加工中心主軸的故障與維修

1、加工中心主軸的故障與維修1 前言20世紀(jì) 40年代，美國最先開始研究數(shù)控機(jī)床，第一臺(tái)數(shù)控 機(jī)床在 1952 年誕生于美國麻省理工學(xué)院的伺服機(jī)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室，在 5 年后正式投入使用。 1958 年，美國的一家機(jī)械制造公司將這種 數(shù)控銑床添加上自動(dòng)換刀裝置， 成為了今天我們常見的加工中心 的鼻祖。這種數(shù)控中心的一大特點(diǎn)也可稱為優(yōu)勢是可以一次 裝卡，多次加工，通過自動(dòng)換到裝置，將各個(gè)步驟一次完成，避 免了再反復(fù)裝卡的過程中對加工精度的影響。 這一發(fā)明的誕生對 于機(jī)械制造業(yè)而言具有劃時(shí)代的意義， 因此， 世界上眾多工業(yè)較 為發(fā)達(dá)的國家都對加工中心和數(shù)控機(jī)床的研究投入了大量的人 力、物力。加工中心的優(yōu)點(diǎn)在于

2、一次裝卡， 多次加工， 切屑時(shí)間占工序 總時(shí)間的 80%，是普通機(jī)床的 4到 5倍，大大提高了機(jī)加工的速 度和精度，同時(shí)也降低了搬運(yùn)、周轉(zhuǎn)、存放的成本，使加工效率 有了質(zhì)的飛躍， 因此， 加工中心在現(xiàn)代機(jī)械加工領(lǐng)域的應(yīng)用越發(fā) 廣泛。但其缺點(diǎn)也是顯而易見的， 數(shù)控加工中心要求機(jī)床的數(shù)控 系統(tǒng)的高精確性和與機(jī)加工系統(tǒng)的緊密配合， 為了能達(dá)到加工需 要，數(shù)控中心通常在三軸以上，高級的加工中心通常有5 軸，其機(jī)構(gòu)的復(fù)雜性是普通機(jī)床難以比擬的， 其故障的發(fā)生和解決也更 加棘手， 主軸是加工中心產(chǎn)生問題最為頻繁的部分之一， 文本將 對主軸的主要問題進(jìn)行詳細(xì)的描述。2 加工中心主軸的主要問題和解決辦法 加工

3、中心的結(jié)構(gòu)復(fù)雜， 大部分問題可以通過對軟件的調(diào)試和 重新編寫合適的加工路徑、 加工方案來解決。 但機(jī)加工部分的故 障則必須對加工中心進(jìn)行拆解維修，工作的難易程度迥然不同， 在加工中心的故障中， 主軸的問題尤為常見和難以處理， 其主要 故障包括：換刀故障、準(zhǔn)停故障、定向故障等三類。2.1 換刀故障換刀故障占加工中心故障的 80%以上，其主要問題為信號不 良和執(zhí)行元件不良， 盡管由于加工中心的型號不同， 換刀機(jī)構(gòu)的 結(jié)構(gòu)各異，但只要認(rèn)真分析 PLC梯形圖，檢查信號流程，這類問 題還是比較好解決的。 以湖北某廠使用的日本某立式加工中心為 例（配FANUC6系統(tǒng)），該立式加工中心在加工過程中無法正常

4、換刀，刀庫一直處于待機(jī)狀態(tài)，而沒有報(bào)錯(cuò)，這是加工中心的一 個(gè)常見問題，和z主軸的位置偏差有直接關(guān)系， 通過對PLC梯形 圖的檢查， 該廠的工程設(shè)備維修人員發(fā)現(xiàn)， 刀庫待機(jī)的根本原因 是z軸伺服系統(tǒng)的累積誤差過大，調(diào)整DGN802的停止到位誤差， 使其數(shù)值在 10 以下，則問題可以得到解決。另外，加工中心的結(jié)構(gòu)精密度較高， 使用過程應(yīng)控制環(huán)境溫 度和潔凈度， 避免因溫度過高導(dǎo)致的驅(qū)動(dòng)模塊燒毀和灰塵等污染 物導(dǎo)致的主軸軸承卡死現(xiàn)象。2.2 準(zhǔn)停故障加工中心的一大功能是主軸的定向準(zhǔn)停， 這一功能是加工過 程中，自動(dòng)換刀、對刀、讓刀的前提基礎(chǔ)，準(zhǔn)停裝置的故障是加 工中心最為常見的故障之一。 與此相對的

