何祥金

一、故障現(xiàn)象

從德國(guó)HELLER公司引入一批柔性線數(shù)控加工中心機(jī)床MCP-H250，主要用于柴油發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體及缸蓋的關(guān)鍵工序加工。這種數(shù)控加工中心的特點(diǎn)就是換線生產(chǎn)容易，可兼顧加工多種柴油機(jī)機(jī)型的重要配件。近期MCP-H250加工中心機(jī)械手換刀時(shí)旋轉(zhuǎn)不到位，刀具裝不進(jìn)主軸錐孔，即加工中心機(jī)械手旋轉(zhuǎn)角度本應(yīng)該為180°，現(xiàn)在只能旋轉(zhuǎn)175°左右。

二、機(jī)械手工作原理分析

MCP-H250加工中心機(jī)械手處于主軸位置的正上方（圖1）。在圖1中，機(jī)械手由兩個(gè)相互垂直的刀具抓爪組成。換刀時(shí)，通過(guò)180°的順時(shí)針旋轉(zhuǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)刀具的交換。動(dòng)作順序?yàn)椋簷C(jī)械手抓爪抓刀→由油缸向主軸前方推出→順時(shí)針旋轉(zhuǎn)180°使刀從機(jī)械手的上方轉(zhuǎn)到下方，對(duì)正主軸錐孔前方→機(jī)械手向主軸后方退回→把刀裝進(jìn)主軸錐孔中→抓刀手松開(kāi)刀體→待加工完后再抓刀逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)180°，完成該動(dòng)作進(jìn)入下一個(gè)動(dòng)作循環(huán)。

三、故障原因分析

由于機(jī)械手實(shí)現(xiàn)刀具交換的過(guò)程中旋轉(zhuǎn)不到最終位置，即旋轉(zhuǎn)了175°左右，無(wú)法執(zhí)行下一步動(dòng)作，而驅(qū)動(dòng)機(jī)械手旋轉(zhuǎn)的執(zhí)行元件是擺動(dòng)液壓缸，由數(shù)控系統(tǒng)控制其換刀動(dòng)作順序。造成這一故障的可能原因主要有：

（1）機(jī)械阻礙，擺動(dòng)液壓缸在旋轉(zhuǎn)即將到達(dá)最終行程的過(guò)程中，機(jī)械手中的某個(gè)零件松動(dòng)，阻礙機(jī)械手繼續(xù)旋轉(zhuǎn)。

（2）液壓系統(tǒng)壓力不足，觀察其他加工中心時(shí)發(fā)現(xiàn)，在旋轉(zhuǎn)即將到達(dá)終點(diǎn)位置時(shí)，有一個(gè)短暫的緩慢過(guò)程，所以極有可能旋轉(zhuǎn)到末端時(shí)有緩沖阻力，壓力不足時(shí)，推力與阻力平衡就旋轉(zhuǎn)不到位置。

（3）液壓系統(tǒng)油溫高，引起擺動(dòng)液壓缸內(nèi)部泄漏，在到達(dá)終了行程時(shí)泄漏嚴(yán)重，無(wú)法推動(dòng)擺動(dòng)液壓缸旋轉(zhuǎn)。

（4）數(shù)控系統(tǒng)方面，當(dāng)機(jī)械手尚未旋轉(zhuǎn)到180°前，電磁換向閥的電磁鐵過(guò)早失電而切斷壓力油進(jìn)入擺動(dòng)液壓缸，使旋轉(zhuǎn)動(dòng)作失去動(dòng)力而停止旋轉(zhuǎn)。

（5）擺動(dòng)液壓缸有鐵屑微粒進(jìn)入，使缸壁起毛刺形成阻力。

（6）控制機(jī)械手旋轉(zhuǎn)的液壓系統(tǒng)中某個(gè)元件的阻尼孔堵塞。

四、查找故障主要原因

首先，檢查機(jī)械手旋轉(zhuǎn)部位的每個(gè)連接件和刀夾的連接件未見(jiàn)異常。在機(jī)床故障狀態(tài)下，檢查液壓系統(tǒng)的壓力為6MPa，符合要求；液壓系統(tǒng)油溫為50℃，符合機(jī)床液壓系統(tǒng)工作溫度；檢測(cè)電磁換向閥的電磁鐵，一直處于吸合狀態(tài)，不存在失電的可能。

在把原因定位在擺動(dòng)液壓缸和機(jī)械手旋轉(zhuǎn)控制的液壓系統(tǒng)的某個(gè)元件之前，首先對(duì)擺動(dòng)液壓缸的結(jié)構(gòu)構(gòu)圖和機(jī)械手旋轉(zhuǎn)控制的液壓系統(tǒng)液壓原理圖（圖2）進(jìn)行分析。固定塊是固定在擺動(dòng)液壓缸缸壁內(nèi)，起到密封和分開(kāi)擺動(dòng)液壓缸兩個(gè)工作腔（A腔和B腔）的作用，而活動(dòng)塊就是擺動(dòng)液壓缸的活塞，與旋轉(zhuǎn)心軸固定在一起，能隨旋轉(zhuǎn)心軸在固定塊分開(kāi)的工作腔內(nèi)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。

