加工中心主軸的故障分析與維修
發(fā)布時(shí)間：2021-04-06 19:54:39 點(diǎn)擊率：
加工中心在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用日漸廣泛，高自動(dòng)化、高效率的優(yōu)勢(shì)設(shè)備給現(xiàn)代制造增添了強(qiáng)勁的動(dòng)力，而如何維護(hù)好這些設(shè)備便顯得尤為重要。數(shù)控加工中心主軸系統(tǒng)常見(jiàn)的典型故障有外部信號(hào)故障、連接器件故障、執(zhí)行元件故障、各種參數(shù)、數(shù)據(jù)和程序故障、伺服系統(tǒng)故障和數(shù)控系統(tǒng)及plc故障等。
一、加工中心主軸組成及工作原理
加工中心主軸由主軸控制系統(tǒng)、主軸、刀桿、鋼球、空氣噴嘴、套筒、支撐架、拉桿、蝶形彈簧、定位盤、油缸（及活塞）、無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)、滾子、限位開(kāi)關(guān)、定位油缸、開(kāi)關(guān)組成。當(dāng)?shù)毒哂蓹C(jī)械手或其他方法裝到主軸孔后，操作者向數(shù)控機(jī)床輸入換刀指令，指令傳遞給微機(jī)，微機(jī)發(fā)出換刀信號(hào)，由此控制主軸動(dòng)作，刀柄后部的拉釘便被送到主軸內(nèi)拉桿的前端。當(dāng)接到加緊信號(hào)時(shí)，液壓缸推桿向主軸后部移動(dòng)，拉桿在蝶形彈簧的作用下也向后移，其前端圓周上的鋼球或拉鉤在主軸錐孔的逼迫下收縮分布直徑，將刀柄拉釘緊緊拉??；當(dāng)液壓缸接到數(shù)控系統(tǒng)的松刀信號(hào)時(shí)，拉釘克服彈簧的彈簧力向前移動(dòng)，使鋼球或拉鉤的分布直徑變大，松開(kāi)刀具，松開(kāi)刀柄，以便機(jī)械手方便取走刀具。
二、典型故障診斷與維修
（1）故障現(xiàn)象：主軸部件的拉桿鋼球損壞。第一，檢查與分析。檢查發(fā)現(xiàn)，主軸松刀動(dòng)作與機(jī)械手拔刀動(dòng)作不協(xié)調(diào)。這是因?yàn)橄尬婚_(kāi)關(guān)擋鐵裝在氣液增壓缸的氣缸尾部。第二，排除方法。清洗增壓油缸，更換密封環(huán)，給增壓油缸注油，氣壓調(diào)整至0.5～0.8mpa，試用后故障消失。（2）故障現(xiàn)象：某立式加工中心鏜孔精度下降、圓柱度超差、主軸發(fā)熱、噪聲大，但用手撥動(dòng)主軸轉(zhuǎn)動(dòng)阻力較小。第一，檢查與分析。主軸部件解體檢查，發(fā)現(xiàn)故障原因如下：一是主軸軸承潤(rùn)滑脂內(nèi)混有粉塵和水分，這是因?yàn)樵摷庸ぶ行挠玫膲嚎s空氣無(wú)精濾和干燥裝置，故氣動(dòng)吹屑時(shí)少量粉塵和水氣竄入主軸軸承潤(rùn)滑脂內(nèi)，造成潤(rùn)滑不良，導(dǎo)致發(fā)熱且有噪聲；主軸內(nèi)錐孔定位表面有少許碰傷，錐孔與刀柄錐面配合不良，有微量偏心；二是前軸承預(yù)緊力下降，軸承游隙變大；三是主軸自動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu)內(nèi)部分碟形彈簧疲勞失效，刀具未被完全拉緊，有少許竄動(dòng)。第二，排除方法。更換前軸承及潤(rùn)滑脂，調(diào)整軸承游隙，軸向游隙0.003mm，徑向游隙士0.002mm；自制簡(jiǎn)易研具，手工研磨主軸內(nèi)錐孔定位面，用涂色法檢查，保證刀柄與主軸定心錐孔的接觸面積大于85%；更換碟形彈簧。將修好的主軸裝回主軸箱，用千分表檢查徑向跳動(dòng)，近端小于0.006mm，遠(yuǎn)端150mm處小于0.010mm。試加工，主軸溫升和噪聲正常，加工精度滿足加工工藝要求。（3）故障現(xiàn)象：某立式加工中心換刀時(shí)沖擊響聲大，主軸前端撥動(dòng)刀柄旋轉(zhuǎn)的定位鍵局部變形。第一，檢查與分析。響聲主要出現(xiàn)在機(jī)械手插刀階段，故障初步確定為主軸準(zhǔn)停位置誤差和換刀參考點(diǎn)漂移。本機(jī)床采用霍爾元件檢測(cè)定向，引起主軸準(zhǔn)停位置不準(zhǔn)的原因可能是主軸準(zhǔn)停裝置電氣系統(tǒng)參數(shù)變化、定位不牢靠或主軸徑向跳動(dòng)超差。