雒補(bǔ)清

（晉西機(jī)器工業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司，山西太原030027）

VF5立式加工中心主軸和A軸典型故障處理

雒補(bǔ)清

（晉西機(jī)器工業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司，山西太原030027）

分析判斷生產(chǎn)過程中遇到的機(jī)床主軸和A軸故障，詳細(xì)敘述故障發(fā)生后的報(bào)警內(nèi)容、故障現(xiàn)象及處理的方法，特別強(qiáng)調(diào)了在參數(shù)調(diào)整、元件更換和元件裝配過程中的注意事項(xiàng)。

加工中心；主軸；變速箱；故障處理

0 前言

晉西機(jī)器工業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司先后引進(jìn)了2臺美國VF5立式加工中心，該機(jī)床配置哈斯數(shù)控系統(tǒng)，X，Y，Z，A軸具備4軸聯(lián)動功能，可完成銑削、鉆孔、倒角、剛性攻絲等加工任務(wù)，其立式圓盤刀庫可安裝30把各種刀具，并帶有雷尼紹測量系統(tǒng)，能進(jìn)行自動換刀、自動對刀。設(shè)備使用多年來其中一些故障具有一定的代表性，有必要對這些故障進(jìn)行分析、整理和總結(jié)。

1 主軸故障

1.1 主軸定位故障

該故障主要表現(xiàn)為機(jī)床在經(jīng)過長時間運(yùn)行或主軸被碰撞之后，當(dāng)執(zhí)行主軸定位功能M19時主軸定位角度偏移，導(dǎo)致在自動換刀過程中機(jī)械手抓取主軸刀具時出現(xiàn)抓不緊刀具而掉刀的現(xiàn)象，此故障一般沒有報(bào)警。

在檢查修理過程中，剛開始可以試著調(diào)整主軸定位角度，通過修改參數(shù)257來實(shí)現(xiàn)。參數(shù)257 SPINDL ORIENT OFSET的意思是主軸定位偏置值。如果修改之后主軸定位準(zhǔn)確、穩(wěn)定且換刀正常，那么說明是由于長時間加工出現(xiàn)的偶爾偏移。如果換幾次刀以后主軸定位角度又發(fā)生偏移，則需要檢查主軸位置編碼器是否損壞、連接主軸和編碼器的皮帶是否打滑、編碼器輪有無磨損、定位鍵是否緊固。實(shí)踐過程中遇到的情況是編碼器齒形皮帶已經(jīng)磨損接近平面，編碼器輪（鋁合金材料）上牙型齒磨損成為光面，這種情況下就需要更換新的編碼器輪和皮帶了。打開主軸下面小護(hù)罩，或打開主軸側(cè)面護(hù)罩即可進(jìn)行更換，換完之后需要再次調(diào)整參數(shù)257，通過增大或減小其值使主軸定位后換刀機(jī)械手轉(zhuǎn)過來能夠正好抓住刀具，即機(jī)械手的圓弧部位定位塊正好嵌入到刀具的凹處，且兩邊的間距相等，數(shù)值約3 mm，如果不等則需要再次調(diào)整參數(shù)使之正好相等為好。