擺動(dòng)液壓缸的兩個(gè)工作腔A腔和B腔的控制油路，在圖2中看不到，查找有關(guān)資料中得知，進(jìn)入A腔和B腔的油路是從心軸的軸向通孔進(jìn)來(lái)，控制活動(dòng)塊繞旋轉(zhuǎn)心軸旋轉(zhuǎn)。在活動(dòng)塊旋轉(zhuǎn)到接近終了行程時(shí)，回油要經(jīng)過(guò)活動(dòng)塊內(nèi)部的三角槽節(jié)流口，極有可能就是三角槽節(jié)流口堵塞。

擺動(dòng)液壓缸的旋轉(zhuǎn)換刀原理見(jiàn)圖3。刀具交換時(shí)，三位四通換向閥的電磁鐵Y53.2得電、二位四通換向閥的電磁鐵Y54.2得電。系統(tǒng)的壓力油P經(jīng)三位四通電磁換向閥，接通油路B進(jìn)入擺動(dòng)液壓缸的B腔，擺動(dòng)液壓缸的活動(dòng)塊繞心軸旋轉(zhuǎn)。而擺動(dòng)液壓缸A腔的油經(jīng)管路A、三位四通換向閥、節(jié)流閥4、單向閥、二位四通換向閥、經(jīng)管路流回油箱T，擺動(dòng)液壓缸帶動(dòng)刀具交換機(jī)構(gòu)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)180°。 當(dāng)三位四通換向閥的電磁鐵Y53.3得電、二位四通換向閥的電磁鐵Y54.2得電，系統(tǒng)的壓力油P經(jīng)三位四通換向閥，接通油路A進(jìn)入擺動(dòng)液壓缸的A腔，擺動(dòng)液壓缸的活動(dòng)塊繞心軸旋轉(zhuǎn)。而擺動(dòng)液壓缸的B腔的油經(jīng)管路B、三位四通換向閥、節(jié)流閥4、單向閥、二位四通換向閥、經(jīng)管路流回油箱T，擺動(dòng)液壓缸帶動(dòng)刀具交換機(jī)構(gòu)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)180°。在機(jī)械手旋轉(zhuǎn)液壓原理分析中，要注意二位四通換向閥是在當(dāng)?shù)毒咧亓砍^(guò)一定值時(shí)，電磁鐵Y54.2才失電不吸合。其回油路是不經(jīng)二位四通換向閥的，而是從擺動(dòng)液壓缸出來(lái)的回油經(jīng)三位四通換向閥、節(jié)流閥6、節(jié)流閥5回油箱，經(jīng)兩級(jí)節(jié)流，實(shí)現(xiàn)刀具慢速交換。不要誤認(rèn)為這是作為擺動(dòng)液壓缸接近終了行程的慢速動(dòng)作來(lái)理解，否則查找原因時(shí)，就會(huì)把節(jié)流閥6、節(jié)流閥5的阻尼孔堵塞，認(rèn)為是機(jī)械手旋轉(zhuǎn)不到位的主要原因。

由于所發(fā)生的故障是旋轉(zhuǎn)不到位，如果是節(jié)流閥4的阻尼孔堵塞，整個(gè)旋轉(zhuǎn)過(guò)程就不會(huì)有動(dòng)作，既然有了動(dòng)作，就說(shuō)明節(jié)流閥4不會(huì)堵塞。所以，把機(jī)械手控制旋轉(zhuǎn)的液壓系統(tǒng)所有液壓控制元件排除在外。那么就剩下了機(jī)械手控制旋轉(zhuǎn)的擺動(dòng)液壓缸。

進(jìn)一步檢查擺動(dòng)液壓缸，在手動(dòng)狀態(tài)下，開(kāi)動(dòng)旋轉(zhuǎn)擺動(dòng)液壓缸旋轉(zhuǎn)，逆時(shí)針?lè)较蚩梢孕D(zhuǎn)到位，但順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)不到位。在液壓停止?fàn)顟B(tài)下，把機(jī)械手置于向主軸前方伸出狀態(tài)，用手搬動(dòng)擺動(dòng)液壓缸旋轉(zhuǎn)，同樣在順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)不到位，在順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)快接近終了行程時(shí)，有反彈的感覺(jué)，用力越大，反彈越明顯。而在逆時(shí)針?lè)较蛴檬职釀?dòng)旋轉(zhuǎn)順暢，從這點(diǎn)看，擺動(dòng)液壓缸起毛刺的嫌疑可以排除。再把擺動(dòng)液壓缸的外接油管擰松，用手搬動(dòng)擺動(dòng)液壓缸旋轉(zhuǎn)，感覺(jué)也是一樣。故此可以斷定，機(jī)械手旋轉(zhuǎn)不到位的故障就在擺動(dòng)液壓缸里面，問(wèn)題可能出在三角槽節(jié)流口的堵塞上。

拆卸擺動(dòng)液壓缸，發(fā)現(xiàn)一粒3mm大的橡膠碎粒堵在三角槽節(jié)流口的前方，把橡膠碎粒清除，裝回?cái)[動(dòng)液壓缸，工作正常。至此，機(jī)械手換刀時(shí)旋轉(zhuǎn)不到位的故障問(wèn)題圓滿解決。