首先檢查霍爾元件的安裝位置，發(fā)現(xiàn)固定螺釘松動(dòng)，機(jī)械手插刀時(shí)刀柄鍵槽未對(duì)正主軸前端定位鍵，定位鍵被撞壞。第二，排除方法。調(diào)整霍爾元件的安裝位置后擰緊并加防松膠。重新調(diào)整主軸換刀參考點(diǎn)接近開(kāi)關(guān)的安裝位置，更換主軸前端的定位鍵，故障消失。（4）故障現(xiàn)象：主軸無(wú)法定向負(fù)載超出，08號(hào)報(bào)警。第一，檢查與分析。通過(guò)查閱機(jī)床維修手冊(cè)，08號(hào)報(bào)警為主軸定向報(bào)警。在交流主軸控制器線路板上找到7個(gè)發(fā)光二極管（6綠1紅）。這7個(gè)指示燈分別表示：定向指令、低速檔、磁道峰值檢測(cè)、減速指令、靜定向、定向停完成、試驗(yàn)方式（紅色）。觀察7個(gè)指示燈情況如下：1號(hào)燈亮，3、5號(hào)燈閃爍。這表明定向指示燈已發(fā)出，磁道峰值已檢測(cè)到，但是系統(tǒng)不能完成定向，主號(hào)軸仍在低速運(yùn)行，故3、5不斷閃爍。調(diào)節(jié)主軸控制器上電位器rv5、rv6、rv7，仍不能定向。從以上分析，懷疑是主軸箱上的放大器有問(wèn)題。分析這個(gè)不正?，F(xiàn)象，判斷就是該軟管盤繞使主軸定向偏移而不能準(zhǔn)確定向，造成08號(hào)報(bào)警。第二，排除方法。將主軸上的加緊液壓缸軟管順直后裝好，再將主軸控制器中的調(diào)節(jié)器rv11進(jìn)行重新調(diào)節(jié)，故障排除，報(bào)警消除，機(jī)床恢復(fù)正常運(yùn)行。
三、結(jié)語(yǔ)
總之，主軸故障涉及機(jī)械、低壓電器、plc\傳感器等多科知識(shí)，維修人員應(yīng)熟知刀架的機(jī)械結(jié)構(gòu)與控制原理以及常用測(cè)量工具的使用方法，根據(jù)故障現(xiàn)象，剖析原因，確定合理的診斷與檢測(cè)步驟，以便迅速排除故障。同時(shí)也要求操作人員加強(qiáng)保護(hù)措施、延長(zhǎng)使用壽命，比如提高車間電源質(zhì)量，保持良好的加工環(huán)境條件；防止積塵并定期清除，以完善維護(hù)和保養(yǎng)制度為根本，減少加工中心停機(jī)率，有效地提高生產(chǎn)率。
一、加工中心主軸組成及工作原理
加工中心主軸由主軸控制系統(tǒng)、主軸、刀桿、鋼球、空氣噴嘴、套筒、支撐架、拉桿、蝶形彈簧、定位盤、油缸（及活塞）、無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)、滾子、限位開(kāi)關(guān)、定位油缸、開(kāi)關(guān)組成。當(dāng)?shù)毒哂蓹C(jī)械手或其他方法裝到主軸孔后，操作者向數(shù)控機(jī)床輸入換刀指令，指令傳遞給微機(jī)，微機(jī)發(fā)出換刀信號(hào)，由此控制主軸動(dòng)作，刀柄后部的拉釘便被送到主軸內(nèi)拉桿的前端。當(dāng)接到加緊信號(hào)時(shí)，液壓缸推桿向主軸后部移動(dòng)，拉桿在蝶形彈簧的作用下也向后移，其前端圓周上的鋼球或拉鉤在主軸錐孔的逼迫下收縮分布直徑，將刀柄拉釘緊緊拉??；當(dāng)液壓缸接到數(shù)控系統(tǒng)的松刀信號(hào)時(shí)，拉釘克服彈簧的彈簧力向前移動(dòng)，使鋼球或拉鉤的分布直徑變大，松開(kāi)刀具，松開(kāi)刀柄，以便機(jī)械手方便取走刀具。
二、典型故障診斷與維修
