加工中（zhōng）心自動換刀機構（gòu）的維修技術及應用
2024-4-17 來源（yuán）：- 作者：薛一剛 常喜萍 等
摘 要（yào）：介紹加工中心自動換刀機構在換刀過（guò）程中出現（xiàn）的（de）故障及維修調整（zhěng）方（fāng）法，結合實（shí）例，介紹換（huàn）刀機構在執行伸縮、旋轉動作（zuò）時的維修調整步驟與檢測方法。
關鍵（jiàn）詞：加工中心；自動換刀機構；凸（tū）輪；換刀點位置；機（jī）械手伸縮旋轉
0 引（yǐn）言
機械手（shǒu）自動換刀機構廣泛應用（yòng）於數控加工中心，其運動部（bù）件或刀具定位元件在出現磨損和損壞的情況下，換刀過程中會出現卡滯、掉刀等故障現象，有時快速換刀過程中衝擊較大，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（jí）設備損壞，如不及時（shí）有效處理，有（yǒu）可能會（huì）引發更大的（de）損失。但是更（gèng）新（xīn）換刀機構費用昂貴（每套進口設（shè）備換刀機構總（zǒng）成均價在 30 萬（wàn）元左右），且備（bèi）件周期（qī）很長。因此（cǐ）正確（què）分析研判換刀機構卡刀、掉刀（dāo）等故障因素，利用或（huò）結合現有可行的維修資源（yuán），對其進行部分元件的更換與（yǔ）維修，能（néng）很大程度地（dì）降低維修費用，提高維修（xiū）速度，分析換刀機構的維修技術對現場的實（shí）際維修過程具有現實的指導意義。
1、機械手換刀故障的維修調整方法
1.1 調整刀庫傳輸器與主軸相對於（yú）換刀點的位置
通過檢測裝置對換刀點位（wèi）置在 X、Y 平（píng）麵內進行檢測（圖 1），檢測裝置采用可拆解的模擬刀具 3 連件，刀柄為（wéi） HSK 結構，主（zhǔ）要根據刀具進入機械手（shǒu）手爪及（jí）鍵塊時（shí）是否在中心位置（zhì）、插刀（dāo）時刀具進（jìn）入（rù）主（zhǔ）軸是否（fǒu）在主軸錐孔中心位置以及是否發生幹涉產生異響等方麵檢查，若有上述情況時更改主（zhǔ）軸換刀點 X、Y 的換（huàn）刀原點位（wèi）置以及刀庫傳（chuán）輸器的位（wèi）置，位置誤差應（yīng）控製在 0.2 mm 以內。以上操作均是在手動操作狀（zhuàng）態下或手盤電機的情況下操作。
圖 1 利用（yòng）檢測裝置校驗換（huàn）刀點（diǎn）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麵的（de）磨損量，以較重、較（jiào）長刀具為例（重刀和長刀更容易驗（yàn）證出換刀效果），分別裝入兩個機械手，在刀具的遠（yuǎn）端水平方向施加外力，檢測左右的擺動量，以（yǐ）及刀具受重力影（yǐng）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（yǐng）響，裝（zhuāng）刀時會卡滯或鎖不住刀。根據刀（dāo）具裝入時的擺（bǎi）動量來判（pàn）斷機械手爪是否磨損（sǔn），磨損的手爪（zhǎo）是固定的手（shǒu）爪還是活動的手爪，這時需要對（duì）手爪進行仔（zǎi）細（xì）的檢驗，一般是檢驗機（jī）械手爪的（de）圓弧側（cè）麵，重點是（shì）活動手爪，因（yīn）為活動手爪（zhǎo）的受力麵積小，更（gèng）容易磨損。手爪檢查完畢（bì）後，檢測鎖刀機構（gòu）的鎖緊銷是否伸縮正常，鎖刀彈簧（huáng）的回複力是否正常，正常情況下刀具鎖緊後在沒有壓入鎖緊銷的（de）情況下是取不出來的，依次可手動檢驗刀具（jù）的鎖緊狀況。對磨損量大的機械手手爪應及（jí）時予以更換，此外（wài），對於鎖刀（dāo）彈簧回複力不夠的也應（yīng）予以更換，根據維修經驗，鎖刀彈簧也屬於易消耗件，維修人員（yuán）應該多加注（zhù）意。
