換刀機(jī)械手設(shè)計帶CAD圖
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文章編號: 1008- 8652( 2005)04- 075- 005?加工中心換刀機(jī)械手的維修劉俊普( 西安電子工程研究所西安710100)【 摘要】 本文對一臺瑞士 Mikron 公司 WF54VH 加工中心換刀機(jī)械手結(jié)構(gòu)與功能進(jìn)行分析,并通過列舉換刀機(jī)械手的幾個維修實(shí)例, 進(jìn)一步說明機(jī)械手的維修方法。關(guān)鍵詞:加工中心; 機(jī)械手; 傳感器; 液壓缸中圖分類號: T H 17文獻(xiàn)標(biāo)識碼: AMaintenance of Tool Change Mechanical Arm of Machining CenterLiu Junpu( Xian Electronic Engineering Research Institute, X ian 710100)Abstract: T his paper analyzes the structure and function of automatic tool change mechanical arm( WF54VH) of machining center made in Swiss Mikron company, and gives out some maintaining examplesof automatic tool change mechanical arm, so as to show how to maintain the mechanical arm.Keywords: machining center; mechanical arm; sensor; hydraulic cylinder1引言經(jīng)過多次拆裝、 反復(fù)安裝調(diào)試, 我們對瑞士 Mikron 公司 WF54VH 加工中心換刀機(jī)械手的各部位結(jié)構(gòu)和功能有了較清楚的認(rèn)識, 下面就它的結(jié)構(gòu)和功能以及出現(xiàn)的幾個故障加以分析。A1: 抓刀器A2: 抓刀齒輪A3: 抓刀殼體A4: 滑鍵A5: 抓刀頭圖 1機(jī)械手的前半部分2結(jié)構(gòu)與功能WF54VH 加工中心是瑞士 Mikron 公司的機(jī)床,它的換刀機(jī)械手分為前半部分和后半部分, 其結(jié)構(gòu)分別如圖 1 所示。圖 1 是機(jī)械手的前半部分, 它主要由一些機(jī)械執(zhí)行件組成, 完成由驅(qū)動發(fā)給它的旋轉(zhuǎn)、 定位、 抓刀、 松刀、 刀架上升及下降指令。圖 2 是機(jī)械手的后半部分, 它主要由一些液壓驅(qū)動元件, 如液壓缸、 齒輪、 齒條等, 和位置傳感器組成。要弄清的是, 復(fù)雜的機(jī)械液壓系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能是怎樣的, 每個部分怎樣驅(qū)動部件完成換刀、 旋轉(zhuǎn)定位, 什么時候給數(shù)控系統(tǒng)信號。2. 1機(jī)械手的旋轉(zhuǎn)752005 年 12 月火控雷達(dá)技術(shù)第 34 卷 ?