機(jī)械手的原理及其常見故障分析

機(jī)械手的原理及其常見故障分析摘要：目前，加工中心是備有刀庫，并能自動(dòng)更換刀具，對(duì)工件進(jìn)行多工序加工的一種功能較全的數(shù)字控制機(jī)床，也是典型的集高新技術(shù)于一體的機(jī)械加工設(shè)備，它的發(fā)展代表了一個(gè)國家設(shè)計(jì)、制造的水平，是判斷企業(yè)技術(shù)能力和工藝水平標(biāo)志的一個(gè)方面.關(guān)鍵詞：ATC準(zhǔn)確快速可靠穩(wěn)定隨著人類的發(fā)展、文明的進(jìn)步，工業(yè)正不斷發(fā)展著，需要人們完成的工作量也不斷增大（尤其是那種重復(fù)性大的工作，像傳運(yùn)貨物），涉及到危險(xiǎn)性的工作也日趨增多，這就迫使人們研究開發(fā)一種新裝置，能模仿人手和臂的某些動(dòng)作功能，用以按固定程序抓取、搬運(yùn)物件或操作工具的自動(dòng)操作的一種裝置，而機(jī)械手正是這樣一種裝置：它可代替人的繁重勞動(dòng)以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械化和自動(dòng)化，能在有害環(huán)境下操作以保護(hù)人身安全，因而廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門。機(jī)械手：mechanicalhand,也被稱為自動(dòng)手，autohand能模仿人手和臂的某些動(dòng)作功能，用以按固定程序抓取、搬運(yùn)物件或操作工具的自動(dòng)操作裝置。它可代替人的繁重勞動(dòng)以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械化和自動(dòng)化，能在有害環(huán)境下操作以保護(hù)人身安全，廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造冶金部門。機(jī)械手主要由手部、運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)三大部分組成。手部是用來抓持工件（或工具）的部件，根據(jù)被抓持物件的形狀、尺寸、重量、材料和作業(yè)要求而有多種結(jié)構(gòu)形式，如夾持型、托持型和吸附型等。運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，使手部完成各種轉(zhuǎn)動(dòng)（擺動(dòng)）、移動(dòng)或復(fù)合運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)規(guī)定的動(dòng)作，改變被抓持物件的位置和姿勢。運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的升降、伸縮、旋轉(zhuǎn)等獨(dú)立運(yùn)動(dòng)方式，稱為機(jī)械手的自由度。為了抓取空間中任意位置和方位的物體，需有6個(gè)自由度。自由度是機(jī)械手設(shè)計(jì)的關(guān)鍵參數(shù)越多、自由度越多，機(jī)械手的靈活性越大，通用性越廣，其結(jié)構(gòu)也越復(fù)雜。機(jī)械手的種類，按運(yùn)動(dòng)軌跡控制方式可分為點(diǎn)位控制和連續(xù)軌跡控制機(jī)械手；按驅(qū)動(dòng)方式可分為液壓式、氣動(dòng)式、電動(dòng)式、機(jī)械式機(jī)械手；按適用范圍可分為專用機(jī)械手和通用機(jī)械手兩種等。機(jī)械手通常用作機(jī)床或其他機(jī)器的附加裝置，如在自動(dòng)機(jī)床或自動(dòng)生產(chǎn)線上裝卸和傳遞工件，在加工中心中更換刀具等，一般沒有獨(dú)立的控制裝置。有些操作裝置需要由人直接操縱，如用于原子能部門操持危險(xiǎn)物品的主從式操作手也常稱為機(jī)械手。機(jī)械手在鍛造工業(yè)中的應(yīng)用能進(jìn)一步發(fā)展鍛造設(shè)備的生產(chǎn)能力，改善熱、累等勞動(dòng)條件。機(jī)械手首先是從美國開始研制的。1958年美國聯(lián)合控制公司研制出第一臺(tái)機(jī)械手。第一機(jī)械手的原理加工中心換刀機(jī)械手四個(gè)手指的運(yùn)動(dòng)分別由四個(gè)液壓缸單獨(dú)控制，這使得它運(yùn)動(dòng)的靈活性很強(qiáng)，其結(jié)構(gòu)如圖1.1所示。圖1.1手臂伸縮與手指夾緊機(jī)構(gòu)工作原理：當(dāng)手架旋轉(zhuǎn)75。到指定位置后，發(fā)出手臂伸出指令，手臂伸縮液壓缸1和1'工作，當(dāng)兩液壓缸的活塞運(yùn)動(dòng)到設(shè)計(jì)位置后，進(jìn)油腔油壓力升高，壓力繼電器開關(guān)動(dòng)作，并發(fā)出手指夾緊指令，手指夾緊液壓缸2、3、2,以及3'工作，手指開始夾緊。當(dāng)手指夾緊工件后，手指夾緊液壓缸的進(jìn)油腔內(nèi)的油壓力升高，發(fā)出手架伸出指令，開始拔刀動(dòng)作。