何祥金

一、故障現(xiàn)象

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

二、機械手工作原理分析

MCP-H250加工中心機械手處于主軸位置的正上方（圖1）。在圖1中，機械手由兩個相互垂直的刀具抓爪組成。換刀時，通過180°的順時針旋轉(zhuǎn)來實現(xiàn)刀具的交換。動作順序為：機械手抓爪抓刀→由油缸向主軸前方推出→順時針旋轉(zhuǎn)180°使刀從機械手的上方轉(zhuǎn)到下方，對正主軸錐孔前方→機械手向主軸后方退回→把刀裝進主軸錐孔中→抓刀手松開刀體→待加工完后再抓刀逆時針旋轉(zhuǎn)180°，完成該動作進入下一個動作循環(huán)。

三、故障原因分析

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

（1）機械阻礙，擺動液壓缸在旋轉(zhuǎn)即將到達最終行程的過程中，機械手中的某個零件松動，阻礙機械手繼續(xù)旋轉(zhuǎn)。

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

（3）液壓系統(tǒng)油溫高，引起擺動液壓缸內(nèi)部泄漏，在到達終了行程時泄漏嚴重，無法推動擺動液壓缸旋轉(zhuǎn)。

（4）數(shù)控系統(tǒng)方面，當機械手尚未旋轉(zhuǎn)到180°前，電磁換向閥的電磁鐵過早失電而切斷壓力油進入擺動液壓缸，使旋轉(zhuǎn)動作失去動力而停止旋轉(zhuǎn)。

（5）擺動液壓缸有鐵屑微粒進入，使缸壁起毛刺形成阻力。

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

四、查找故障主要原因

首先，檢查機械手旋轉(zhuǎn)部位的每個連接件和刀夾的連接件未見異常。在機床故障狀態(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℃，符合機床液壓系統(tǒng)工作溫度；檢測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液壓缸和機械手旋轉(zhuǎn)控制的液壓系統(tǒng)的某個元件之前，首先對擺動液壓缸的結(jié)構(gòu)構(gòu)圖和機械手旋轉(zhuǎn)控制的液壓系統(tǒng)液壓原理圖（圖2）進行分析。固定塊是固定在擺動液壓缸缸壁內(nèi)，起到密封和分開擺動液壓缸兩個工作腔（A腔和B腔）的作用，而活動塊就是擺動液壓缸的活塞，與旋轉(zhuǎn)心軸固定在一起，能隨旋轉(zhuǎn)心軸在固定塊分開的工作腔內(nèi)旋轉(zhuǎn)運動。

擺動液壓缸的兩個工作腔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，進入A腔和B腔的油路是從心軸的軸向通孔進來，控制活動塊繞旋轉(zhuǎn)心軸旋轉(zhuǎn)。在活動塊旋轉(zhuǎn)到接近終了行程時，回油要經(jīng)過活動塊內(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。

擺動液壓缸的旋轉(zhuǎn)換刀原理見圖3。刀具交換時，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進入擺動液壓缸的B腔，擺動液壓缸的活動塊繞心軸旋轉(zhuǎn)。而擺動液壓缸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，擺動液壓缸帶動刀具交換機構(gòu)順時針旋轉(zhuǎn)180°。 當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進入擺動液壓缸的A腔，擺動液壓缸的活動塊繞心軸旋轉(zhuǎn)。而擺動液壓缸的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，擺動液壓缸帶動刀具交換機構(gòu)逆時針旋轉(zhuǎn)180°。在機械手旋轉(zhuǎn)液壓原理分析中，要注意二位四通換向閥是在當?shù)毒咧亓砍^一定值時，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，而是從擺動液壓缸出來的回油經(jīng)三位四通換向閥、節(jié)流閥6、節(jié)流閥5回油箱，經(jīng)兩級節(jié)流，實現(xiàn)刀具慢速交換。不要誤認為這是作為擺動液壓缸接近終了行程的慢速動作來理解，否則查找原因時，就會把節(jié)流閥6、節(jié)流閥5的阻尼孔堵塞，認為是機械手旋轉(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，整個旋轉(zhuǎn)過程就不會有動作，既然有了動作，就說明節(jié)流閥4不會堵塞。所以，把機械手控制旋轉(zhuǎn)的液壓系統(tǒng)所有液壓控制元件排除在外。那么就剩下了機械手控制旋轉(zhuǎn)的擺動液壓缸。

進一步檢查擺動液壓缸，在手動狀態(tài)下，開動旋轉(zhuǎn)擺動液壓缸旋轉(zhuǎn)，逆時針方向可以旋轉(zhuǎn)到位，但順時針方向轉(zhuǎn)不到位。在液壓停止狀態(tài)下，把機械手置于向主軸前方伸出狀態(tài)，用手搬動擺動液壓缸旋轉(zhuǎn)，同樣在順時針方向旋轉(zhuǎn)不到位，在順時針方向旋轉(zhuǎn)快接近終了行程時，有反彈的感覺，用力越大，反彈越明顯。而在逆時針方向用手搬動旋轉(zhuǎn)順暢，從這點看，擺動液壓缸起毛刺的嫌疑可以排除。再把擺動液壓缸的外接油管擰松，用手搬動擺動液壓缸旋轉(zhuǎn)，感覺也是一樣。故此可以斷定，機械手旋轉(zhuǎn)不到位的故障就在擺動液壓缸里面，問題可能出在三角槽節(jié)流口的堵塞上。

拆卸擺動液壓缸，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，裝回擺動液壓缸，工作正常。至此，機械手換刀時旋轉(zhuǎn)不到位的故障問題圓滿解決。