收稿日期: 2005- 06- 16B1 和 B2 分別是推動機(jī)械手刀架( 圖 1 系統(tǒng)) 逆、 順時針旋轉(zhuǎn)的液壓缸, 是完成旋轉(zhuǎn)動作的動力來源, 以機(jī)械手刀架順時針旋轉(zhuǎn)為例, 當(dāng)油泵給 B2 進(jìn)油時, 推動 B12 液壓缸齒條向下運(yùn)動, 齒條帶動 B11 旋轉(zhuǎn)傳動齒輪順時針轉(zhuǎn)動, 齒輪和機(jī)械手刀架固定連接, 因而機(jī)械手刀架( 圖 1 系統(tǒng)) 作順時針旋轉(zhuǎn), 達(dá)到兩把刀具更換到位的目的; 在 B11 轉(zhuǎn)動的同時, 帶動 B10 左液壓缸齒條向上移動, 這時 B1 液壓缸卸油, 油沿回路流回油池。當(dāng)機(jī)械手刀架做逆時針旋轉(zhuǎn)時進(jìn)出油路恰好相反。B1: 機(jī)械手刀架逆時針旋轉(zhuǎn)液壓缸B7: 抓刀、 松刀液壓缸B2: 機(jī)械手刀架順時針旋轉(zhuǎn)液壓缸B8: 機(jī)械手刀架旋轉(zhuǎn)位置傳感器B3: 機(jī)械手刀架上下移動驅(qū)動桿B9: 抓刀、 松刀位置傳感器B4: 刀架向下移動驅(qū)動液壓缸B10: 刀架逆時針旋轉(zhuǎn)液壓缸齒條B5: 刀架上下位置傳感器B11: 刀架旋轉(zhuǎn)傳動齒輪B6: 刀架向上移動驅(qū)動液壓缸B12: 刀架順時針旋轉(zhuǎn)液壓缸齒條圖 2機(jī)械手的后半部分2. 2機(jī)械手的升降在換刀的過程中, 刀架旋轉(zhuǎn)完, 就要上升以抓刀或裝刀, 然后再降下來。這種機(jī)械手的升降過程就是靠B4和 B6 向下和向上驅(qū)動液壓缸來完成。以刀架向下移動為例, 當(dāng)?shù)都茉谧钌隙藭r, 油泵給 B4 加油, 液壓缸推動刀架向下移動, 這時 B6 端卸油, 油流回油池。那么上升刀架怎樣帶動 A1 抓刀器向上向下運(yùn)動的, 原來上升刀架的結(jié)構(gòu)如圖 3 所示。它有一圓弧槽 C1, 當(dāng)機(jī)械手刀架轉(zhuǎn)動時, 滑鍵 A4 滑入圓弧槽, 升降液壓缸推動 B3 驅(qū)動桿上下移動, 通過滑鍵帶動機(jī)械手刀架也向上、 向下移動, 到達(dá)立軸換刀位, 以準(zhǔn)確完成抓刀或送到的步驟。2. 3機(jī)械手的抓刀、 松刀( 即 A5 抓刀頭的夾緊、 松開)機(jī)械手刀架達(dá)到主軸位時, 需要機(jī)械手完成抓刀、 松刀的任務(wù)。B7 是抓刀、 松刀液壓缸, 它通有兩根油管, 當(dāng)上面一根進(jìn)油時, 則下面一根卸油, 從而完成抓刀頭的夾緊或指令, 當(dāng)下面一根進(jìn)油, 上面一根卸油時,抓刀頭完成松刀指令。在結(jié)構(gòu)執(zhí)行抓刀頭的夾緊和松開時靠什么, 維修中我繪制了它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理圖, 見圖 4。B7 液壓缸進(jìn)油、 卸油工作時, D1 液壓缸齒條產(chǎn)生水平位移, 它的移動帶動 D2雙聯(lián)齒輪的轉(zhuǎn)動, 而 A2 抓刀齒輪和 D2 雙聯(lián)齒輪嚙合, 從而 A2 抓刀齒輪轉(zhuǎn)動, A2 又和 D3 抓刀器導(dǎo)桿相連, 并通過 D3 帶動 A5 抓刀頭的夾緊和松762005 年 12 月火控雷達(dá)技術(shù)第 34 卷 開, 實(shí)現(xiàn)抓刀或松刀過程。