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加工中心自動換刀機構的維修技術及應用

2024-10-8 來源：- 作者：-

摘要：介紹加工中心自動換刀機構在換刀過程中出現(xiàn)的故障及維修調(diào)整方法，結合實例，介紹換刀機構在執(zhí)行伸縮、旋轉動作時的維修調(diào)整步驟與檢測方法。

關鍵詞：加工中心；自動換刀機構；凸輪；換刀點位置；機械手伸縮旋轉

0 引言

機械手自動換刀機構廣泛應用于數(shù)控加工中心，其運動部件或刀具定位元件在出現(xiàn)磨損和損壞的情況下，換刀過程中會出現(xiàn)卡滯、掉刀等故障現(xiàn)象，有時快速換刀過程中沖擊較大，伴隨機械部件異響，造成的結果是機械手無法正常換刀，甚者會導致刀具及設備損壞，如不及時有效處理，有可能會引發(fā)更大的損失。但是更新?lián)Q刀機構費用昂貴（每套進口設備換刀機構總成均價在 30 萬元左右），且備件周期很長。因此正確分析研判換刀機構卡刀、掉刀等故障因素，利用或結合現(xiàn)有可行的維

修資源，對其進行部分元件的更換與維修，能很大程度地降低維修費用，提高維修速度，分析換刀機構的維修技術對現(xiàn)場的實際維修過程具有現(xiàn)實的指導意義。

1、機械手換刀故障的維修調(diào)整方法

1.1 調(diào)整刀庫傳輸器與主軸相對于換刀點的位置

通過檢測裝置對換刀點位置在 X、Y 平面內(nèi)進行檢測（圖 1），檢測裝置采用可拆解的模擬刀具 3 連件，刀柄為 HSK 結構，主要根據(jù)刀具進入機械手手爪及鍵塊時是否在中心位置、插刀時刀具進入主軸是否在主軸錐孔中心位置以及是否發(fā)生干涉產(chǎn)生異響等方面檢查，若有上述情況時更改主軸換刀點 X、Y 的換刀原點位置以及刀庫傳輸器的位置，位置誤差應控制在 0.2 mm 以內(nèi)。以上操作均是在手動操作狀態(tài)下或手盤電機的情況下操作。

圖 1 利用檢測裝置校驗換刀點位置

1.2 機械手刀具定位元件和鎖刀機構的檢測

檢查刀具定位鍵塊是否完好可靠，主要檢測定位元件機械手爪圓弧側面的磨損量，以較重、較長刀具為例（重刀和長刀更容易驗證出換刀效果），分別裝入兩個機械手，在刀具的遠端水平方向施加外力，檢測左右的擺動量，以及刀具受重力影響導致的低頭量，且對刀柄尾部造成的擺動不超過 0.2 mm，否則將會對換刀造成影響，裝刀時會卡滯或鎖不住刀。根據(jù)刀具裝入時的擺動量來判斷機械手爪是否磨損，磨損的手爪是固定的手爪還是活動的手爪，這時需要對手爪進行仔細的檢驗，一般是檢驗機械手爪的圓弧側面，重點是活動手爪，因為活動手爪的受力面積小，更容易磨損。手爪檢查完畢后，檢測鎖刀機構的鎖緊銷是否伸縮正常，鎖刀彈簧的回復力是否正常，正常情況下刀具鎖緊后在沒有壓入鎖緊銷的情況下是取不出來的，依次可手動檢驗刀具的鎖緊狀況。對磨損量大的機械手手爪應及時予以更換，此外，對于鎖刀彈簧回復力不夠的也應予以更換，根據(jù)維修經(jīng)驗，鎖刀彈簧也屬于易消耗件，維修人員應該多加注意。

1.3 換刀傳動機構的檢測與維修

換刀傳動機構是一個復雜的復合傳動機構，要實現(xiàn)機械手伸出、旋轉 180°、縮回、鎖緊銷壓盤伸出壓住鎖緊銷等一系列動作，傳動包含齒輪傳動、凸輪傳動、曲柄滑塊傳動等。以公司一臺德國進口 NBH630 型臥式加工中心換刀傳動機構為例，故障現(xiàn)象為機械手換刀時頻繁掉刀，首先要分析傳動故障的現(xiàn)象、原因和實施維修方案的過程。由于現(xiàn)場作業(yè)吊運的空間狹小、吊裝難度比較大，若要將整個換刀傳動機構整體吊出維修工作量很大，從實際情況出發(fā)，嘗試在現(xiàn)場對傳動機構進行拆解，當然加工中心的自動換刀機構可以整體拆出做進一步的檢查和維修，但是需要注意的是，拆出重新安裝時需要特別注意整體安裝位置，避免二次安裝偏差造成的換刀問題。在現(xiàn)場解體后，實際情況如圖2a）所示，進一步檢查時發(fā)現(xiàn)伸縮傳動鏈曲柄中與端面凸輪配合的螺栓軸承損壞、曲柄回轉軸斷裂，斷裂位置如 2b）所示。通過對機械手換刀傳動機構的分解及原理分析，結合進口備件的周期和成本，此類故障是可以通過更換部分部件來解決的，于是采用自制曲柄回轉軸、定制軸承進行安裝恢復。此過程需要自主測繪并加工所需備件，測繪并加工的曲柄回轉軸如圖 3 所示。

