马扎克车铣复合加工中心机械手断裂的返修再利用

王永军，任飞

山西平阳重工机械有限责任公司 山西临汾 043000

1 序言

加工中心是机械加工行业当中的主流加工设备，一般都带有自动换刀功能，而机械手是实现自动换刀的重要部件。然而，在换刀比较频繁的车铣复合加工中心，机械手爪头经常在夹持刀柄部位的最薄弱环节因疲劳而断裂。更换新的机械手不仅价格昂贵，而且严重影响生产进度。

2 存在的问题

马扎克车铣复合加工中心是我公司军品民品生产的关键设备之一，是进口数控设备。由于精度高、功能齐全，在高精度复杂零件的加工方面有着不可替代的地位，因而一直承担着军品、民品关键件的加工任务。

该加工中心的机械手为铸铁材质，换刀结构采用回转式换刀臂（见图1）。机械手爪头夹持部位厚度为13mm，其定位销孔尺寸为φ7mm且为通孔。爪头承受载荷的部位单边厚度仅剩3mm，机械强度较低，在频繁的换刀过程中非常容易达到疲劳极限而从该部位断裂（见图2）。机械手出现故障后，严重影响了某型号产品的生产进度。

图1 断裂前机械手的回转式换刀臂

图2 机械手断裂部位示意

我公司在应对该机械手故障时准备外购配件，但由于该加工中心是进口设备，配件采购周期需要两个月，同时进口备件的报价较高，单套报价12万元，最关键的是生产进度不能拖延。为了赶进度，公司最终决定自修解决。经设备维修人员和技术人员进行结构分析、方案论证，认为该故障完全可经过返修手段恢复其功能。

3 解决措施及返修过程

从机械手断裂的爪头根部铣断，在原基体上加工定位台阶结构（见图3），在适当部位加工3个联接用M8螺孔。

采用铸钢板料，加工一个尺寸比爪头略大、形状相近的联接块（见图4），在根部加工3个联接用沉孔。

通过台肩、端面定位，用螺钉把联接块与换刀臂联接并紧固（见图5）。配作两处φ5mm定位销孔，压装销子后，在数控加工中心上重新按测绘尺寸精铣爪头，形状及尺寸与完好时一致。

在返修过程中，根据该机械手故障根源，对机械手结构做了如下优化。

1）联接块材质采用铸钢结构，很大程度上降低了受力部位的脆性，提高了该部位的韧性、强度。

2）因该设备在换刀过程中回转速度较高，对工件的重心位置要求较高，所以返修时，只要机械手一端出现断裂情况，另一端也要按故障结构进行返修。这样做保证了整体结构配作加工后的对称性，也保证了整体工件的重心不会出现偏移。

图3 定位台阶结构

图4 联接块结构

图5 联接块与换刀臂联接

3）优化原定位销孔结构（见图6）。设计专用台阶销，销孔由原来的φ7mm缩小至φ4mm，使该部位的有效壁厚加大3mm，从而大大提高了爪头结构的强度。同时配作专用台阶销，以起到定位功能。

图6 优化后的定位销孔结构

图7 修复效果

4 结束语

经过返修（修复效果见图7），在我公司的马扎克车铣复合中心上进行试用，换刀功能良好，再没出现机械手断裂的故障情况。此次返修不仅节省了很大一部分费用，而且使该设备短期内恢复了加工能力。故障情况不再成为生产瓶颈，不会影响公司整体的生产计划，同时也为其他设备的维修提供了宝贵经验。