C1: 圓弧槽D1: 液壓缸齒條C2: 上下位置感應(yīng)片D2: 雙聯(lián)齒輪B3: 機(jī)械手刀架上下移動驅(qū)動桿D3: 抓刀器導(dǎo)桿A2: 抓刀齒輪A5: 抓刀頭圖 3原刀架上升結(jié)構(gòu)圖 4刀架內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理圖2. 4傳感器的工作情況可以注意到圖 2中有 B5、 B8、 B9 共 3 對 6 個傳感器, 它們分別是刀架上下位置傳感器, 機(jī)械手刀架旋轉(zhuǎn)位置傳感器, 抓刀、 松刀位置傳感器。B5 是當(dāng)?shù)都苌仙蛳陆档轿粫r給數(shù)控系統(tǒng)一個信號, 表示刀架已經(jīng)到達(dá)位置, 可以進(jìn)行下一步動作, B8 表示當(dāng)機(jī)械手旋轉(zhuǎn)到位后給數(shù)控系統(tǒng)一個信號, 可以進(jìn)行下一步動作, B9表示抓刀頭已經(jīng)張開或夾緊到位后, 給數(shù)控系統(tǒng)一個信號, 可以進(jìn)行下一步動作。 它們每組各有兩個傳感器,一個管上, 一個管下, 一個管左旋, 一個管右旋, 一個管張開, 一個管夾緊。3故障舉例3. 1故障一機(jī)床機(jī)械手在刀庫上抓刀時死機(jī), 不再動作。 經(jīng)仔細(xì)查看, 發(fā)現(xiàn)機(jī)械手刀架沒有旋轉(zhuǎn)到位, 抓刀的刀爪卡在刀柄外側(cè), 沒有完全合攏, 數(shù)控系統(tǒng)沒有得到抓好刀的信號, 因此不再動作。經(jīng)反復(fù)推敲發(fā)現(xiàn)機(jī)械手刀架旋轉(zhuǎn)不到位, 是因?yàn)锳4 磨損而引起的。 經(jīng)測繪滑鍵A4 的結(jié)構(gòu)如圖 5 所示。把機(jī)械手前半部分拆下, 直接在后半部分上用卡尺直接取得數(shù)據(jù), 這樣得來的數(shù)據(jù)較準(zhǔn)確, 然后車削加工滑鍵。 但是在鉗工劃線、 打孔、 攻絲這一工序過程中, 孔位難免有偏差, 把滑鍵裝上機(jī)械手前半部分( 圖 1 系統(tǒng)) , 測量發(fā)現(xiàn)( 見圖 6) : 不同直徑 ?1 與 ? 2, ?3 與 ? 4均有一定偏差, 導(dǎo)致機(jī)械手刀架旋轉(zhuǎn)仍不順暢, 怎樣解決, 辦法是: 把滑鍵裝好, 將機(jī)械手前半部分放到數(shù)控高速銑上以中心圓柱為基準(zhǔn)把內(nèi)圓、 外圓清銑一遍, 使?1 和 ? 2, ?3 和 ? 4一致性提高, 然后裝上再試, 最后滑鍵的卡死現(xiàn)象得到了徹底解決。圖 5A4 鍵的結(jié)構(gòu)圖 6A4 鍵的位置坐標(biāo)圖3. 2故障二在機(jī)床維修中遇到的另外一個故障現(xiàn)象: 在更換好滑鍵后, 機(jī)床開始運(yùn)行工作時, 突然出現(xiàn)機(jī)械手還沒77第 4 期劉俊普加工中心換刀機(jī)械手的維修有完全旋轉(zhuǎn)到位, 刀架上升動作已經(jīng)啟動, 導(dǎo)致機(jī)械手卡死的怪現(xiàn)象。圖 7傳感器感應(yīng)螺母位置圖按正常的動作步驟應(yīng)該是: 由于 PLC( 可編程序控制器) 的控制, 執(zhí)行完旋轉(zhuǎn)動作之后才能執(zhí)行刀架的上升動作。那么是什么原因?qū)е逻@樣的誤動作, 是不是機(jī)械手轉(zhuǎn)動不靈活, 或因?yàn)榛I卡死而使機(jī)械手不能及時旋轉(zhuǎn)到位引起的。 但在 PLC 良好的情況下, 即使機(jī)械手因卡住還沒旋轉(zhuǎn)到位, 它也不應(yīng)該進(jìn)行刀架上升的動作。