以前曾遇到這樣一次故障，主軸定位角度偏移影響換刀，檢查之后磨損情況如上所述，于是維修人員就更換了編碼器輪和皮帶，操作人員調(diào)整了257參數(shù)，然后試驗(yàn)主軸定位，結(jié)果第一次定位準(zhǔn)確，第二次就偏了，第三次又準(zhǔn)確，但第四次就又偏了，連續(xù)多次均是這樣。這種現(xiàn)象以前還未曾出現(xiàn)過，查找原因：編碼器和編碼器輪安裝緊固，皮帶松緊度也合適，皮帶另一端主電機(jī)下方鋼輪亦無明顯磨損痕跡，連接主軸電機(jī)與主軸的齒形皮帶也未見磨損，傳動正常。編程在MDA方式下執(zhí)行主軸轉(zhuǎn)動程序S1000M03，面板上反饋主軸轉(zhuǎn)速為1027 r/min；執(zhí)行S1500M03，反饋轉(zhuǎn)速為1038 r/min；執(zhí)行S2000M03，反饋轉(zhuǎn)速為2050 r/min。從這個現(xiàn)象看，速度設(shè)定值和實(shí)際轉(zhuǎn)速相差太大，正常范圍一般相差1 r/min，即設(shè)定速度為1000 r/min時，反饋轉(zhuǎn)速多為999 r/min或1001 r/min?，F(xiàn)在設(shè)定速度為1500 r/min時，反饋轉(zhuǎn)速多為1499 r/min，因此懷疑是否有人誤操作修改了參數(shù)。查看與編碼器相關(guān)的5個參數(shù)79，182，186，187，239，其中79 SPINDLE STEPS/REV為3900，即主軸每轉(zhuǎn)步數(shù)為3900，查原始數(shù)據(jù)應(yīng)為4000，于是將79號參數(shù)修改為4000后再試驗(yàn)運(yùn)行S1000M03，主軸轉(zhuǎn)速顯示為999 r/min；試驗(yàn)運(yùn)行S1500M03，主軸轉(zhuǎn)速為1499 r/min，主軸轉(zhuǎn)速恢復(fù)正常。再試驗(yàn)M19定位功能，每次定位都很準(zhǔn)確沒有偏移，調(diào)好參數(shù)257后試著執(zhí)行換刀，每次主軸刀具很順利地交換到刀庫，刀庫刀具安裝到主軸上時聲音綿軟，無異常碰撞聲，使用一段時間以來主軸定位準(zhǔn)確未再發(fā)生這類故障。

1.2 換刀點(diǎn)高度變化故障

換刀點(diǎn)高度，實(shí)際上是機(jī)床Z軸的一個坐標(biāo)值。當(dāng)機(jī)床遇到意外碰撞或修改某些參數(shù)后，有時會導(dǎo)致機(jī)床主軸出現(xiàn)下移或上移的現(xiàn)象，表現(xiàn)為換刀困難或加工的產(chǎn)品尺寸發(fā)生變化。實(shí)際生產(chǎn)中曾遇到主軸下移約3 mm，導(dǎo)致某件產(chǎn)品在加工過程中銑削量過大而報(bào)廢。在這種情況下就需要調(diào)整主軸換刀點(diǎn)參數(shù)64 Z TOOL CHANGE OFFSET，即Z軸換刀偏置值。查33號參數(shù)，Z RATIO為138 718，這個意思就是說1 mm的調(diào)整量為（1/25.4）×138 718=5461.3，3 mm就需要調(diào)整3×（1/25.4）×138 718=16 384，即將64號參數(shù)中的值減去16 384，原先為155 000，修改后為138 616。完成后先不能急著換刀，可用下面這個方法檢驗(yàn)參數(shù)調(diào)整的正確性：即在主軸上手動安裝一把刀，執(zhí)行主軸定位，將Z軸手動操作移動到換刀點(diǎn)高度（參照Z軸坐標(biāo)系的值；或執(zhí)行自動換刀，當(dāng)Z軸到達(dá)換刀點(diǎn)時馬上壓下急停，然后旋起急停開關(guān)并復(fù)位），然后將換刀機(jī)械手旋轉(zhuǎn)到主軸附近靠近刀具，觀察機(jī)械手是否與刀具環(huán)形槽吻合（誤差應(yīng)＜0.5 mm），若吻合即說明參數(shù)調(diào)整正確，如有偏差還需要繼續(xù)用上述方法調(diào)整參數(shù)，直到完全吻合時才可以執(zhí)行自動換刀，否則會使機(jī)械手與刀具發(fā)生碰撞、擠壓導(dǎo)致機(jī)械手或刀具損壞。