1.3 換刀傳動機構的檢測與維修
換刀傳動（dòng）機構是一個複雜的（de）複合傳動機構，要實現機械手（shǒu）伸出、旋轉 180°、縮回、鎖緊銷壓盤伸出壓住鎖緊銷等一（yī）係列動作，傳動包含齒輪傳動、凸（tū）輪傳（chuán）動、曲柄滑塊傳動等。以公司一台德國進口 NBH630 型臥式加（jiā）工中心換刀傳動機（jī）構為例，故障現象為機械手換刀（dāo）時頻繁掉刀，首先要分析傳動故障的現象、原因和實施（shī）維修（xiū）方案的過程。由於現場作業吊運的空（kōng）間狹小、吊（diào）裝難度比較大，若要將整個換刀傳動機構整（zhěng）體吊出維修工（gōng）作量很（hěn）大，從實際情況出發（fā），嚐試在現（xiàn）場對傳動機構進行拆解，當然（rán）加（jiā）工中心的（de）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（ān）裝時需要特（tè）別注意整體安（ān）裝位（wèi）置，避免二次安裝偏差（chà）造成的換（huàn）刀問題。在現場解體後，實際情況如（rú）圖2a）所示，進一步檢查時發現伸縮傳動鏈曲柄中（zhōng）與（yǔ）端（duān）麵凸輪（lún）配合的螺栓軸（zhóu）承損（sǔn）壞、曲柄回轉軸斷裂，斷裂位置如 2b）所（suǒ）示。通過對（duì）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（běn），此類故障（zhàng）是可以通過更換部分部件來（lái）解決的，於是采用自製曲柄回轉（zhuǎn）軸、定製軸承進行安裝恢複。此（cǐ）過程需要自主測繪並加工所需備件，測繪（huì）並加工的曲柄回轉軸如圖 3 所示。
圖 2 分解後的換刀機構以及（jí）損壞的部（bù）件
圖（tú） 3 自主測繪曲柄回轉軸（zhóu）
1.4 安裝調試順序和注意事項
（1）先安裝圓（yuán）柱凸輪。圓柱凸輪的安裝要在機械手伸縮的位置安裝（zhuāng），由圓柱凸輪（lún）的凸輪槽的曲線可以看出（圖 4），當凸輪槽（cáo）斜齒（chǐ）部（bù）位與機械手（shǒu）旋轉軸的凸輪軸承齧合時，旋轉軸處於旋轉狀（zhuàng）態；當凸輪槽圓周方向與機械手（shǒu）旋轉軸軸承齧合時，旋轉軸處於伸縮狀態，如果在旋轉狀態安裝的（de）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°，根據齒數的傳動比可知，圓（yuán）柱凸輪旋轉一周轉過 3 個斜齒，與之齧合的機械手旋轉軸的 6 個凸（tū）輪軸承同時（shí）轉過 3 個凸輪軸承，即圓柱凸（tū）輪轉過一周是一個循環，機械手旋轉 180°仍處於水平位置，機械手與旋（xuán）轉軸（zhóu）的動力傳遞通過 32 個（gè）齒的花鍵連接，32/6 不是整（zhěng）數，因此無法（fǎ）通過調（diào）整機械手在花鍵軸上的安裝位置來調整機械手的初始水平位置（zhì）。
圖 4 機械手動作原理
（2）伸縮連杆的安裝。安裝加工的曲柄回轉（zhuǎn）軸，安裝定製的（de）凸（tū）輪軸承（chéng），連接伸縮杆與端（duān）麵凸輪槽。