因?yàn)镻LC 的控制是一步完成后才進(jìn)行下一步的。后經(jīng)我們仔細(xì)觀察, 發(fā)現(xiàn): 機(jī)械手刀架系統(tǒng)的 A3 抓刀殼體上有兩個鋼制感應(yīng)螺母,它們分步在不同的圓周半徑上, 但由于瑞士人在設(shè)計這兩個感應(yīng)螺母時半徑差距很小, 而且兩個感應(yīng)頭在半徑方向上又很近, 見圖7 所示。在應(yīng)該旋轉(zhuǎn)到位的螺母 B 還未到達(dá)感應(yīng)頭 b 時, 另一個螺母A 在這個螺母 B 之前已經(jīng)到達(dá)并感應(yīng)上了感應(yīng)頭 b, 因而數(shù)控系統(tǒng) PLC 認(rèn)為機(jī)械手已經(jīng)旋轉(zhuǎn)到位, 而給執(zhí)行部件下達(dá)了刀架上升的指令, 一個動作未完成就進(jìn)行下一個動作, 從而導(dǎo)致兩個動作相互沖突的怪現(xiàn)象。解決這個故障有兩個方法, 一是把感應(yīng)螺母 A 銑去一部分, 讓它不能提前接觸感應(yīng)頭 b 而給數(shù)控系統(tǒng)一個誤信號; 另一種方法是將兩個感應(yīng)頭間距拉大, 同樣也不讓感應(yīng)螺母 A 提前接觸感應(yīng)頭 b 給數(shù)控系統(tǒng)一個誤信號。最后我們采用第二種方法解決了這個故障。3. 3故障三機(jī)械手刀架旋轉(zhuǎn)的時候, 旋轉(zhuǎn)速度較慢, 而且有漏油現(xiàn)象; 安裝好試機(jī)時, 刀架旋轉(zhuǎn)有沖擊。我們對這部分進(jìn)行了了研究和維修, 這臺瑞士 WF54VH 加工中心好在機(jī)械手旋轉(zhuǎn)時沒有時間限制, 也就是說, 當(dāng)機(jī)械手旋轉(zhuǎn)緩慢時, 不會導(dǎo)致系統(tǒng)報警停機(jī)。這與另一臺瑞士 SAJ0 公司的 VMC300 加工中心有所不同, 它的刀架旋轉(zhuǎn)有時間限制, 必須在規(guī)定時間內(nèi)旋轉(zhuǎn)到位, 否則就報警。 這樣我們可用國產(chǎn)密封圈代替原裝密封圈, 而不用過多地考慮它的摩擦力。瑞士 WF54VH 加工中心機(jī)械手旋轉(zhuǎn)液壓缸的原理如圖 8 所示。E1: 刀架逆時針旋轉(zhuǎn)液壓缸齒條密封圈E2: 刀架順時針旋轉(zhuǎn)液壓缸齒條密封圈B1: 機(jī)械手刀架逆時針旋轉(zhuǎn)液壓缸B2: 機(jī)械手刀架順時針旋轉(zhuǎn)液壓缸B10: 刀架逆時針旋轉(zhuǎn)液壓缸齒條B11: 刀架旋轉(zhuǎn)傳動齒輪B12: 刀架順時針旋轉(zhuǎn)液壓缸齒條圖 8液壓缸結(jié)構(gòu)簡圖782005 年 12 月火控雷達(dá)技術(shù)第 34 卷 它的動作原理我們在介紹機(jī)械手后半部分的結(jié)構(gòu)與功能時已經(jīng)講過。開始維修時, 由于缺乏經(jīng)驗(yàn), 在安裝 B10, B12 逆時針和順時針液壓缸齒條時僅僅考慮了硬限位, 即用 齒輪和齒條( 無齒牙) 來限位, 導(dǎo)致液壓缸在旋轉(zhuǎn)時沖壞缸內(nèi)的彈簧和液壓帽。后經(jīng)仔細(xì)研究將限位問題和油量問題予以解決。3. 3. 1限位調(diào)整在更換完密封圈后, 在機(jī)械手后半部分敲進(jìn)齒輪 B11 時, B10 和B12 的高度應(yīng)該是機(jī)械手處于水平方向時, 兩者高度一樣, 且不宜太高或太低, 否則易沖壞液壓閥, 它的高低應(yīng)參照齒條齒牙數(shù)作以調(diào)整。