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加工中心（xīn）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的故障及維修調整方法，結（jié）合（hé）實例，介紹換刀機構在執行伸縮、旋（xuán）轉動作時的維修調整步驟與檢測方法（fǎ）。

關鍵詞：加工中心；自動（dòng）換刀機構；凸輪；換刀點位置；機械（xiè）手伸縮旋轉

0 引言

機械手自動換刀機構廣泛應用於數控加工中心（xīn），其運動部件或刀具定位元件在（zài）出現（xiàn）磨（mó）損和損壞的情況下，換刀過程中會出現卡滯、掉（diào）刀等故障現象，有時快（kuài）速換刀過程（chéng）中衝擊較大，伴隨機械（xiè）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（bèi）損壞，如不及時有效處理，有可能會引發更大的損失。但是更（gèng）新換刀機構費用昂貴（每套進口設備換刀機（jī）構總成（chéng）均價在 30 萬元左右），且備（bèi）件周（zhōu）期很長。因此正確分析研（yán）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（fèn）元（yuán）件的更換與維修，能很大程度地降低維修費用，提高維修（xiū）速（sù）度，分析換刀機構的維修技術對現（xiàn）場的實際（jì）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（duì）於換刀點的位置

通過檢測裝置對換刀點位置在 X、Y 平麵內進行檢測（圖 1），檢測裝置采用可拆解的模擬刀具 3 連件，刀柄為 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（zhì）、插刀時刀具進入主軸是否在（zài）主軸錐孔中心位置以及（jí）是否發生幹涉產生異響等方麵檢查（chá），若有上述情況時更改主軸（zhóu）換刀點 X、Y 的換刀原點位置以及刀庫傳輸器的位置，位置誤差應控製在 0.2 mm 以內。以上操作均是在手動操作狀態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（shì）否完好可靠，主要檢測定位元件機械手爪圓（yuán）弧側麵的磨（mó）損量，以較重、較長刀具為例（lì）（重刀和長刀更容易驗證出換（huàn）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（lì）影響導致的（de）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。根據刀具裝入（rù）時的擺動量來判斷機械手爪（zhǎo）是否磨損（sǔn），磨損的手爪是固定的手爪還（hái）是活動的手爪，這時需要對手爪進行仔細的檢驗，一（yī）般是檢（jiǎn）驗（yàn）機械手爪的圓弧側麵，重點是活動手爪，因為活動手（shǒu）爪的受力麵積小，更容易磨損。手爪檢查完畢後，檢測鎖刀機構的鎖緊銷是否伸縮正（zhèng）常，鎖刀彈簧的回複（fù）力是否正常，正常情況下刀具鎖緊後在沒有壓入鎖緊銷的情況下是取不出來的，依次可（kě）手動檢驗刀具的鎖（suǒ）緊狀況。對磨損（sǔn）量大的機械手手爪應及時予以更換，此外，對於鎖刀彈簧回複力不夠的也應予以更換，根（gēn）據維修經驗，鎖刀（dāo）彈簧也屬於易消耗件，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複雜的複合傳動機構，要實現機械手（shǒu）伸出（chū）、旋轉 180°、縮回、鎖緊銷壓盤伸出壓（yā）住（zhù）鎖緊銷等一係列（liè）動（dòng）作，傳動包（bāo）含齒（chǐ）輪傳動、凸輪傳動、曲（qǔ）柄滑塊傳動等。以公司一台德國進口 NBH630 型臥式加工中心換刀傳動機構為例，故障現象為機械手（shǒu）換刀（dāo）時頻繁掉刀，首先要分析傳動故障的現象、原因和實施維修方案的（de）過程。由於現場作業吊運（yùn）的空間（jiān）狹小、吊（diào）裝（zhuāng）難（nán）度比較大，若要將（jiāng）整個換刀傳動機構整體吊出維修工作量很大，從實際（jì）情況出發，嚐試在現（xiàn）場對傳動機構進行拆解，當然加工中心的（de）自動換刀機構可以整（zhěng）體拆出做進一步的檢（jiǎn）查和（hé）維修，但是需要注意的是，拆出（chū）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。在現場解（jiě）體後，實際情況如圖2a）所（suǒ）示，進一步檢查（chá）時（shí）發現伸縮傳動鏈曲柄中與端麵凸輪配合的螺栓軸承損壞、曲柄回轉軸斷（duàn）裂，斷裂（liè）位置如 2b）所示。通過對機械手換刀傳動機構的（de）分解及原理分析，結合進口備件的周期和成本，此類故障是（shì）可以通過更換部分部件（jiàn）來解決的，於是采用自製曲柄回轉軸、定製軸（zhóu）承（chéng）進行安（ān）裝恢複。此過程需要自主測繪並加工所需備件，測繪並加工的曲柄回轉軸如圖 3 所示。

圖 2 分解後（hòu）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 安裝調試順序和注意事（shì）項

