段兆剛

（淄博伊馬新華（huá）製藥設備有限公司，山東淄博（bó）　255086）

　　摘　要：本文結合實際生產需要，針（zhēn）對（duì）美國哈斯VF-3數控加（jiā）工中心在使用過程中主軸（zhóu）產生（shēng）的典型（xíng）故障（zhàng），全麵分析了故障（zhàng）產生的原因，係統介（jiè）紹了有關的維修經驗以及需（xū）要注意的（de）事（shì）項。
　　關鍵詞：加（jiā）工中心；主軸係統；故障分析；振動分析

　　VF-3加工中心是美國哈斯自動（dòng）化公司生產，采用係統也是HAAS係統。在使用過程中（zhōng），不（bú）可避免的產生各種各樣的故障。現就我公司VF-3加工（gōng）中心產生的主軸係統主要問題，進行匯（huì）總，以便（biàn）能夠在生產過程（chéng）中及時解決，提供設備的利用率。
　　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、主軸、拉杆、鋼球、鬆刀氣缸、齒輪變速箱、傳動皮帶、位置感應開關（guān）、定位編碼（mǎ）器（qì）、電磁閥、碟形彈簧等組成。在加工過（guò）程中，需要進行換刀（dāo），則由操作人員（yuán）給機床輸入換刀指令，主軸（zhóu）首先由定位編碼器進行主軸定（dìng）位（wèi），鬆刀（dāo）電磁閥（fá）得電，氣缸向下（xià）移動的一定位置（鬆刀位（wèi）置），將拉杆鋼球鬆開，然後換刀裝（zhuāng）置從刀庫取刀，將（jiāng）刀具裝入主軸孔內，停留一定時間（時間由內部參數設備，一般為0.2S），鬆刀電（diàn）磁閥失電，鎖緊電磁閥得電，氣缸向上移（yí）動，拉杆在（zài）碟形彈簧的作用下拉杆鋼球（qiú）內縮（suō），拉杆拉緊刀柄，氣（qì）缸到達鎖緊位置，換刀裝置移離主軸。
　　二、典型故障診斷分析與排除
　　（一）在加（jiā）工過程中（zhōng），鏜孔橢圓，盤刀銑平麵有明顯震紋，並且有時伴有“掉刀（dāo）”現象
　　導致此（cǐ）類現（xiàn）象（xiàng）的（de）因素很多，比如有以下幾種：主軸孔有鐵屑；感應開關失靈；刀柄拉釘鬆動；拉杆（gǎn）彈簧破損，無法拉緊刀柄。1.用絲綢擦拭主軸錐孔和（hé）刀柄，以免可能因切屑（xiè）存（cún）在導致錐孔和刀柄有間隙。2.檢查（chá）拉釘並重新擰緊，然後進行交換刀具。此故障現象無法消除（chú）。3.進行幾次換刀，觀察診（zhěn）斷頁麵中參數DRAWBAR OPEN和DRAWBAR CLOSED數據的變換（huàn）情況。經過檢查參（cān）數變換（huàn）正常，並且報警記錄中沒有131報警，因此（cǐ）說明氣缸感應開關沒有問題。4.既（jì）然感應（yīng）開關沒有問題，那麽需（xū）要檢查主軸精度。將主軸檢棒裝到主軸上，用千分表進行精度主軸檢測。主軸錐孔圓跳動0.002mm，檢棒根部圓跳動0.002mm，此兩項（xiàng）精度（dù）表明主軸軸承沒有問（wèn）題。而在離主軸端麵250mm處，檢測到的檢棒（bàng）圓跳動為0.06-0.08mm，反映（yìng）出（chū）主軸拉杆（gǎn）可能產生問題。為了進一步確認，將一鏜刀柄裝到主軸上（shàng），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。經過幾次觀察，有（yǒu）0.03-0.04mm間隙。此數據說明拉杆彈（dàn）簧有大量破損。在主軸上安裝一刀柄，將鬆刀氣缸取下，將主軸拉杆螺旋環取掉，將拉杆（gǎn）取出。經過檢查，拉杆碟形彈（dàn）簧1/2已經破損。聯係美國哈（hā）斯，更換新拉（lā）杆。更換新拉杆後，需要（yào）檢測（cè）拉杆（gǎn）拉力。針對VF-3加工中心7500RPM主軸，拉杆（碟形彈簧片數為79）拉（lā）力範圍為1200—1450LBS。如果拉杆拉力不在此範圍（wéi）內，則需要（yào）調整鬆刀（dāo）氣缸墊片厚度。更換（huàn）新拉杆後，在離主軸（zhóu）端麵250mm處，主軸檢棒圓跳動為0.012。裝一（yī）刀柄，一推一拉，間隙為0.002mm。精（jīng）度符合出廠要求，故障現象消除。
　　（二）主軸加工過程中突然停止旋轉（zhuǎn）