1.3 主軸變速箱油壓故障

該加工中心主軸速度分為高速擋和低速擋2個擋位，由M功能控制主軸電機(jī)下方的變速箱來實(shí)現(xiàn)換擋。變速箱內(nèi)加有一部分潤滑油，里面的油經(jīng)過循環(huán)起冷卻主軸并潤滑變速箱的作用。多年來變速箱出現(xiàn)過2次故障，報(bào)警都為179 Low Pressure Transmission Oil，意思是變速箱油壓低。第一次故障時，打開主軸外側(cè)護(hù)罩檢查油壓管路、油泵、油位，查管路無破裂，油泵電機(jī)也能夠轉(zhuǎn)動，油位正常，但報(bào)警無法消除，說明壓力偏小或沒有壓力。進(jìn)一步檢查，電機(jī)雖然轉(zhuǎn)動但油泵未工作，拆下泵體將油泵和電機(jī)分解開來，仔細(xì)查看發(fā)現(xiàn)是聯(lián)軸器磨損嚴(yán)重造成打滑，這個聯(lián)軸器材質(zhì)為硬質(zhì)塑料直徑為20 mm不易加工，于是更換一套新的油泵備件，故障排除。

第二次故障報(bào)警時檢查管路正常無漏油，油泵和電機(jī)均能轉(zhuǎn)動，打開油泵看也未發(fā)現(xiàn)什么異常，但報(bào)警就是無法消除，檢查壓力繼電器也正常，聯(lián)軸器未見損壞。油泵是個齒輪泵，懷疑是齒輪泵內(nèi)部故障，更換一套新油泵后報(bào)警消除，設(shè)備恢復(fù)正常。

1.4 主軸頭下滑故障

主軸頭下滑故障，即在機(jī)床壓下急停開關(guān)或斷電后主軸整體自動往下滑動100～200 mm，給設(shè)備及人身帶來一定的安全隱患。檢查過程中，控制主軸頭移動的Z軸電機(jī)抱閘正常，Z軸絲杠、導(dǎo)軌潤滑良好未見異常。在排除了不是上述原因后，初步判斷是給主軸起配重作用的液壓平衡油缸或氮?dú)飧壮霈F(xiàn)問題。這種現(xiàn)象以前也出現(xiàn)過，主要原因是主軸后面與液壓平衡油缸連通的氮?dú)飧组L時間使用慢慢漏氣導(dǎo)致氮?dú)鈮毫ο陆翟斐傻?。按常?guī)處理辦法就是先往氮?dú)飧變?nèi)充氮?dú)?，使其壓力達(dá)到廠家規(guī)定的75.9 kg/cm2（1100 Psi）。于是找到壓力較高的氮?dú)馄客鶛C(jī)床后部氮?dú)飧變?nèi)充氣，但這次充氣后只使用了2 d，就又出現(xiàn)了下滑情況，繼續(xù)充氮?dú)馊匀挥邢陆惮F(xiàn)象。進(jìn)一步檢查，發(fā)現(xiàn)液壓平衡油缸外面滲出很多油，這在以前是沒有出現(xiàn)過的，原來氮?dú)鈮毫Σ荒鼙３志褪且驗(yàn)檫@兒漏油所致。于是一方面聯(lián)系經(jīng)銷商購買新的平衡油缸，一方面每天給氮?dú)飧變?nèi)充氮?dú)饩S持生產(chǎn)。幾天后新液壓平衡油缸到貨，于是加緊拆裝進(jìn)行更換，拆卸和安裝并不復(fù)雜，需要注意的是拆之前要卸了主軸刀具，將工作臺開到機(jī)床中央，緩慢下降主軸，使主軸輕輕接觸住工作臺上的結(jié)實(shí)支撐物上支，防止主軸下滑受到碰撞，然后關(guān)機(jī)進(jìn)行修理。更換好后往液壓平衡油缸內(nèi)加油時可用平衡缸自有的活塞將液壓油DTE25#吸進(jìn)去5 L左右，連接好液壓缸與氮?dú)飧祝缓笥迷O(shè)備專用充氣管往氮?dú)飧變?nèi)充氣使壓力達(dá)到75.9 kg/cm2（1100 Psi），之后開機(jī)試車，先執(zhí)行Z軸回零，取走支撐物，再執(zhí)行其它軸回零，然后壓下急停開關(guān)主軸頭不再下滑，說明更換起到了效果，解決了設(shè)備故障，保證了人身及設(shè)備安全。

