MCP-H250加工中心机械手旋转不到位故障

何祥金

一、故障现象

从德国HELLER公司引入一批柔性线数控加工中心机床MCP-H250，主要用于柴油发动机机体及缸盖的关键工序加工。这种数控加工中心的特点就是换线生产容易，可兼顾加工多种柴油机机型的重要配件。近期MCP-H250加工中心机械手换刀时旋转不到位，刀具装不进主轴锥孔，即加工中心机械手旋转角度本应该为180°，现在只能旋转175°左右。

二、机械手工作原理分析

MCP-H250加工中心机械手处于主轴位置的正上方（图1）。在图1中，机械手由两个相互垂直的刀具抓爪组成。换刀时，通过180°的顺时针旋转来实现刀具的交换。动作顺序为：机械手抓爪抓刀→由油缸向主轴前方推出→顺时针旋转180°使刀从机械手的上方转到下方，对正主轴锥孔前方→机械手向主轴后方退回→把刀装进主轴锥孔中→抓刀手松开刀体→待加工完后再抓刀逆时针旋转180°，完成该动作进入下一个动作循环。

三、故障原因分析

由于机械手实现刀具交换的过程中旋转不到最终位置，即旋转了175°左右，无法执行下一步动作，而驱动机械手旋转的执行元件是摆动液压缸，由数控系统控制其换刀动作顺序。造成这一故障的可能原因主要有：

（1）机械阻碍，摆动液压缸在旋转即将到达最终行程的过程中，机械手中的某个零件松动，阻碍机械手继续旋转。

（2）液压系统压力不足，观察其他加工中心时发现，在旋转即将到达终点位置时，有一个短暂的缓慢过程，所以极有可能旋转到末端时有缓冲阻力，压力不足时，推力与阻力平衡就旋转不到位置。

（3）液压系统油温高，引起摆动液压缸内部泄漏，在到达终了行程时泄漏严重，无法推动摆动液压缸旋转。

（4）数控系统方面，当机械手尚未旋转到180°前，电磁换向阀的电磁铁过早失电而切断压力油进入摆动液压缸，使旋转动作失去动力而停止旋转。

（5）摆动液压缸有铁屑微粒进入，使缸壁起毛刺形成阻力。

（6）控制机械手旋转的液压系统中某个元件的阻尼孔堵塞。

四、查找故障主要原因

首先，检查机械手旋转部位的每个连接件和刀夹的连接件未见异常。在机床故障状态下，检查液压系统的压力为6MPa，符合要求；液压系统油温为50℃，符合机床液压系统工作温度；检测电磁换向阀的电磁铁，一直处于吸合状态，不存在失电的可能。

在把原因定位在摆动液压缸和机械手旋转控制的液压系统的某个元件之前，首先对摆动液压缸的结构构图和机械手旋转控制的液压系统液压原理图（图2）进行分析。固定块是固定在摆动液压缸缸壁内，起到密封和分开摆动液压缸两个工作腔（A腔和B腔）的作用，而活动块就是摆动液压缸的活塞，与旋转心轴固定在一起，能随旋转心轴在固定块分开的工作腔内旋转运动。

摆动液压缸的两个工作腔A腔和B腔的控制油路，在图2中看不到，查找有关资料中得知，进入A腔和B腔的油路是从心轴的轴向通孔进来，控制活动块绕旋转心轴旋转。在活动块旋转到接近终了行程时，回油要经过活动块内部的三角槽节流口，极有可能就是三角槽节流口堵塞。

摆动液压缸的旋转换刀原理见图3。刀具交换时，三位四通换向阀的电磁铁Y53.2得电、二位四通换向阀的电磁铁Y54.2得电。系统的压力油P经三位四通电磁换向阀，接通油路B进入摆动液压缸的B腔，摆动液压缸的活动块绕心轴旋转。而摆动液压缸A腔的油经管路A、三位四通换向阀、节流阀4、单向阀、二位四通换向阀、经管路流回油箱T，摆动液压缸带动刀具交换机构顺时针旋转180°。 当三位四通换向阀的电磁铁Y53.3得电、二位四通换向阀的电磁铁Y54.2得电，系统的压力油P经三位四通换向阀，接通油路A进入摆动液压缸的A腔，摆动液压缸的活动块绕心轴旋转。而摆动液压缸的B腔的油经管路B、三位四通换向阀、节流阀4、单向阀、二位四通换向阀、经管路流回油箱T，摆动液压缸带动刀具交换机构逆时针旋转180°。在机械手旋转液压原理分析中，要注意二位四通换向阀是在当刀具重量超过一定值时，电磁铁Y54.2才失电不吸合。其回油路是不经二位四通换向阀的，而是从摆动液压缸出来的回油经三位四通换向阀、节流阀6、节流阀5回油箱，经两级节流，实现刀具慢速交换。不要误认为这是作为摆动液压缸接近终了行程的慢速动作来理解，否则查找原因时，就会把节流阀6、节流阀5的阻尼孔堵塞，认为是机械手旋转不到位的主要原因。

由于所发生的故障是旋转不到位，如果是节流阀4的阻尼孔堵塞，整个旋转过程就不会有动作，既然有了动作，就说明节流阀4不会堵塞。所以，把机械手控制旋转的液压系统所有液压控制元件排除在外。那么就剩下了机械手控制旋转的摆动液压缸。

进一步检查摆动液压缸，在手动状态下，开动旋转摆动液压缸旋转，逆时针方向可以旋转到位，但顺时针方向转不到位。在液压停止状态下，把机械手置于向主轴前方伸出状态，用手搬动摆动液压缸旋转，同样在顺时针方向旋转不到位，在顺时针方向旋转快接近终了行程时，有反弹的感觉，用力越大，反弹越明显。而在逆时针方向用手搬动旋转顺畅，从这点看，摆动液压缸起毛刺的嫌疑可以排除。再把摆动液压缸的外接油管拧松，用手搬动摆动液压缸旋转，感觉也是一样。故此可以断定，机械手旋转不到位的故障就在摆动液压缸里面，问题可能出在三角槽节流口的堵塞上。

拆卸摆动液压缸，发现一粒3mm大的橡胶碎粒堵在三角槽节流口的前方，把橡胶碎粒清除，装回摆动液压缸，工作正常。至此，机械手换刀时旋转不到位的故障问题圆满解决。