　　查閱機床報警記錄，機床產生126、117、118報警。126為主軸換擋故障。117為主軸高速擋故（gù）障。118為主軸（zhóu）低速（sù）擋故障。進（jìn）入診斷頁麵（miàn）發現（xiàn）換擋輸出信號（hào）SPINDLE HIGH GEAR、SPINDLE LOW GEAR全部為0。也就是說主軸處於（yú）空擋（dǎng）狀態。數控係統（tǒng）PLC是（shì）根據機（jī）床參（cān）數（shù）142：HIGH/LOW GEAR CHANG設定值決定加（jiā）工過程（chéng）中主軸某個轉速是處於高速還是處於低速。關閉電源，重新（xīn）開機。診斷頁麵高（gāo）低擋輸入信號均為零。在MDI模式下分別執（zhí）行指令M41（換高速）、M42（換低速（sù）），診（zhěn）斷頁麵輸入信號均正常（cháng）變化，但輸出無變（biàn）化。並且執行指（zhǐ）令時，主軸擺動一（yī）段（duàn）時（shí）間後並產生126報警。用萬用表檢（jiǎn）測用來控製控製（zhì）高低擋轉換的電磁閥IOP12-4是否良好。經過檢查，電磁線圈良好。用（yòng）煤油清洗電磁閥，以免芯軸（zhóu）被顆粒堵（dǔ）塞影響正常工作。重新（xīn）安裝後，換擋（dǎng）失敗。更換（huàn）新（xīn）電磁閥也不行。因為不管是從（cóng）高速向低速轉換（huàn）還是低（dī）速向高速轉換，都要經過（guò）主軸定向環節。為了排（pái）除主（zhǔ）軸定向環節出錯，采用人工辦法進行手動轉換。將控製高低擋轉換的電磁閥氣路斷開，用（yòng）氣槍直接吹兩（liǎng）根銅管，需要等（děng）一段時間才能轉換。進（jìn）行多次試驗，發現（xiàn）兩根（gēn）銅管串氣。因此判（pàn）定（dìng）變速齒輪箱換擋氣缸出了（le）問題。鑒於設計結構問題，需要將齒輪箱整體吊起（qǐ）才能（néng）拆掉換（huàn）擋氣（qì）缸。首先將齒輪箱傳動氣路、電路斷開，將齒輪箱固定螺（luó）栓鬆開，將主軸皮帶（dài）與主軸（zhóu）脫離（lí）。將齒輪箱整體吊起後，先將潤滑油箱拆下，然後（hòu）取下換（huàn）擋氣（qì）缸。用（yòng）一字螺絲（sī）刀取出密封圈，兩（liǎng）大兩小分別為20X15.6X2.4、16X11.6X2.4。經過檢查（chá），發現密（mì）封（fēng）圈已扁平，需要更換。更換新的密封圈，重（chóng）新安裝換擋氣缸，接氣路、電路，重新安（ān）裝主軸皮帶。安裝主（zhǔ）軸皮帶時一定要注（zhù）意皮帶張緊力，VF-3加工（gōng）中心一般為159—165HZ。更換密封圈（quān）後，高低擋轉換正常。無報（bào）警產生。
　　（三）哈斯設備在進行主軸以及齒輪變速箱故障分析時，一般都要用OCTAVIS振動分析儀對其進行振動分（fèn）析（xī）
　　通過分析振動頻率檢測值，就能（néng）初步判定問題所在之處。以7500RPM主軸為例，主軸風扇（2600CPM）、皮帶或皮帶（dài）輪（3300CPM）、傳動裝置（3700CPM）、主軸電機（6000CPM）、主軸油泵（7200CPM）Z大波形鋒值（Mil，振幅大小）分別為（wéi）0.08、0.08、0.08、0.08、0.02、0.2。若檢測值超出Z大範圍，則相關部件可能被損壞，需要進（jìn）一步確認。
　　三、結（jié）語
　　數控設備主（zhǔ）軸故障涉及機械（xiè）、低壓電氣、PLC等多（duō）學科知識，維修人員應熟悉設備的機械結構、控製原理（lǐ）以及基本操作方法，根據故障現象，分析原因，確定合理的診斷與檢測步驟。維修方法到位與不到位直接影響（xiǎng）機床維修的質量。一（yī）般情況下，數控設備（bèi）的故障多是有小毛病（bìng）引起的，維修時一定要注意設備動作（zuò）的上（shàng）下（xià）過程，充分利（lì）用報警頁麵（miàn）和狀（zhuàng）態顯示（shì）的自診斷功能解決一些技術問（wèn）題。在維修（xiū）過程（chéng）中可以采用以下方法（fǎ）：初始化複位法；參數更改，程序更正法；備件替換法；維修信息跟蹤法。設備維修完畢後，要詳細記錄維（wéi）修過程及注意事項，以便以後產生類（lèi）似情況，可以快速（sù）確定故障點（diǎn）。設備用油及密封部件需要定期及時（shí）檢查。有時可能因為油髒（zāng）或密封件泄漏，導致數控（kòng）設（shè）備故障產生。建（jiàn）立完善的設備維（wéi）護和保養製度，養成良好的維護保養習慣，可以減少機床停機率，有效提高生產率。
　　參考文獻：
　　[1]銑床和車床維修手冊（cè）（機械部分）96-0283B.哈斯自動化機械（上海）有限公司，2010
　　[2]銑床（chuáng）和（hé）車床維修手冊（電氣部分）96-0284B.哈斯自動（dòng）化機械（上海）有限公司（sī），2010

來源：《消費電子》2012年第08X期