手架在插刀動(dòng)作結(jié)束后，發(fā)出手指松開指令，此時(shí)手指夾緊液壓缸2、3和2'、3'反行程運(yùn)動(dòng)，當(dāng)活塞運(yùn)動(dòng)到初始位置后，手指恢復(fù)到原位置，當(dāng)進(jìn)油腔內(nèi)油壓力升高后，壓力繼電器開關(guān)動(dòng)作，發(fā)出手臂縮回指令，液壓缸1和1’開始動(dòng)作，當(dāng)手臂縮回到初始位置后，活塞不再運(yùn)動(dòng)，手臂伸縮液壓缸進(jìn)油腔內(nèi)油壓力升高，即發(fā)出手架復(fù)位指令。第二機(jī)械手的常見故障分析、刀具掉刀產(chǎn)生故障的原因可能有：刀具夾不緊掉刀原因可能是卡緊爪彈簧壓力過??；或彈簧后面的螺母松動(dòng)：或刀具超重：或機(jī)械手卡緊鎖不起作用等。刀具夾緊后松不開原因可能是松鎖的彈簧壓合過緊，卡爪縮不回：應(yīng)調(diào)松螺母，使最大載荷不超過額定數(shù)值。刀具交換時(shí)掉刀換刀時(shí)主軸箱沒有回到換刀點(diǎn)或換刀點(diǎn)漂移，機(jī)械手抓刀時(shí)沒有到位，就開始拔刀，都會(huì)導(dǎo)致?lián)Q刀時(shí)掉刀。這時(shí)應(yīng)重新移動(dòng)主軸箱，使其回到換刀點(diǎn)位置，重新設(shè)定換刀點(diǎn)。、機(jī)械手未能伸出完成從主軸和刀庫中拔刀動(dòng)作，產(chǎn)生故障的原因可能有：“松刀”感應(yīng)開關(guān)失靈在換刀過程中，各動(dòng)作的完成信號(hào)均由感應(yīng)開關(guān)發(fā)出，只有上一動(dòng)作完成后才能進(jìn)行下一動(dòng)作。第3步為“主軸松刀”，如果感應(yīng)開關(guān)未發(fā)信號(hào)，則機(jī)械手“拔刀”就不會(huì)動(dòng)作。檢查兩感應(yīng)開關(guān)，信號(hào)正常。“松刀”電磁閥失靈主軸的“松刀”，是由電磁閥接通液壓缸來完成的。如電磁閥失靈，則液壓缸未進(jìn)油，刀具就“松”不了。檢查主軸的“松刀”電磁閥動(dòng)作均正常?！八傻丁币簤焊滓蛞簤合到y(tǒng)壓力不夠或漏油而不動(dòng)作，或行程不到位檢查刀庫松刀液壓缸，動(dòng)作正常，行程到位：打開主軸箱(圖8-2)后罩，檢查主軸松刀液壓缸，發(fā)現(xiàn)也己到達(dá)松刀位置，油壓也正常，液壓缸無漏油現(xiàn)象。機(jī)械手系統(tǒng)有問題，建立不起“拔刀”條件其原因可能是：電動(dòng)機(jī)控制電路有問題。檢查電動(dòng)機(jī)控制電路系統(tǒng)正常。主軸系統(tǒng)有問題主軸結(jié)構(gòu)示意圖如圖8-2所示。刀具是靠碟簧通過拉桿和彈簧卡頭而將刀具柄尾端的拉釘拉緊的；松刀時(shí)，液壓缸的活塞桿頂壓頂桿，頂桿通過空心螺釘推動(dòng)拉桿，一方面使彈簧卡頭松開刀具的拉釘，另一方面又頂動(dòng)拉釘，使刀具右移而在主軸錐孔中變“松”。主軸系統(tǒng)不松刀的原因估計(jì)有以下4點(diǎn)：刀具尾部拉釘?shù)拈L度不夠，致使液壓缸雖己運(yùn)動(dòng)到位，而仍未將刀具頂“松”；拉桿尾部空心螺釘位置起了變化，使液壓缸行程滿足不了“松刀”的要求：頂桿出了問題，己變形或磨損；彈簧卡頭出故障，不能張開；主軸裝配調(diào)整時(shí)，刀具移動(dòng)量調(diào)得太小，致使在使用過程中一些綜合因素導(dǎo)致不能滿足“松刀”條件。處理方法：拆下“松刀”液壓缸，檢查發(fā)現(xiàn)：這一故障系制造裝配時(shí)，空心螺釘?shù)摹吧斐隽俊闭{(diào)整得太小，故“松刀”液壓缸行程到位，而刀具在主軸錐孔中“壓出”不夠，刀具無法取出。調(diào)整空心螺釘?shù)摹吧斐隽俊?，保證在主軸“松刀”液壓缸行程到位后，刀柄在主軸錐孔中的壓出量為0.廠0.5mm。經(jīng)以上調(diào)整后，故障排除。結(jié)束語隨著切削速度的提高，切削時(shí)間的不斷縮短，對(duì)換刀時(shí)間的要求也在逐步提高，換刀的速度已成為高水平加工中心的一項(xiàng)重要指標(biāo)。由于加工中心的自動(dòng)換刀要求可靠準(zhǔn)確，而且結(jié)構(gòu)相對(duì)比較復(fù)雜，提高換刀速度技木難度大。目前國外機(jī)床先進(jìn)企業(yè)生產(chǎn)的高速加工中心為了適應(yīng)高速加工，大都配備了快速自動(dòng)換刀裝置，很多采用了新技術(shù)、新方法。功能部件技術(shù)水平的高低、性能的優(yōu)劣以及整體的社會(huì)配套水平，都直接決定和影響著數(shù)控機(jī)床整機(jī)的技木水平和性能，也制約著主機(jī)的發(fā)展速度。而換刀機(jī)械手則是加工中心穩(wěn)定可靠運(yùn)行的關(guān)鍵功能部件。它的快速、準(zhǔn)確的換刀程序是影響加工中心發(fā)揮高效、可靠的加工性能的重要因素。沒有換刀機(jī)械手，就不可能有集中工序進(jìn)行加工的加工中心。有資料顯示，刀庫和機(jī)械手的故障率約占整機(jī)故障率的25%⑴。