1.5 主軸刀具夾緊故障

在生產(chǎn)過程中，操作人員反映說機(jī)床加工質(zhì)量下降，表現(xiàn)為刀紋變粗，光潔度、平面度出現(xiàn)不同程度下降，使用新刀具亦是如此。停機(jī)檢查，在主軸上安裝試棒，用百分表打主軸端部跳動為0.02 mm；打300 mm處跳動約0.04 mm；當(dāng)用手來回扳動試棒時跳動達(dá)到0.08 mm，這個數(shù)據(jù)說明刀具夾緊存在問題。

刀具夾緊、松開功能由松拉刀氣缸和蝶形彈簧配合執(zhí)行，松刀時由氣缸壓下主軸內(nèi)的蝶形彈簧使拉桿上鋼珠縮回刀具松開，拉刀時氣缸抬起蝶形彈簧帶動拉桿拉緊刀具。拉桿上蝶形彈簧一般為96片左右（對于VF5），按規(guī)律正反組裝而成，這些蝶形彈簧使用多年后會疲勞斷裂或失去彈性，一旦斷裂數(shù)量多了或彈性下降就會影響到拉緊刀具，造成主軸刀具松動，輕則影響加工質(zhì)量重則損壞主軸錐孔，在這種情況下就必須要更換蝶形彈簧了。從主軸內(nèi)拆下拉桿，購買和原蝶形彈簧性能接近、尺寸完全相同的備件，安裝時要注意彈簧的正反，嚴(yán)格按照原來的規(guī)律組裝否則會影響到拉桿行程與拉緊力。更換好以后再用試棒打百分表，端部跳動0.01 mm，300 mm處跳動約為0.02 mm，即便用手扳動試棒跳動仍為0.02 mm，試加工產(chǎn)品刀紋變細(xì)尺寸穩(wěn)定滿足了產(chǎn)品工藝要求。

2 A軸故障

A軸是機(jī)床第四軸，能實(shí)現(xiàn)分度及旋轉(zhuǎn)功能，由電磁閥控制氣缸實(shí)現(xiàn)抱閘的松開與夾緊，2001年出廠機(jī)床驅(qū)動電機(jī)為直流電機(jī)，2006年驅(qū)動電機(jī)改為交流伺服電機(jī)。

2.1 A軸電機(jī)故障

在加工過程中，機(jī)床報(bào)警：111 A Servo overloadA軸伺服過載。直流電機(jī)過載能力較差，且有4個碳刷長期使用會磨損，當(dāng)檢修不及時或長期3班倒超負(fù)荷生產(chǎn)，極易造成A軸電機(jī)的損壞。損壞情況包括內(nèi)部測量回路損壞、碳刷磨損、絕緣子異?；蚶@組損壞。碳刷磨損可以及時更換，繞組損壞可以重新繞制，但測量回路和絕緣子故障時因結(jié)構(gòu)復(fù)雜一般采用更換電機(jī)的方法，截止目前已更換過幾次這個直流電機(jī)了，所以要求平時做好備件儲備，以備急需。而交流電機(jī)性能相對穩(wěn)定，故障率很低，基本屬于免維護(hù)部件。

