​數控機床（chuáng）機械（xiè）手換刀裝置故障與（yǔ）維修（xiū）

在數控機床的維修中，與換刀（dāo）相關的故（gù）障極為多見（jiàn）。本文基（jī）於機械手換（huàn）刀裝置的（de）結構與動作控製，結（jié）合維（wéi）修實例，歸納（nà）常見故障現象、原（yuán）因及處理措施，在數控機床的維修（xiū）與改造中具有較大的現實意義，值得認真探索、交流（liú）與推廣。

數控機床特別是數控加工中心高（gāo）精（jīng）度、高效率的重要原因之一在於其一次裝夾、多工序自（zì）動（dòng）加工，而實現這一功能的關鍵在於自動換刀裝置。由於自動換刀裝置工作（zuò）頻度（dù）高、控（kòng）製機構複雜，包括刀庫、刀（dāo）具交換以及（jí）驅動等部分，因此出現故障的幾率也大，在數（shù）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（shú）悉換刀的動作流程，總結歸納常見故障現象、原因及解決措施，借鑒（jiàn）相關維（wéi）修實例，有助於快速（sù）、準確地診斷並排除故障，提高維修工作的質（zhì）量與效率。

1.機械手換刀裝置的結（jié）構（gòu）

數控機床（chuáng）自動換刀（dāo）功能的實現有多種方式。按是否由機械（xiè）手換刀可（kě）將其分為（wéi）兩類：無機械（xiè）手換刀（如鬥笠式）大多依靠主軸與刀庫間的軸向相對運動實現拔刀與插刀，換刀時刀庫移至換刀位置，主軸（zhóu）先將刀具還回刀庫（kù）換刀位的空刀座（zuò）上，然後刀庫旋轉使下一工序（xù）所需刀（dāo）具進入換刀（dāo）位置，主軸再從刀庫取走新的刀具，還刀和取刀兩個動作隻能分步進行，加（jiā）之主軸的軸向運動以及刀庫的移動和轉動，因（yīn）此換刀時間長（zhǎng），加工效率低，刀庫的容量也較小；目前數（shù）控機（jī）床更多采用的是機械手換刀，利（lì）用機械手快（kuài）速（sù）、準（zhǔn）確（què）地對調刀庫中換刀位與（yǔ）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（bú）受換刀機構限製。

1.刀具固定板架2.刀座3.換刀機械手

4.換刀位置刀座5.取（qǔ）刀機械手縱向導軌

6.取刀機械手橫向導軌

刀庫按刀具的布局可（kě）分（fèn）為盤式、鏈式（shì）和格子式三種。盤式刀庫刀具呈圓周狀分布（bù），鏈式刀庫刀具布置在鏈條的各個環節上，格子式刀（dāo）庫（kù）刀具縱橫排列。盤式刀庫空間（jiān）利用率低（dī）、容量小，一般用於小型加工中心。鏈式與（yǔ）格子式刀庫空間利用率高、容量大，用於（yú）中型與大型數控加工中心。刀庫的作用（yòng）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刀（dāo）具準確地送到換刀位置。

刀具交換裝置的驅（qū）動方式有（yǒu）液（yè）壓、伺服和交流異步電動機驅動（dòng）三（sān）種。液壓驅動需要足夠（gòu）的液壓（yā）動力，且運動的速度和準確性受油質、油壓、油溫及（jí）環境等因素影響，一般用（yòng）於不需要頻繁換刀的大中型機床。伺服電動機驅動（dòng）的換刀裝置換刀速度快、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，借助凸輪（lún）機構，換（huàn）刀速度（dù）快、定（dìng）位準、穩定性（xìng）高、連貫性好且成本（běn）低，廣泛用於頻繁換刀的中（zhōng）小型（xíng）加工中心。

2.機械手換刀（dāo）動作流程與選刀方式

刀庫的選刀有順序選（xuǎn）刀、刀具編碼選刀、刀座編（biān）碼選刀和（hé）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剛取走刀具（jù）的換刀位刀座內（nèi），取刀與還刀同步完成。其原理是在存儲器中建立換刀數（shù）據表，表中存儲單元的地址與刀座編號及主軸相對應（yīng），因此數據表的容量為（wéi）刀庫中刀座數加1，存儲（chǔ）單元中的數據（jù）與（yǔ）刀具編號一一對應（yīng），如附表所示（shì）。換刀時（shí）數據更（gèng）新是先將主軸所對應的（de）存儲單元中（zhōng）的（de）數據（換刀前（qián）刀（dāo）具的編號）寫入刀庫換（huàn）刀位刀座所對應的（de）存儲單元中，再將換刀指令（lìng）中的刀具編號寫入主軸所對應的存儲單元，完成主軸與換（huàn）刀位刀具（jù）編（biān）號的對換。假設數據表存儲單元首地址為D300，該（gāi）地址（zhǐ）所（suǒ）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）的存儲單元中的數據，即刀庫中從1#～n#刀座上刀具的編號。

