王文斌 高海平 韓冰

摘要：在本研究中能夠針對(duì)HELLER機(jī)床加工中心具體數(shù)控設(shè)備的故障參數(shù)及故障維修過程進(jìn)行分析，闡述了在維修定位中可編程控制器的具體應(yīng)用，詳細(xì)分析了設(shè)備故障大定位，檢修前檢查是關(guān)鍵環(huán)節(jié)，同時(shí)指出做好接口信號(hào)狀態(tài)變化流程圖在整個(gè)數(shù)控設(shè)備檢修過程中具有十分重要的意義。

關(guān)鍵詞：HELLER機(jī)床;加工中心;維修技術(shù)

中圖分類號(hào)：TG68? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-957X（2021）16-0133-02

0? 引言

近年來在儀器設(shè)備維護(hù)管理等方面，如何做好數(shù)控機(jī)床故障快速診斷、維修對(duì)于相關(guān)從事檢修工作人員來說是十分重要的。比如對(duì)于某機(jī)械公司，投入數(shù)十億元構(gòu)建HELLER機(jī)床設(shè)備，多年來，針對(duì)數(shù)控機(jī)床的故障診斷維修與相關(guān)院校、專業(yè)工程師進(jìn)行合作。在本研究中主要針對(duì)臥式加工中心故障維修進(jìn)行詳細(xì)闡述。

1? HELLER機(jī)床加工中心特點(diǎn)

本研究中HELLER機(jī)床臥式加工中心是由德國機(jī)床廠生產(chǎn)的機(jī)床，其主軸精度高，運(yùn)行速度快，具有較高的軸承精度和良好潤(rùn)滑性能，利用這種臥式加工中心所生產(chǎn)的零件具有較高精度，但在長(zhǎng)期使用過程中產(chǎn)品加工時(shí)常會(huì)面臨很多問題：第一，工件會(huì)出現(xiàn)部分加工紋路，存在圓柱度誤差;第二，在加工過程中工件生產(chǎn)噪聲較大，導(dǎo)致所生產(chǎn)的工件表面存在明顯的振紋，使最終的加工工件尺寸誤差較大。在本研究中主要針對(duì)上述幾個(gè)問題，對(duì)HELLER機(jī)床加工中心在實(shí)際生產(chǎn)過程中各個(gè)軸工作臺(tái)進(jìn)行主軸、軸承檢修經(jīng)驗(yàn)分析，能夠?yàn)轭愃萍庸ぶ行奶峁┙?jīng)驗(yàn)借鑒。

2? 典型故障維修技術(shù)

2.1 數(shù)控設(shè)備故障

在實(shí)際自動(dòng)加工過程中可以使用機(jī)械手，在加工中程序中斷，進(jìn)一步說明可編程控制器是正常運(yùn)行的，因此可以采用可編程控制器程序法，通過查詢可編程控制器程序相關(guān)模塊，了解機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)流程。在檢修前的調(diào)查這一環(huán)節(jié)也是重要程序，通過該環(huán)節(jié)能夠排除在加工過程中的程序問題，確保機(jī)械運(yùn)行環(huán)境與電網(wǎng)正常。通常，在機(jī)械手移向主軸動(dòng)作前會(huì)出現(xiàn)機(jī)床停止運(yùn)行，通過資料查詢產(chǎn)生該動(dòng)作主要是在Y軸和Z軸完成回零后，將機(jī)械手架調(diào)升至最高位點(diǎn)，此時(shí)主軸開始定向并完成后續(xù)操作，出現(xiàn)該機(jī)床故障明顯的特征是中斷程序，停止運(yùn)行，通過實(shí)際檢查結(jié)果發(fā)現(xiàn)，目前該機(jī)械屬于最高位置，主軸開始定向，但未完成后續(xù)操作。在故障大定位中，結(jié)合之前文獻(xiàn)研究分析判斷和修檢修前調(diào)查，這一程序中斷并不是受到運(yùn)行環(huán)境干擾和電網(wǎng)異常導(dǎo)致的，同時(shí)可以排除非程序設(shè)計(jì)問題。通過研究發(fā)現(xiàn)，該故障為硬件故障，且故障定位為主軸定向系統(tǒng)，結(jié)合可編程控制程序繪制主軸定向動(dòng)作流程圖，如圖1所示。