（3）傳動齒輪的安裝。安裝齒輪時（shí）要（yào）防止凸輪軸承的位置發生錯位。
（4）蓋板的安裝。將蓋板塗密（mì）封（fēng）膠，拆掉左邊伸縮連杆軸的軸座和中間傳動齒輪軸的軸座，增（zēng）大軸在孔間的移動量，便於多軸同時安裝，用 M8 長（zhǎng）螺釘先（xiān）連接上（shàng）麵兩個螺釘孔，便於對準各安裝孔的位置，先對準鎖銷（xiāo）釋放盤（pán）連杆的中心定位軸的安裝，同時兼（jiān）顧伸縮連（lián）杆軸和傳動齒輪軸的位置，逐步（bù）將各個軸安裝到位，最終將蓋板固定。
（5）分別安裝伸縮連杆軸座（zuò）和傳動齒輪軸的軸座，軸孔錯位時可盤（pán）動電機使軸孔同軸，使兩個（gè）軸（zhóu）座的（de）安裝順（shùn）利，然後緊固 3個軸的鎖母。
（6）編碼（mǎ）器的安裝，在編碼器的初始位置安裝，手（shǒu）動將機械手盤動至縮回的初始位置，連接編碼器。
（7）安（ān）裝（zhuāng）完成後，重新（xīn）校驗換刀點位置，執行自（zì）動換刀動作，此時機床換刀正常。
2、應（yīng）用實例
通過對自動換刀（dāo）機構維修技術的研究，取得一定（dìng）的維修經驗及技術積累，並成功（gōng）運用到公（gōng）司其他設備的維修工作之中。例如公司一台德國進口 DMC160U 型五軸聯動（dòng）立臥轉換加（jiā）工中心（xīn），在加工過程中（zhōng）突發機械手執行旋轉時無動作的故障，對機械手換刀機構進行拆解（jiě）後發現與（yǔ）凸輪槽配合的旋轉軸出現斷裂的情況（圖 5a）），將斷軸拆開後借助壓床將軸承壓（yā）出，對斷軸進行測繪加工後，更換新軸（zhóu）後修（xiū）複故障。
再如公司一台美國進口辛辛那（nà）提（tí）立式（shì）加工（gōng）中心，設（shè）備在使用過程（chéng）中頻繁出現機械手換刀時掉刀的故（gù）障，維修人員多次調整換刀（dāo）點位置未（wèi）果，對換刀機構拆解後做進一步檢（jiǎn）查時發現，減速器內部的凸輪（lún）磨損（圖 5b）），凸輪槽磨出台階 1 mm，磨損後導致的結果是換刀機構在執行旋轉、伸縮動作時間隙過大，換刀（dāo）點（diǎn）位置無（wú）法保證，這是造（zào）成機械（xiè）手掉刀的根本原因。維修人員對凸輪進行更換後，機械手換（huàn）刀動作穩定，設（shè）備（bèi）故障（zhàng）得以消除。
圖 5 斷軸位置以及凸輪槽磨損
3、結束語
在數控加工中心的維修（xiū）過程中，會遇到（dào）各式各樣的故障類型；加工中心的自動換刀機構（gòu）故障隻是其中一種常見的故（gù）障類型，此故障（zhàng）會涉及（jí）換刀（dāo）點位置的校驗及修改、機械手（shǒu）手爪及換刀機構部（bù）件磨損的排查、更換等方麵，這（zhè）是一套係（xì）統的維修過程。在實際中，還會（huì）經常遇到（dào）進口設備自動換刀機構磨損部件無法（fǎ）單獨采購，造成維修工作被動的局麵，這時需要維修工（gōng）作者對機構原理進行分（fèn）析（xī）掌握（wò），避免盲目拆卸後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（gòu）的故障，進行經（jīng）驗的分享及交流，希望（wàng）對從事此類維修工作的人員（yuán）提供依據。
來源：第一拖拉（lā）機股份有限公司大拖公司第一（yī）拖（tuō）拉機股份有限公司安全環保部
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