5、還有電氣準(zhǔn)停機(jī)構(gòu)， 如 磁傳感器型主軸準(zhǔn)停裝置、 編碼器型主軸準(zhǔn)停裝置和數(shù)控系統(tǒng)控 制主軸準(zhǔn)停裝置等。 現(xiàn)代加工中心的準(zhǔn)停裝置多采用數(shù)控系統(tǒng)控 制，一般情況下，該裝置的功能體現(xiàn)在：當(dāng)主軸以一定速度運(yùn)轉(zhuǎn) 加工零件時(shí)， 準(zhǔn)停裝置可根據(jù)定位指令對主軸速度進(jìn)行調(diào)整， 使 其能迅速同步，從而進(jìn)入位置控制階段。常見的故障為：高速準(zhǔn) 停失效；準(zhǔn)停的位置精度過低和準(zhǔn)停時(shí)速度陡升等。以SIEMENS 810M勺立式加工中心為例，高速準(zhǔn)停失效的主 要原因?yàn)橹鬏S實(shí)際速度與顯示速度不符， 通過調(diào)整主軸驅(qū)動(dòng)器的 參數(shù)，校對實(shí)際參數(shù)的誤差可以有效解決故障。 定位不準(zhǔn)的問題 則只要處在主軸編碼器上， 當(dāng)主軸準(zhǔn)停換刀時(shí)， 編

6、碼器在主軸停 轉(zhuǎn)一周之內(nèi)發(fā)出了多個(gè)零位脈沖， 導(dǎo)致了主軸的定位不準(zhǔn)， 這一 問題，多出在編碼器的鏈接電纜器上，通過更換編碼器的電線， 增強(qiáng)其電磁屏蔽功能， 可以很好的解決這一問題。 速度陡升的原 因在于位置編碼器的極性反饋， 因?yàn)閿?shù)控系統(tǒng)的閉環(huán)反饋， 當(dāng)極 性設(shè)置相反時(shí)，本應(yīng)該減速的過程，反而速度升高，調(diào)整位置編 碼器的極性設(shè)置，使其與加工工序的要求一致可以解決這一問 題。另外，準(zhǔn)停過程中的速度振蕩， 也與位置編碼器的極性有關(guān)， 可以通過修改極性解決。2.3 定向故障主軸定向裝置是數(shù)控中心的又一重要裝置， 是刀具交換與空 位精加工的前提條件， 在加工過程中， 可以使刀具處于某一圓周 的具體位置

7、， 并可以作為下一步精加工的定位點(diǎn)， 對于加工精度 和誤差累積有很大影響。定位問題的主要原因包括：PLC的輸出信號無效；定位電磁 閥故障；接近開關(guān)故障和定位液壓缸故障等。 通過PLC階梯圖分 析判 . 定故障范圍，逐一檢查排除可以有效解決問題。另外，定 向問題還可能電路板和數(shù)控原件上，當(dāng)原件燒壞，控制失效時(shí)， 也無法做到位置控制， 這時(shí)候需要對主軸的機(jī)械定位裝置和數(shù)字 電路分別檢查， 測試數(shù)字電路的有效性， 如果信號輸出和返回正 常，則可判定是機(jī)械故障，否則為電路故障?？傊ㄏ騿栴}多 涉及液壓、位置檢測、電路板等三方面問題，應(yīng)對此多加注意。3 總結(jié)： 加工中心是現(xiàn)代工業(yè)的重點(diǎn)研究對象和制造業(yè)的先鋒力量， 目前國內(nèi)使用的主流產(chǎn)品多為美國、 日本、德國少數(shù)公司的產(chǎn)品， 一