在自動(dòng)加工過程中由NC發(fā)出M41和M42的低檔和高檔換擋指令，并且經(jīng)過可編程控制器進(jìn)行換擋裝置開關(guān)的控制，在完成換擋的過程中，可編程控制器能夠向主軸控制器發(fā)出指令，使主軸電動(dòng)機(jī)開始定向運(yùn)行，完成定向動(dòng)作后主軸開始正常運(yùn)行，在這一過程中，任意環(huán)節(jié)都可能成為主軸無法正常定向的故障原因。

根據(jù)上述研究發(fā)現(xiàn)在故障設(shè)備診斷過程中，由于程序中斷NC和顯示器處于正常運(yùn)行，因此這種情況下可以采用可編程控制器程序法，需要注意可編程控制器程序是機(jī)床電氣控制和運(yùn)行邏輯關(guān)系的統(tǒng)一?？删幊炭刂破鳈z測(cè)故障原理是利用各種輸入、輸出狀態(tài)指標(biāo)，通過為特種機(jī)床所編制的梯型圖，即可編程控制器程序，進(jìn)而能夠?qū)C(jī)床產(chǎn)生的不同信號(hào)實(shí)現(xiàn)邏輯性判斷，當(dāng)機(jī)床處于故障狀態(tài)后，一般來說，可以調(diào)出程序并繪制動(dòng)作流程圖，之后詳細(xì)找到導(dǎo)致程序異常或者停止運(yùn)行的環(huán)節(jié)，即完成故障大定位。結(jié)合可編程控制器程序可查找相對(duì)應(yīng)的診斷標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)位號(hào)，第一，可以在crt中調(diào)用實(shí)時(shí)診斷的畫面;第二，操作主軸控制器實(shí)現(xiàn)自動(dòng)定向，以觀察主軸定向狀態(tài)。

根據(jù)該表可以發(fā)現(xiàn)，目前主軸未定位，主要是由于上位檔位動(dòng)作沒有完成，故障點(diǎn)處于換擋前單元;第三，手動(dòng)操作主軸的高檔和低檔位開關(guān)，按下手動(dòng)定向鍵。

根據(jù)該結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，此時(shí)手動(dòng)操作換擋定向是比較成功的，表明主軸控制器和換擋機(jī)械裝置是正常的，之后需要確定換擋開關(guān)可編程控制器輸入和輸出接口是否存在故障問題;第四，能夠針對(duì)M41和M42的換擋定向指令進(jìn)行輸入，進(jìn)而觀察相關(guān)參數(shù)，如表1所示。

根據(jù)該結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)在執(zhí)行M42高檔位置定向指令時(shí)其程序運(yùn)行正常，但未執(zhí)行低檔的定向指令，進(jìn)而判斷該故障點(diǎn)位是低檔開關(guān)以及相關(guān)的端口連線，進(jìn)一步檢查低檔換擋位置開關(guān)，打開開關(guān)盒之后結(jié)果發(fā)現(xiàn)，低檔位置連線存在部分螺絲松動(dòng)連線，松脫，進(jìn)而導(dǎo)致低檔定向無法執(zhí)行。由于主軸自動(dòng)定向是通過先低檔后高檔定向的，但由于低檔定向未能正常運(yùn)行，導(dǎo)致后續(xù)高檔定向被終止，這也是最終是主軸定向失敗的原因，最后進(jìn)行導(dǎo)線連接擰緊螺絲之后即可排除該故障。

2.2 機(jī)床主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)故障

機(jī)床主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)故障通常存在三種形式：第一，在機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)中顯示屏存在報(bào)警或報(bào)警信息;第二，主軸驅(qū)動(dòng)裝置存在報(bào)警燈閃動(dòng)或數(shù)碼管顯示主軸驅(qū)動(dòng)裝置故障;第三，主軸故障無任何報(bào)警提示。