（1）故障現(xiàn)象：主軸部件的拉桿鋼球損壞。第一，檢查與分析。檢查發(fā)現(xiàn)，主軸松刀動(dòng)作與機(jī)械手拔刀動(dòng)作不協(xié)調(diào)。這是因?yàn)橄尬婚_(kāi)關(guān)擋鐵裝在氣液增壓缸的氣缸尾部。第二，排除方法。清洗增壓油缸，更換密封環(huán)，給增壓油缸注油，氣壓調(diào)整至0.5～0.8mpa，試用后故障消失。（2）故障現(xiàn)象：某立式加工中心鏜孔精度下降、圓柱度超差、主軸發(fā)熱、噪聲大，但用手撥動(dòng)主軸轉(zhuǎn)動(dòng)阻力較小。第一，檢查與分析。主軸部件解體檢查，發(fā)現(xiàn)故障原因如下：一是主軸軸承潤(rùn)滑脂內(nèi)混有粉塵和水分，這是因?yàn)樵摷庸ぶ行挠玫膲嚎s空氣無(wú)精濾和干燥裝置，故氣動(dòng)吹屑時(shí)少量粉塵和水氣竄入主軸軸承潤(rùn)滑脂內(nèi)，造成潤(rùn)滑不良，導(dǎo)致發(fā)熱且有噪聲；主軸內(nèi)錐孔定位表面有少許碰傷，錐孔與刀柄錐面配合不良，有微量偏心；二是前軸承預(yù)緊力下降，軸承游隙變大；三是主軸自動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu)內(nèi)部分碟形彈簧疲勞失效，刀具未被完全拉緊，有少許竄動(dòng)。第二，排除方法。更換前軸承及潤(rùn)滑脂，調(diào)整軸承游隙，軸向游隙0.003mm，徑向游隙士0.002mm；自制簡(jiǎn)易研具，手工研磨主軸內(nèi)錐孔定位面，用涂色法檢查，保證刀柄與主軸定心錐孔的接觸面積大于85%；更換碟形彈簧。將修好的主軸裝回主軸箱，用千分表檢查徑向跳動(dòng)，近端小于0.006mm，遠(yuǎn)端150mm處小于0.010mm。試加工，主軸溫升和噪聲正常，加工精度滿足加工工藝要求。（3）故障現(xiàn)象：某立式加工中心換刀時(shí)沖擊響聲大，主軸前端撥動(dòng)刀柄旋轉(zhuǎn)的定位鍵局部變形。第一，檢查與分析。響聲主要出現(xiàn)在機(jī)械手插刀階段，故障初步確定為主軸準(zhǔn)停位置誤差和換刀參考點(diǎn)漂移。本機(jī)床采用霍爾元件檢測(cè)定向，引起主軸準(zhǔn)停位置不準(zhǔn)的原因可能是主軸準(zhǔn)停裝置電氣系統(tǒng)參數(shù)變化、定位不牢靠或主軸徑向跳動(dòng)超差。首先檢查霍爾元件的安裝位置，發(fā)現(xiàn)固定螺釘松動(dòng)，機(jī)械手插刀時(shí)刀柄鍵槽未對(duì)正主軸前端定位鍵，定位鍵被撞壞。第二，排除方法。調(diào)整霍爾元件的安裝位置后擰緊并加防松膠。重新調(diào)整主軸換刀參考點(diǎn)接近開(kāi)關(guān)的安裝位置，更換主軸前端的定位鍵，故障消失。（4）故障現(xiàn)象：主軸無(wú)法定向負(fù)載超出，08號(hào)報(bào)警。第一，檢查與分析。通過(guò)查閱機(jī)床維修手冊(cè)，08號(hào)報(bào)警為主軸定向報(bào)警。在交流主軸控制器線路板上找到7個(gè)發(fā)光二極管（6綠1紅）。這7個(gè)指示燈分別表示：定向指令、低速檔、磁道峰值檢測(cè)、減速指令、靜定向、定向停完成、試驗(yàn)方式（紅色）。觀察7個(gè)指示燈情況如下：1號(hào)燈亮，3、5號(hào)燈閃爍。這表明定向指示燈已發(fā)出，磁道峰值已檢測(cè)到，但是系統(tǒng)不能完成定向，主號(hào)軸仍在低速運(yùn)行，故3、5不斷閃爍。調(diào)節(jié)主軸控制器上電位器rv5、rv6、rv7，仍不能定向。從以上分析，懷疑是主軸箱上的放大器有問(wèn)題。分析這個(gè)不正?，F(xiàn)象，判斷就是該軟管盤繞使主軸定向偏移而不能準(zhǔn)確定向，造成08號(hào)報(bào)警。第二，排除方法。將主軸上的加緊液壓缸軟管順直后裝好，再將主軸控制器中的調(diào)節(jié)器rv11進(jìn)行重新調(diào)節(jié)，故障排除，報(bào)警消除，機(jī)床恢復(fù)正常運(yùn)行。
三、結(jié)語(yǔ)
總之，主軸故障涉及機(jī)械、低壓電器、plc\傳感器等多科知識(shí)，維修人員應(yīng)熟知刀架的機(jī)械結(jié)構(gòu)與控制原理以及常用測(cè)量工具的使用方法，根據(jù)故障現(xiàn)象，剖析原因，確定合理的診斷與檢測(cè)步驟，以便迅速排除故障。同時(shí)也要求操作人員加強(qiáng)保護(hù)措施、延長(zhǎng)使用壽命，比如提高車間電源質(zhì)量，保持良好的加工環(huán)境條件；防止積塵并定期清除，以完善維護(hù)和保養(yǎng)制度為根本，減少加工中心停機(jī)率，有效地提高生產(chǎn)率。
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