【维修保养】机械手常见故障及处理方法

摘要：目前，加工中心是备有刀库，并能自动更换刀具，对工件进行多工序加工的一种功能较全的数字控制机床，也是典型的集高新技术于一体的机械加工设备，它的发展代表了一个国家设计、制造的水平，是判断企业技术能力和工艺水平标志的一个方面.

关键词：ATC  准确  快速  可靠  稳定

随着人类的发展、文明的进步，工业正不断发展着，需要人们完成的工作量也不断增大（尤其是那种重复性大的工作，像传运货物），涉及到危险性的工作也日趋增多，这就迫使人们研究开发一种新装置，能模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作的一种装置，而机械手正是这样一种装置：它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。

机械手：mechanical hand，也被称为自动手，auto hand能模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全，广泛应用于机械制造冶金部门。

机械手主要由手部、运动机构和控制系统三大部分组成。手部是用来抓持工件（或工具）的部件，根据被抓持物件的形状、尺寸、重量、材料和作业要求而有多种结构形式，如夹持型、托持型和吸附型等。运动机构，使手部完成各种转动（摆动）、移动或复合运动来实现规定的动作，改变被抓持物件的位置和姿势。运动机构的升降、伸缩、旋转等独立运动方式，称为机械手的自由度 。为了抓取空间中任意位置和方位的物体，需有6个自由度。自由度是机 械手设计的关 键参数越多、自由度越多，机械手的灵活性越大，通用性越广，其结构也越复杂。

机械手的种类，按运动轨迹控制方式可分为点位控制和连续轨迹控制机械手；按驱动方式可分为液压式、气动式、电动式、机械式机械手；按适用范围可分为专用机械手和通用机械手两种等。

机械手通常用作机床或其他机器的附加装置，如在自动机床或自动生产线上装卸和传递工件，在加工中心中更换刀具等，一般没有独立的控制装置。有些操作装置需要由人直接操纵，如用于原子能部门操持危险物品的主从式操作手也常称为机械手。机械手在锻造工业中的应用能进一步发展锻造设备的生产能力，改善热、累等劳动条件。

机械手首先是从美国开始研制的。1958年美国联合控制公司研制出第一台机械手。

第一  机械手的原理

加工中心换刀机械手四个手指的运动分别由四个液压缸单独控制，这使得它运动的灵活性很强，其结构如图1.1所示。

工作原理：当手架旋转75°到指定位置后，发出手臂伸出指令，手臂伸缩液压缸1和1′工作，当两液压缸的活塞运动到设计位置后，进油腔油压力升高，压力继电器开关动作，并发出手指夹紧指令，手指夹紧液压缸2、3、 2′以及3′工作，手指开始夹紧。当手指夹紧工件后，手指夹紧液压缸的进油腔内的油压力升高，发出手架伸出指令，开始拔刀动作。

手架在插刀动作结束后，发出手指松开指令，此时手指夹紧液压缸2、3和2′、3′反行程运动，当活塞运动到初始位置后，手指恢复到原位置，当进油腔内油压力升高后，压力继电器开关动作，发出手臂缩回指令，液压缸1和1′开始动作，当手臂缩回到初始位置后，活塞不再运动，手臂伸缩液压缸进油腔内油压力升高，即发出手架复位指令。 

第二  机械手的常见故障分析

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（一）、刀具掉刀产生故障的原因可能有：

(1)刀具夹不紧掉刀  原因可能是卡紧爪弹簧压力过小；或弹簧后面的螺母松动；或刀具超重；或机械手卡紧锁不起作用等。

(2)刀具夹紧后松不开  原因可能是松锁的弹簧压合过紧，卡爪缩不回：应调松螺母，使最大载荷不超过额定数值。

(3) 刀具交换时掉刀  换刀时主轴箱没有回到换刀点或换刀点漂移，机械手抓刀时没有到位，就开始拔刀，都会导致换刀时掉刀。这时应重新移动主轴箱，使其回到换刀点位置，重新设定换刀点。

（二）、机械手未能伸出完成从主轴和刀库中拔刀动作，产生故障的原因可能有：

(1)“松刀”感应开关失灵  在换刀过程中，各动作的完成信号均由感应开关发出，只有上一动作完成后才能进行下一动作。第3步为“主轴松刀”，如果感应开关未发信号，则机械手“拔刀”就不会动作。检查两感应开关，信号正常。

(2)“松刀”电磁阀失灵  主轴的“松刀”，是由电磁阀接通液压缸来完成的。如电磁阀失灵，则液压缸未进油，刀具就“松”不了。检查主轴的“松刀”电磁阀动作均正常。

(3)“松刀”液压缸因液压系统压力不够或漏油而不动作，或行程不到位  检查刀库松刀液压缸，动作正常，行程到位；打开主轴箱(图8-2)后罩，检查主轴松刀液压缸，发现也已到达松刀位置，油压也正常，液压缸无漏油现象。

(4)机械手系统有问题，建立不起“拔刀”条件  其原因可能是：电动机控制电路有问题。检查电动机控制电路系统正常。

(5)主轴系统有问题  主轴结构示意图如图8-2所示。刀具是靠碟簧通过拉杆和弹簧卡头而将刀具柄尾端的拉钉拉紧的；松刀时，液压缸的活塞杆顶压顶杆，顶杆通过空心螺钉推动拉杆，一方面使弹簧卡头松开刀具的拉钉，另一方面又顶动拉钉，使刀具右移而在主轴锥孔中变“松”。
（三）主轴系统不松刀的原因估计有以下4点：

(1)刀具尾部拉钉的长度不够，致使液压缸虽已运动到位，而仍未将刀具顶“松”；

(2)拉杆尾部空心螺钉位置起了变化，使液压缸行程满足不了“松刀”的要求；

(3)顶杆出了问题，已变形或磨损；

(4)弹簧卡头出故障，不能张开；

(5)主轴装配调整时，刀具移动量调得太小，致使在使用过程中一些综合因素导致不能满足“松刀”条件。
处理方法：

拆下“松刀”液压缸，检查发现：这一故障系制造装配时，空心螺钉的“伸出量”调整得太小，故“松刀”液压缸行程到位，而刀具在主轴锥孔中“压出”不够，刀具无法取出。调整空心螺钉的“伸出量”，保证在主轴“松刀”液压缸行程到位后，刀柄在主轴锥孔中的压出量为0.4~0.5mm。经以上调整后，故障排除。

第三  机械手的常见故障解决方案

结束语

随着切削速度的提高，切削时间的不断缩短，对换刀时间的要求也在逐步提高，换刀的速度已成为高水平加工中心的一项重要指标。
　　由于加工中心的自动换刀要求可靠准确，而且结构相对比较复杂，提高换刀速度技术难度大。目前国外机床先进企业生产的高速加工中心为了适应高速加工，大都配备了快速自动换刀装置，很多采用了新技术、新方法。

功能部件技术水平的高低、性能的优劣以及整体的社会配套水平，都直接决定和影响着数控机床整机的技术水平和性能，也制约着主机的发展速度。而换刀机械手则是加工中心稳定可靠运行的关键功能部件。它的快速、准确的换刀程序是影响加工中心发挥高效、可靠的加工性能的重要因素。没有换刀机械手，就不可能有集中工序进行加工的加工中心。有资料显示，刀库和机械手的故障率约占整机故障率的25%^[1]。所以说，换刀机械手的性能、质量直接影响着数控机床整机的性能、质量和品种的发展。

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2024-02-02

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