū）現此故障，檢查限位開關沒有鬆動，但卻沒有壓合（hé），進一步（bù）檢（jiǎn）查發現液壓（yā）缸拉杆頂端鎖緊螺母的緊固（gù）螺釘鬆動，致使液壓缸伸縮的行程（chéng）發生了變化；調整鎖緊螺母並擰緊緊固螺釘後，此故（gù）障排除。

5.結語

機械手換刀裝置是數控機床（chuáng）最重要的功能部件之一，掌握其結構特點、控製（zhì）機理（lǐ），不斷總結歸（guī）納常見故障現象、原因及解決措施，不但有助於（yú）提高維修數控機床（chuáng）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。