圖 2 分解后的換刀機構以及損壞的部件

圖 3 自主測繪曲柄回轉軸

1.4 安裝調(diào)試順序和注意事項

（1）先安裝圓柱凸輪。圓柱凸輪的安裝要在機械手伸縮的位置安裝，由圓柱凸輪的凸輪槽的曲線可以看出（圖 4），當凸輪槽斜齒部位與機械手旋轉軸的凸輪軸承嚙合時，旋轉軸處于旋轉狀態(tài)；當凸輪槽圓周方向與機械手旋轉軸軸承嚙合時，旋轉軸處于伸縮狀態(tài)，如果在旋轉狀態(tài)安裝的話，會造成旋轉軸的初始位置可能不在水平位置，與水平位置或 60°或 120°，根據(jù)齒數(shù)的傳動比可知，圓柱凸輪旋轉一周轉過 3 個斜齒，與之嚙合的機械手旋轉軸的 6 個凸輪軸承同時轉過 3 個凸輪軸承，即圓柱凸輪轉過一周是一個循環(huán)，機械手旋轉 180°仍處于水平位置，機械手與旋轉軸的動力傳遞通

過 32 個齒的花鍵連接，32/6 不是整數(shù)，因此無法通過調(diào)整機械手在花鍵軸上的安裝位置來調(diào)整機械手的初始水平位置。

圖 4 機械手動作原理

（2）伸縮連桿的安裝。安裝加工的曲柄回轉軸，安裝定制的凸輪軸承，連接伸縮桿與端面凸輪槽。

（3）傳動齒輪的安裝。安裝齒輪時要防止凸輪軸承的位置發(fā)生錯位

（4）蓋板的安裝。將蓋板涂密封膠，拆掉左邊伸縮連桿軸的軸座和中間傳動齒輪軸的軸座，增大軸在孔間的移動量，便于多軸同時安裝，用 M8 長螺釘先連接上面兩個螺釘孔，便于對準各安裝孔的位置，先對準鎖銷釋放盤連桿的中心定位軸的安裝，同時兼顧伸縮連桿軸和傳動齒輪軸的位置，逐步將各個軸安裝到位，最終將蓋板固定。

（5）分別安裝伸縮連桿軸座和傳動齒輪軸的軸座，軸孔錯位時可盤動電機使軸孔同軸，使兩個軸座的安裝順利，然后緊固 3個軸的鎖母。

（6）編碼器的安裝，在編碼器的初始位置安裝，手動將機械手盤動至縮回的初始位置，連接編碼器。

（7）安裝完成后，重新校驗換刀點位置，執(zhí)行自動換刀動作，此時機床換刀正常。

2、應用實例

通過對自動換刀機構維修技術的研究，取得一定的維修經(jīng)驗及技術積累，并成功運用到公司其他設備的維修工作之中。例如公司一臺德國進口 DMC160U 型五軸聯(lián)動立臥轉換加工中心，在加工過程中突發(fā)機械手執(zhí)行旋轉時無動作的故障，對機械手換刀機構進行拆解后發(fā)現(xiàn)與凸輪槽配合的旋轉軸出現(xiàn)斷裂的情況（圖 5a）），將斷軸拆開后借助壓床將軸承壓出，對斷軸進行測繪加工后，更換新軸后修復故障。

圖 5 斷軸位置以及凸輪槽磨損

再如公司一臺美國進口辛辛那提立式加工中心，設備在使用過程中頻繁出現(xiàn)機械手換刀時掉刀的故障，維修人員多次調(diào)整換刀點位置未果，對換刀機構拆解后做進一步檢查時發(fā)現(xiàn)，減速器內(nèi)部的凸輪磨損（圖 5b）），凸輪槽磨出臺階 1 mm，磨損后導致的結果是換刀機構在執(zhí)行旋轉、伸縮動作時間隙過大，換刀點位置無法保證，這是造成機械手掉刀的根本原因。維修人員對凸輪進行更換后，機械手換刀動作穩(wěn)定，設備故障得以消除。

3、結束語

在數(shù)控加工中心的維修過程中，會遇到各式各樣的故障類型；加工中心的自動換刀機構故障只是其中一種常見的故障類型，此故障會涉及換刀點位置的校驗及修改、機械手手爪及換刀機構部件磨損的排查、更換等方面，這是一套系統(tǒng)的維修過程。在實際中，還會經(jīng)常遇到進口設備自動換刀機構磨損部件無法單獨采購，造成維修工作被動的局面，這時需要維修工作者對機構原理進行分析掌握，避免盲目拆卸后機構無法回裝至原位，造成新的更為棘手的故障，針對公司自主解決進口設備自動換刀機構的故障，進行經(jīng)驗的分享及交流，希望對從事此類維修工作的人員提供依據(jù)。

編輯：畢來金

作者：薛一剛 1，常喜萍 2，劉安寧 1，岳振峰 1，陳榮帥 1

來源：（1.第一拖拉機股份有限公司大拖公司，河南洛陽 471003；2.第一拖拉機股份有限公司安全環(huán)保部，河南洛陽 471003）

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