3.機械手換刀裝置的常見故障與（yǔ）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，根據其結構特點及換刀動作過程，歸納刀庫及機械手兩（liǎng）大方麵常見故障現象、產生原因與采取措施如下。

（1）刀庫（kù）故障。

①常見故障1：刀（dāo）庫不能（néng）轉動。可（kě）能原因（yīn）：電動機軸與蝸（wō）杆軸的聯（lián）軸器鬆動；變頻器故障，電動機（jī）不得電；接近開關或磁簧開關故障；PLC無輸出控製，或PLC有（yǒu）輸出但接口板中的繼電器失效（xiào）；氣壓低。常用措施：檢查調整聯（lián）軸（zhóu）器；檢（jiǎn）查變頻器的輸入、輸出電壓是否正常；通過PLC的（de）IO監控畫麵檢查IO狀態（tài），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（yā）達到規（guī）定值。

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

③常見故障3：換刀位刀座在（zài）倒刀時不正常。可能（néng）原因：氣壓不符合要（yào）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（chāo）長。常用措施：調（diào）整氣壓到符合要求、鎖緊止動螺絲、更（gèng）換氣缸、檢查電磁閥接點或更換（huàn）元件（jiàn）、更換刀具。

④常見故（gù）障（zhàng）4：刀套上下不到位。可能原因：安裝調整不當或撥叉位置不正確、限（xiàn）位開關安裝不正確或調整不當，造成反（fǎn）饋信號錯誤。常（cháng）用措施：檢查、調整撥叉或限位開關位置（zhì），或（huò）更換（huàn）元件。

⑤常見故（gù）障5：倒刀時（shí）刀具掉落。可能原因：刀套內彈簧夾力不夠或不能（néng）正常複（fù）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（jiàn）故障6：刀（dāo）套破裂。可能原（yuán）因：刀套未定位前有倒刀動作或未回位前刀盤轉（zhuǎn）動、裝入（rù）刀具（jù）時撞壞。常用措施：調整刀盤定位近接開關或倒刀氣缸磁簧開關位置、更換刀（dāo）套。

⑦常見故障7：電動機（jī）燒壞。可能原（yuán）因：電源缺相或電（diàn）壓不正確、剎車燒壞、刀具超重、組件不能運轉。常用措（cuò）施（shī）：檢查接觸（chù）器接點是否損壞、電源（yuán）是否缺相（xiàng）及電（diàn）壓等級是否匹配；檢測剎車器線圈是否損壞、接地是否正（zhèng）確；檢（jiǎn）查刀具質量是（shì）否超（chāo）過允許值；檢（jiǎn）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：卡爪彈簧的（de）壓力太小（xiǎo）、彈（dàn）簧後麵的（de）螺母鬆動（dòng）、機械手卡緊鎖（suǒ）不起作用、刀具超重。常用措施：擰緊彈簧（huáng）後螺母、調整或更（gèng）換卡緊鎖、更換彈簧、更換刀具。

②常見故障2：刀具夾緊後鬆不開。可能原因：卡爪彈簧壓合過緊，卡爪縮不回。常用措（cuò）施：調（diào）鬆（sōng）螺母或更換彈簧（huáng），使（shǐ）最（zuì）大載荷不超（chāo）過額定值。

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（diǎn）或換刀（dāo）點漂移；機械手抓刀時沒有到位就開始打刀或拔刀、刀臂及刀具的夾刀點不正確，打刀缸鬆拉刀位置不準（zhǔn）確（què），打刀缸壓力不夠，鬆刀不正常、刀具太重、刀臂變形。常用措施： 應重設定換刀（dāo）點；校正夾刀點、調整打刀缸鬆刀行程（chéng）、調整壓力值、檢查刀具質量、更換（huàn）刀臂。

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

4.維修實例

（1）案例1。

故障現象：加工中心（xīn）VMC1000C換刀時出現主軸掉刀故障。

故障診（zhěn）斷與排除方法：

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

②拆開主軸檢查（chá）碟（dié）簧能否對刀具夾持緊固，發現碟簧完好。

③打開PLC的I O監控畫麵，反複按（àn）壓主軸刀具夾緊到位行程開關（guān），發現其“0”、“1”狀（zhuàng）態與實際動（dòng）作不一致，說明該行程開關有問（wèn）題,更換後故障排除。

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

故障診斷與排除方法：打開PLC的IO監控畫麵，發（fā）現相應的限位開關（guān）沒有壓合；調整其位置後，機床恢複（fù）正常。但一段時間之後，再次出現此故障，檢查限位開關沒有鬆動，但卻沒有壓合（hé），進一步檢查發現（xiàn）液壓缸拉杆頂端（duān）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（biàn）化；調整鎖緊螺母並擰緊緊固螺（luó）釘後，此故障（zhàng）排除。

5.結語（yǔ）

機械手換刀裝置是數控機床最重要的功能部件（jiàn）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（jí）解決措施，不但有（yǒu）助於提高（gāo）維修數控機床的效率與質量，對機床的維（wéi）護與改造也有重要的參考意義。