針對(duì)常見故障分析，比如主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主軸轉(zhuǎn)速與指令值偏離時(shí)，即電機(jī)轉(zhuǎn)速超過規(guī)定波動(dòng)范圍，其可能是由于電動(dòng)機(jī)過載或速度反饋故障，主軸驅(qū)動(dòng)裝置故障導(dǎo)致的故障。噪聲和振動(dòng)異常，要想找到主軸運(yùn)行中存在振動(dòng)或噪聲根源，需要區(qū)分故障是由于電氣驅(qū)動(dòng)或主軸機(jī)械導(dǎo)致的，如果在減速中出現(xiàn)噪聲通常是由于驅(qū)動(dòng)裝置導(dǎo)致，如果在恒定轉(zhuǎn)速運(yùn)行時(shí)存在異常振動(dòng)噪聲，一般是由于主軸機(jī)械導(dǎo)致的。主軸過載報(bào)警可能是加工過程中存在較大切削量或主軸頻繁正向或反向轉(zhuǎn)動(dòng)，主軸電動(dòng)機(jī)的冷卻風(fēng)扇存在故障，主軸電機(jī)動(dòng)力電纜接觸不良等導(dǎo)致的，一旦出現(xiàn)故障時(shí)，主軸驅(qū)動(dòng)裝置或CNC會(huì)提示報(bào)警，當(dāng)主軸存在干擾故障時(shí)一般是由于信號(hào)線屏蔽或接地不良，電磁干擾導(dǎo)致，對(duì)于電氣柜應(yīng)當(dāng)合理排線，電源線需要采取必要的抗干擾措施，及時(shí)屏蔽反饋線和信號(hào)線，CNC系統(tǒng)到主軸驅(qū)動(dòng)裝置是由轉(zhuǎn)速模擬量信號(hào)控制的，同時(shí)需要使能信號(hào)控制，因此當(dāng)主軸電動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn)時(shí)，需要查看數(shù)控系統(tǒng)狀態(tài)表，看其是否存在主軸正向或反向轉(zhuǎn)動(dòng)信號(hào)輸出，同時(shí)還需要查看繼電器運(yùn)行狀態(tài)是否有主軸使用信號(hào)，最后再次進(jìn)行主軸驅(qū)動(dòng)裝置和主軸驅(qū)動(dòng)電機(jī)故障排查。