（1）先安（ān）裝圓（yuán）柱凸輪。圓柱凸（tū）輪（lún）的安裝要在機械（xiè）手伸縮的（de）位置安裝（zhuāng），由圓柱凸輪（lún）的凸輪槽的（de）曲線（xiàn）可（kě）以看（kàn）出（chū）（圖 4），當（dāng）凸輪槽斜齒（chǐ）部位與機械手旋轉軸（zhóu）的凸（tū）輪軸承（chéng）齧合時，旋轉軸處於旋轉狀態；當凸輪槽圓（yuán）周方向與機械手旋轉（zhuǎn）軸軸承齧合時，旋轉（zhuǎn）軸處於伸縮（suō）狀態，如果（guǒ）在旋（xuán）轉狀態安裝的話（huà），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（huò） 120°，根據齒數的傳動比可知，圓柱凸輪旋（xuán）轉一周轉過 3 個（gè）斜（xié）齒，與之齧合的機械手旋轉軸的（de） 6 個凸輪軸承同時轉過 3 個凸（tū）輪軸承（chéng），即圓柱凸輪轉（zhuǎn）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）轉軸的動（dòng）力傳（chuán）遞通

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

圖 4 機械手動作原（yuán）理

（2）伸（shēn）縮連杆的（de）安裝。安裝加工的曲柄回轉軸，安（ān）裝定製的凸輪軸承（chéng），連接伸縮杆與端（duān）麵凸輪槽。

（3）傳動齒輪的安裝。安裝齒輪時要防止凸輪（lún）軸承的位置（zhì）發生錯位

（4）蓋（gài）板的安裝（zhuāng）。將蓋（gài）板塗密封膠，拆掉左邊伸縮連杆軸的軸座和中間傳動齒輪軸的軸座，增大（dà）軸在（zài）孔間的移動量，便於多軸同時安（ān）裝，用 M8 長螺（luó）釘先連接上麵兩個螺釘孔，便於（yú）對（duì）準各安裝孔的位置（zhì），先對準鎖銷釋放盤連杆的中心定位軸的安裝，同時兼顧伸縮連杆軸和傳動齒輪軸的位置，逐步將各個軸安裝（zhuāng）到位（wèi），最終將（jiāng）蓋板固定。

（5）分別安裝伸縮連（lián）杆軸座和傳（chuán）動齒輪軸的軸座，軸孔錯位時可（kě）盤動電機使軸孔同軸（zhóu），使兩個軸（zhóu）座的安（ān）裝順利，然後緊固 3個（gè）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（jiāng）機械手盤動至縮回的初始位置，連接編碼（mǎ）器。

（7）安裝完成後，重新校驗換刀點位置，執行自動換刀動（dòng）作，此時機床換刀正常。

2、應用實例

通過對自（zì）動換刀機構維修技術的研究，取得一定的維修經驗及技術積累，並成功運用到公司其他設備的維修工（gōng）作之中。例如公司一台德國進（jìn）口 DMC160U 型五軸（zhóu）聯動立臥轉換加工中心，在加工過程中突發機械手（shǒu）執行旋轉時無動作的故障，對機械手換刀機構進行拆解後發現與凸輪槽配合的旋轉軸出現斷裂的情（qíng）況（圖 5a）），將斷軸拆開後借助壓床將軸承壓出，對斷軸進行測繪加工後（hòu），更換新軸後修複故障。

圖 5 斷軸位置以及凸（tū）輪槽磨損

再如公司一台美國進口辛辛那（nà）提立（lì）式加工（gōng）中（zhōng）心，設（shè）備在使用過（guò）程中頻繁出現機械手換刀（dāo）時掉刀的（de）故障，維修人員多次（cì）調整換刀（dāo）點位置未果，對換刀機構拆解後做進一步檢查時發現，減速器內部（bù）的凸輪磨損（sǔn）（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（xuán）轉、伸縮動作時間隙過大，換刀點位置無法保（bǎo）證，這是造成機械手掉刀的根本原因。維修（xiū）人員對凸輪進（jìn）行更換後，機械（xiè）手換刀動作穩定，設備故障得（dé）以消除。

3、結束語

在數控加工中心的維修過程中，會遇到各（gè）式各樣的（de）故障類型；加工中心的（de）自動換刀機構故障隻是其中一種常見的故障類型，此（cǐ）故障（zhàng）會涉及換（huàn）刀點位置的校驗及修改、機械（xiè）手手爪及換刀機構（gòu）部件磨損的排查、更換等方（fāng）麵，這是（shì）一套係統（tǒng）的維修過程（chéng）。在實際中，還會經常遇到進口設備自動換刀機構磨損部件無法（fǎ）單獨采購（gòu），造成維（wéi）修工作被動的局麵，這時需要維修工作者（zhě）對機構原理進（jìn）行分析掌握，避免盲目拆卸後機構無法回裝至原（yuán）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，進行經驗的分享及交流（liú），希望對從事此（cǐ）類維修工作的人（rén）員提供依據。

編輯：畢來金（jīn）

作者：薛（xuē）一剛 1，常喜（xǐ）萍 2，劉安寧 1，嶽振峰 1，陳榮帥（shuài） 1

來源：（1.第一拖拉（lā）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保部，河南洛陽 471003）

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