摘 要:本文結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)需要，針對(duì)美國(guó)哈斯VF-3數(shù)控加工中心在使用過(guò)程中主軸產(chǎn)生的典型故障，全面分析了故障產(chǎn)生的原因，系統(tǒng)介紹了有關(guān)的維修經(jīng)驗(yàn)以及需要注意的事項(xiàng)。

關(guān)鍵詞:加工中心;主軸系統(tǒng);故障分析;振動(dòng)分析

中圖分類號(hào):TG659 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1674-7712 (2012) 12-0196-01

VF-3加工中心是美國(guó)哈斯自動(dòng)化公司生產(chǎn)，采用系統(tǒng)也是HAAS系統(tǒng)。在使用過(guò)程中，不可避免的產(chǎn)生各種各樣的故障?，F(xiàn)就我公司VF-3加工中心產(chǎn)生的主軸系統(tǒng)主要問(wèn)題，進(jìn)行匯總，以便能夠在生產(chǎn)過(guò)程中及時(shí)解決，提供設(shè)備的利用率。

一、加工中心主軸組成及工作原理:

哈斯加工中心主軸由伺服電機(jī)、主軸、拉桿、鋼球、松刀氣缸、齒輪變速箱、傳動(dòng)皮帶、位置感應(yīng)開關(guān)、定位編碼器、電磁閥、碟形彈簧等組成。在加工過(guò)程中，需要進(jìn)行換刀，則由操作人員給機(jī)床輸入換刀指令，主軸首先由定位編碼器進(jìn)行主軸定位，松刀電磁閥得電，氣缸向下移動(dòng)的一定位置(松刀位置)，將拉桿鋼球松開，然后換刀裝置從刀庫(kù)取刀，將刀具裝入主軸孔內(nèi)，停留一定時(shí)間(時(shí)間由內(nèi)部參數(shù)設(shè)備，一般為0.2S)，松刀電磁閥失電，鎖緊電磁閥得電，氣缸向上移動(dòng)，拉桿在碟形彈簧的作用下拉桿鋼球內(nèi)縮，拉桿拉緊刀柄，氣缸到達(dá)鎖緊位置，換刀裝置移離主軸。

二、典型故障診斷分析與排除

(一)在加工過(guò)程中，鏜孔橢圓，盤刀銑平面有明顯震紋，并且有時(shí)伴有“掉刀”現(xiàn)象

導(dǎo)致此類現(xiàn)象的因素很多，比如有以下幾種:主軸孔有鐵屑;感應(yīng)開關(guān)失靈;刀柄拉釘松動(dòng);拉桿彈簧破損，無(wú)法拉緊刀柄。1.用絲綢擦拭主軸錐孔和刀柄，以免可能因切屑存在導(dǎo)致錐孔和刀柄有間隙。2.檢查拉釘并重新擰緊，然后進(jìn)行交換刀具。此故障現(xiàn)象無(wú)法消除。3.進(jìn)行幾次換刀，觀察診斷頁(yè)面中參數(shù)DRAWBAR OPEN和DRAWBAR CLOSED數(shù)據(jù)的變換情況。經(jīng)過(guò)檢查參數(shù)變換正常，并且報(bào)警記錄中沒(méi)有131報(bào)警，因此說(shuō)明氣缸感應(yīng)開關(guān)沒(méi)有問(wèn)題。4.既然感應(yīng)開關(guān)沒(méi)有問(wèn)題，那么需要檢查主軸精度。將主軸檢棒裝到主軸上，用千分表進(jìn)行精度主軸檢測(cè)。主軸錐孔圓跳動(dòng)0.002mm，檢棒根部圓跳動(dòng)0.002mm，此兩項(xiàng)精度表明主軸軸承沒(méi)有問(wèn)題。而在離主軸端面250mm處，檢測(cè)到的檢棒圓跳動(dòng)為0.06-0.08mm，反映出主軸拉桿可能產(chǎn)生問(wèn)題。為了進(jìn)一步確認(rèn)，將一鏜刀柄裝到主軸上 ，將千分表壓到鏜刀柄上。用手一推一拉，觀察千分表變化情況。經(jīng)過(guò)幾次觀察，有0.03-0.04mm間隙。此數(shù)據(jù)說(shuō)明拉桿彈簧有大量破損。在主軸上安裝一刀柄，將松刀氣缸取下，將主軸拉桿螺旋環(huán)取掉，將拉桿取出。經(jīng)過(guò)檢查，拉桿碟形彈簧1/2已經(jīng)破損。聯(lián)系美國(guó)哈斯，更換新拉桿。更換新拉桿后，需要檢測(cè)拉桿拉力。針對(duì)VF-3加工中心7500RPM主軸，拉桿(碟形彈簧片數(shù)為79)拉力范圍為1200—1450LBS。如果拉桿拉力不在此范圍內(nèi)，則需要調(diào)整松刀氣缸墊片厚度。更換新拉桿后，在離主軸端面250mm處，主軸檢棒圓跳動(dòng)為0.012。裝一刀柄，一推一拉，間隙為0.002mm。精度符合出廠要求，故障現(xiàn)象消除。

(二)主軸加工過(guò)程中突然停止旋轉(zhuǎn)