2.3 絲杠和軸承故障

HELLER機(jī)床加工中心在檢修過程中如果存在絲杠或者軸承明顯損壞，這種情況下工件在加工過程中存在較大噪聲，所加工的產(chǎn)品表面存在明顯振紋，加工尺寸誤差相對(duì)較大，這種情況下需要進(jìn)行絲杠或者軸承更換，并且注意軸承和絲杠拆裝過程。在絲杠軸承拆卸時(shí)需要做好下列步驟：第一，拆護(hù)罩。移開Z軸中的護(hù)罩蓋;第二，拆除電動(dòng)機(jī)和軸連器，擰松Z軸電動(dòng)機(jī)頂部位置的螺絲，松開Z軸電動(dòng)機(jī)和絲杠中的螺絲，最后去除電動(dòng)機(jī)和聯(lián)軸器;第三，進(jìn)行工作臺(tái)的拆除，擰松工作臺(tái)和絲杠的聯(lián)接鉚釘，之后進(jìn)行工作臺(tái)拆除;第四，軸承座拆除，擰松鎖緊螺母中的止退螺釘，之后進(jìn)行鎖緊螺母，松開松開軸承套，利用軸承座中的定位孔取出軸承;第五，絲杠的拆除，松開鎖緊螺母中的止退螺釘，移出鎖緊螺母和軸套，松開螺釘移出端蓋，轉(zhuǎn)動(dòng)絲杠并進(jìn)行軸承松動(dòng)，將軸承從絲杠中取出，從軸的一端取下絲杠;第六，電動(dòng)機(jī)座的拆除。在絲杠軸承等關(guān)鍵部件安裝維修中，需要遵循下列步驟：第一，安裝電動(dòng)機(jī)座，需要在機(jī)床中輕輕擱置電動(dòng)機(jī)座并進(jìn)行定位銷定位，使用螺釘連接;第二，絲杠安裝。在絲杠兩端將其裝入O型密封圈，進(jìn)而能夠密封軸端面，確保z工作臺(tái)內(nèi)部的潤(rùn)滑性，從Z軸一端并將電動(dòng)機(jī)座中的軸承與絲杠進(jìn)行連接，從電動(dòng)機(jī)一端將鎖緊螺母和軸承套連接于絲杠中，合理調(diào)整鎖緊螺母壓緊力，進(jìn)而消除軸承和絲杠的間隙，同時(shí)消除軸承中的間隙，調(diào)整好鎖緊螺母之后需要鎖緊止退螺釘;第三，軸承座的安裝，用手輕輕利用螺釘將軸承座安裝于機(jī)床中，按照相對(duì)應(yīng)的順序裝入軸承裝入軸承套和鎖緊螺母，并按照一定流程利用螺母對(duì)絲杠施加預(yù)緊力，并鎖緊止推螺釘;第四，絲杠預(yù)緊力的調(diào)整，首先需要在絲杠中放置千分表，將兩邊軸承擰緊，后松，再次調(diào)整，直到千分表指針無明顯變化，利用該步驟可消除軸承間間隙，之后進(jìn)行鎖緊螺母的調(diào)整，測(cè)量絲杠圓跳動(dòng)，要求圓跳動(dòng)誤差控制于0.01毫米范圍內(nèi)，如果圓跳動(dòng)誤差高于0.01毫米，表示鎖緊螺母存在較大的跳動(dòng)誤差，這種情況下需要使用銅棒憑借經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行縮進(jìn)螺母敲擊并使其誤差低于0.01毫米，擰緊止退螺定，使擰緊作用力最高達(dá)到8Nm，經(jīng)過鎖緊之后，再次進(jìn)行絲杠圓跳動(dòng)的測(cè)量，如果存在圓跳動(dòng)超差問題，需要及時(shí)進(jìn)行止退螺釘?shù)恼{(diào)整;第五，工作臺(tái)的連接，可以使用螺釘將絲杠與工作臺(tái)進(jìn)行緊密連接;第六，電動(dòng)機(jī)和聯(lián)軸器的安裝，利用螺釘和安全墊圈將聯(lián)軸器與電動(dòng)機(jī)進(jìn)行緊密連接，并將其安裝于電動(dòng)機(jī)座中，需要注意的是在聯(lián)軸器裝配過程中，需要按照下列程序完成：使用螺釘調(diào)整緊固椎套，以確保電動(dòng)機(jī)兩端面距離控制在72毫米，電動(dòng)機(jī)軸和孔空間連接，要求聯(lián)軸器表面平面度誤差低于0.01毫米，如果該平面度誤差高于0.01毫米，需要調(diào)整椎套位置使其誤差低于0.01毫米，最后使用螺栓能夠?qū)⒙?lián)軸器彼此進(jìn)行有效連接;第七，保證潤(rùn)滑系統(tǒng)的完好性，做好防護(hù)罩的安裝。

3? 小結(jié)

目前針對(duì)加工中心在數(shù)控機(jī)床維修時(shí)可編程控制器程序法是一種重要的故障分析法，對(duì)機(jī)床主軸故障維修時(shí)，一般是由于導(dǎo)線連接或接觸問題導(dǎo)致的，無論對(duì)于哪種故障維修均需要做好接口信號(hào)狀態(tài)變化流程圖，可通過故障大定位，在檢修前調(diào)查等步驟。在工件加工時(shí)不同的工件其尺寸、形位誤差不同，因此相關(guān)技術(shù)人員需要進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，以掌握機(jī)床維修技能。

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