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 40年代，美國最先開始研究數(shù)控機床，第一臺數(shù)控 機床在 1952 年誕生于美國麻省理工學院的伺服機構(gòu)實驗室，在 5 年后正式投入使用。 1958 年，美國的一家機械制造公司將這種 數(shù)控銑床添加上自動換刀裝置， 成為了今天我們常見的加工中心 的鼻祖。這種數(shù)控中心的一大特點也可稱為優(yōu)勢是可以一次 裝卡，多次加工，通過自動換到裝置，將各個步驟一次完成，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 于機械制造業(yè)而言具有劃時代的意義， 因此， 世界上眾多工業(yè)較 為發(fā)達的國家都對加工中心和數(shù)控機床的研究投入了大量的人 力、物力。加工中心的優(yōu)點在于

2、一次裝卡， 多次加工， 切屑時間占工序 總時間的 80%，是普通機床的 4到 5倍，大大提高了機加工的速 度和精度，同時也降低了搬運、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)代機械加工領(lǐng)域的應(yīng)用越發(fā) 廣泛。但其缺點也是顯而易見的， 數(shù)控加工中心要求機床的數(shù)控 系統(tǒng)的高精確性和與機加工系統(tǒng)的緊密配合， 為了能達到加工需 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，其機構(gòu)的復(fù)雜性是普通機床難以比擬的， 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行詳細的描述。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。 但機加工部分的故 障則必須對加工中心進行拆解維修，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， 換刀機構(gòu)的 結(jié)構(gòu)各異，但只要認真分析 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，刀庫一直處于待機狀態(tài)，而沒有報錯，這是加工中心的一 個常見問題，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 準停故障加工中心的一大功能是主軸的定向準停， 這一功能是加工過 程中，自動換刀、對刀、讓刀的前提基礎(chǔ)，準停裝置的故障是加 工中心最為常見的故障之一。 與此相對的

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

6、碼器在主軸停 轉(zhuǎn)一周之內(nèi)發(fā)出了多個零位脈沖， 導(dǎo)致了主軸的定位不準， 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， 因為數(shù)控系統(tǒng)的閉環(huán)反饋， 當極 性設(shè)置相反時，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， 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，當原件燒壞，控制失效時， 也無法做到位置控制， 這時候需要對主軸的機械定位裝置和數(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，則可判定是機械故障，否則為電路故障。總之，定向問題多 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