查閱機(jī)床報(bào)警記錄，機(jī)床產(chǎn)生126、117、118報(bào)警。126為主軸換擋故障。117為主軸高速擋故障。118為主軸低速擋故障。進(jìn)入診斷頁(yè)面發(fā)現(xiàn)換擋輸出信號(hào)SPINDLE HIGH GEAR、SPINDLE LOW GEAR全部為0。也就是說(shuō)主軸處于空擋狀態(tài)。數(shù)控系統(tǒng)PLC是根據(jù)機(jī)床參數(shù)142:HIGH/LOW GEAR CHANG 設(shè)定值決定加工過(guò)程中主軸某個(gè)轉(zhuǎn)速是處于高速還是處于低速。關(guān)閉電源，重新開機(jī)。診斷頁(yè)面高低擋輸入信號(hào)均為零。在MDI模式下分別執(zhí)行指令M41(換高速)、M42(換低速)，診斷頁(yè)面輸入信號(hào)均正常變化，但輸出無(wú)變化。并且執(zhí)行指令時(shí)，主軸擺動(dòng)一段時(shí)間后并產(chǎn)生126報(bào)警。用萬(wàn)用表檢測(cè)用來(lái)控制控制高低擋轉(zhuǎn)換的電磁閥IOP12-4是否良好。經(jīng)過(guò)檢查，電磁線圈良好。用煤油清洗電磁閥，以免芯軸被顆粒堵塞影響正常工作。重新安裝后，換擋失敗。更換新電磁閥也不行。因?yàn)椴还苁菑母咚傧虻退俎D(zhuǎn)換還是低速向高速轉(zhuǎn)換，都要經(jīng)過(guò)主軸定向環(huán)節(jié)。為了排除主軸定向環(huán)節(jié)出錯(cuò)，采用人工辦法進(jìn)行手動(dòng)轉(zhuǎn)換。將控制高低擋轉(zhuǎn)換的電磁閥氣路斷開，用氣槍直接吹兩根銅管，需要等一段時(shí)間才能轉(zhuǎn)換。進(jìn)行多次試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)兩根銅管串氣。因此判定變速齒輪箱換擋氣缸出了問(wèn)題。鑒于設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)問(wèn)題，需要將齒輪箱整體吊起才能拆掉換擋氣缸。首先將齒輪箱傳動(dòng)氣路、電路斷開，將齒輪箱固定螺栓松開，將主軸皮帶與主軸脫離。將齒輪箱整體吊起后，先將潤(rùn)滑油箱拆下，然后取下?lián)Q擋氣缸。用一字螺絲刀取出密封圈，兩大兩小分別為20X15.6X2.4、16X11.6X2.4。經(jīng)過(guò)檢查，發(fā)現(xiàn)密封圈已扁平，需要更換。更換新的密封圈，重新安裝換擋氣缸，接氣路、電路，重新安裝主軸皮帶。安裝主軸皮帶時(shí)一定要注意皮帶張緊力，VF-3加工中心一般為159—165HZ。更換密封圈后，高低擋轉(zhuǎn)換正常。無(wú)報(bào)警產(chǎn)生。

(三)哈斯設(shè)備在進(jìn)行主軸以及齒輪變速箱故障分析時(shí)，一般都要用OCTAVIS振動(dòng)分析儀對(duì)其進(jìn)行振動(dòng)分析

通過(guò)分析振動(dòng)頻率檢測(cè)值，就能初步判定問(wèn)題所在之處。以7500RPM主軸為例，主軸風(fēng)扇(2600CPM)、皮帶或皮帶輪(3300CPM)、傳動(dòng)裝置(3700CPM)、主軸電機(jī)(6000CPM)、主軸油泵(7200CPM)最大波形鋒值(Mil，振幅大小)分別為0.08、0.08、0.08、0.08、0.02、0.2。若檢測(cè)值超出最大范圍，則相關(guān)部件可能被損壞，需要進(jìn)一步確認(rèn)。

三、結(jié)語(yǔ)

數(shù)控設(shè)備主軸故障涉及機(jī)械、低壓電氣、PLC等多學(xué)科知識(shí)，維修人員應(yīng)熟悉設(shè)備的機(jī)械結(jié)構(gòu)、控制原理以及基本操作方法，根據(jù)故障現(xiàn)象，分析原因，確定合理的診斷與檢測(cè)步驟。維修方法到位與不到位直接影響機(jī)床維修的質(zhì)量。一般情況下，數(shù)控設(shè)備的故障多是有小毛病引起的，維修時(shí)一定要注意設(shè)備動(dòng)作的上下過(guò)程，充分利用報(bào)警頁(yè)面和狀態(tài)顯示的自診斷功能解決一些技術(shù)問(wèn)題。在維修過(guò)程中可以采用以下方法:初始化復(fù)位法;參數(shù)更改，程序更正法;備件替換法;維修信息跟蹤法。設(shè)備維修完畢后，要詳細(xì)記錄維修過(guò)程及注意事項(xiàng)，以便以后產(chǎn)生類似情況，可以快速確定故障點(diǎn)。設(shè)備用油及密封部件需要定期及時(shí)檢查。有時(shí)可能因?yàn)橛团K或密封件泄漏，導(dǎo)致數(shù)控設(shè)備故障產(chǎn)生。建立完善的設(shè)備維護(hù)和保養(yǎng)制度，養(yǎng)成良好的維護(hù)保養(yǎng)習(xí)慣，可以減少機(jī)床停機(jī)率，有效提高生產(chǎn)率。

參考文獻(xiàn):

[1]銑床和車床維修手冊(cè)(機(jī)械部分)96-0283B.哈斯自動(dòng)化機(jī)械(上海)有限公司，2010

[2]銑床和車床維修手冊(cè)(電氣部分)96-0284B.哈斯自動(dòng)化機(jī)械(上海)有限公司，2010