2.2 A軸電纜故障

在自動運(yùn)行中出現(xiàn)報(bào)警：106A Servo error too largeA軸伺服誤差過大；185 A Cable FaultA軸電纜故障。

報(bào)警后自動停車，在檢查過程中，發(fā)現(xiàn)A軸不能回零，機(jī)床也不能正常工作。打開A軸側(cè)面驅(qū)動電機(jī)箱體，發(fā)現(xiàn)內(nèi)部進(jìn)了好多冷卻液，電機(jī)外表也濕乎乎的。將電機(jī)拆下清理干凈并烘干后檢查，電機(jī)絕緣狀況良好，繞組電阻值正常，碳刷也在正常磨損范圍。再進(jìn)一步查電機(jī)電纜，發(fā)現(xiàn)該電纜插頭有碳化現(xiàn)象，而正因?yàn)椴孱^碳化，導(dǎo)致A軸電機(jī)工作電流過大而報(bào)警，更換新電纜后故障消除。另外A軸電纜線無金屬軟管防護(hù)，懸空置于機(jī)床加工室內(nèi)，長期加工時切削產(chǎn)生的碎屑和冷卻液很容易對電纜形成破壞，多次對破損地方包扎處理，也試過用金屬軟管防護(hù)延長其壽命，但幾年下來仍需要更換新電纜。

2.3 電磁氣閥故障

電磁氣閥控制A軸抱閘，當(dāng)A軸要進(jìn)行旋轉(zhuǎn)或分度時，抱閘松開，旋轉(zhuǎn)或分度結(jié)束后抱閘夾緊。某次自動加工過程中出現(xiàn)報(bào)警：106 A servo error too large A軸伺服誤差過大；138 A motor over heat A軸電機(jī)過熱。

例行檢查，發(fā)現(xiàn)A軸不能轉(zhuǎn)動，一給轉(zhuǎn)動指令就出現(xiàn)106報(bào)警，打開A軸側(cè)面箱體，電機(jī)略有溫度其余無異常。檢查氣閥，用小螺絲刀頂住閥芯，然后執(zhí)行A軸轉(zhuǎn)動，A軸可以正常旋轉(zhuǎn)，松開手A軸停止且馬上就又有報(bào)警出現(xiàn)。于是判斷應(yīng)該是電磁氣閥損壞影響到抱閘的松開，進(jìn)一步測量是線圈燒壞。于是更換一個新電磁氣閥后故障消除，機(jī)床恢復(fù)正常。

2.4 A軸回零磁性開關(guān)故障

機(jī)床開機(jī)后回零時A軸可以轉(zhuǎn)動但找不到零點(diǎn)，報(bào)警：168 A Zero Ret Margin Too Small A軸回零返回幅度太小。

正常執(zhí)行回零動作A軸轉(zhuǎn)動在一圈之內(nèi)，現(xiàn)在轉(zhuǎn)動超過720°仍然找不到零點(diǎn)，在診斷頁面中查看離散輸入信號，A home switch信號在720°轉(zhuǎn)動過程中沒有由1變?yōu)?，說明A軸回零開關(guān)損壞。聯(lián)系經(jīng)銷商采購回磁性開關(guān)，該開關(guān)嵌入安裝到A軸側(cè)面箱體內(nèi)，安裝時要注意其深度，防止安裝過深轉(zhuǎn)動時損壞開關(guān)?？梢栽谠\斷頁面觀察輸入信號的變化，裝好后試驗(yàn)回零，一次成功。

3 結(jié)束語

主軸和A軸是機(jī)床的兩個旋轉(zhuǎn)軸，這幾年來故障相對比X，Y，Z幾何軸要多，這就要求維修人員平日注意觀察設(shè)備狀況，熟悉設(shè)備運(yùn)行規(guī)律，掌握設(shè)備結(jié)構(gòu)原理，并做好日常易損件的備件儲備，這樣遇到故障就能及時找到原因并加以排除，保證設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

〔編輯 凌瑞〕

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