以機(jī)械手刀架順時針為例, 當(dāng)?shù)都苄D(zhuǎn)至最端處( 轉(zhuǎn)不動為止) , 這時刀架應(yīng)超出垂直位置一定高度, 再用內(nèi)六方扳手在刀架下可調(diào)處將刀架旋轉(zhuǎn)到垂直位置。 此時, 當(dāng)?shù)都苄D(zhuǎn)到換刀位時, 剛好依靠液壓進(jìn)行限位, 而不是前面的齒輪、 齒條限位, 這樣, 有效地保證了液壓閥的彈簧及閥蓋等部件, 也防止了旋轉(zhuǎn)時的沖擊。3. 3. 2油量的調(diào)整齒輪輸出軸的角速度為: ? =8Q D2d1式中?齒輪輸出軸的角速度( r/ min) Q流量( L/ min)d1齒輪的分度圓直徑( m)D液壓缸內(nèi)徑( m)d1和 D 都已是定值, 因而機(jī)械手刀架的旋轉(zhuǎn)速度主要看液壓油的流量 Q, 因此可以調(diào)節(jié)閥口上端的內(nèi)六方螺釘來調(diào)整流量大小, 從而來控制旋轉(zhuǎn)速度。調(diào)完后, 最后把內(nèi)六方鎖緊。4結(jié)束語通過上面的分析和幾個故障的排除, 可了解了瑞士 Mikron 公司 WF54VH 加工中心換刀機(jī)械手的結(jié)構(gòu)和功能。參考文獻(xiàn): 1 席文杰. 最新數(shù)控機(jī)床加工工藝編程技術(shù)與維護(hù)實(shí)用手冊 M . 吉林省電子出版社. 2004.( 上接第 68頁)表 3幾種主要防空兵雷達(dá)的評估結(jié)果雷達(dá)型號探測定位抗干擾生存數(shù)據(jù)處理目標(biāo)識別可用度綜合性能甲0. 40960. 02950. 50370. 41440. 04850. 0010. 70990. 3813乙0. 51770. 03030. 53930. 45980. 06510. 0010. 70650. 0425丙0. 53820. 03750. 60050. 46070. 07000. 0010. 71640. 4471從表 3中可知, 從甲型到丙型其綜合性能逐步提高, 從而也驗(yàn)證了此模型的合理性。3結(jié)論本文在對防空兵雷達(dá)性能指標(biāo)進(jìn)行具體分析的基礎(chǔ)上, 給出了綜合性能評估模型, 為防空兵雷達(dá)裝備的論證、 研制和作戰(zhàn)使用提供了必要的依據(jù)。 由于現(xiàn)代防空雷達(dá)裝備的功能越來越強(qiáng), 戰(zhàn)技指標(biāo)也越來越多, 因此防空兵雷達(dá)評估牽涉到諸多的理論問題和工程實(shí)現(xiàn)問題, 有許多問題需要做進(jìn)一步探討。參考文獻(xiàn): 1 尹以新. 雷達(dá)系統(tǒng) M . 中國人民解放軍空軍雷達(dá)學(xué)院, 2002. 2 酈能敬. 對空情報雷達(dá)的費(fèi)用效能分析 J . 航空學(xué)報, 1989( 3) . 3 LiNengjing. Formulas for Measuring Radar ECCM Capability C . IEE. Pro. F, July, 1984. 4 陳忠光. 對空情報雷達(dá)的效能評估 C . 電子部 36 所所慶文集, 1996.79第 4 期劉俊普加工中心換刀機(jī)械手的維修
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