關進良　楊春月　韓紅亮　甯(níng)博(bó)

（首都航天機械有限公司）

1　序言

加工中心主軸是機床(chuáng)最重要的機械(xiè)部件之一，一(yī)般情況(kuàng)下，在機(jī)床所有的控(kòng)制軸中，其消耗的功率(lǜ)最大，在切削工(gōng)件(jiàn)時承受的負載較(jiào)大，相對來講，對主軸的各項精度(dù)要求也比較高(gāo)，且能夠輸出不同的轉(zhuǎn)速（每分鐘幾(jǐ)千轉甚至一萬轉以上(shàng)）和轉矩，以滿足不同加(jiā)工工(gōng)藝的要求。可見主軸(zhóu)能否正常(cháng)運轉直接制約着機(jī)床的整體運行，有必要針對加工中心主(zhǔ)軸故障的診斷方法進行深(shēn)入分析和探(tàn)讨。本文正是在這樣的背景下，并根據實(shí)際工作中的具體案(àn)例和經驗，在研究典(diǎn)型故障(zhàng)的基礎上，總結提煉出行之有效的解(jiě)決方案。   

2　加工中(zhōng)心主軸故障的特點  

加工中心一般(bān)指有刀庫和自(zì)動換刀系統(tǒng)的數控(kòng)銑床。除了數控銑(xǐ)床主軸本身的故障外，加工中心(xīn)主軸故障還包括與(yǔ)換刀有(yǒu)關的故障（換刀過程中有些步驟需要主軸參與），故障難度較大，要求維修技術人(rén)員的知識面廣，通常涉及到機械、電氣、液壓和氣動等專業知識(shí)，有時還(hái)要求在維修主軸時（或修好後）與刀庫、氣(qì)缸（或液壓缸）等部件聯合調(diào)試。大量的實際(jì)工作記錄表明，加工中心主軸故障占機(jī)床總故障數的近一半，其中，與自動換刀相關的故(gù)障占比為(wéi)60%～70%。   

3　加工中心主軸典型(xíng)故障診斷分析及解決方(fāng)案  

3.1 加(jiā)工中心主軸異(yì)響故障   

（1）故障現象 VMC750加工中心在加工(gōng)工件時，主(zhǔ)軸出現異(yì)響，負載較正常情況下有所增大，加工的工件表面(miàn)質量(liàng)較差。   

（2）故障分(fèn)析和解決方案 一般情況下，引發上述故障的原因可能是主軸(zhóu)本身(shēn)、主軸(zhóu)電動機或主軸伺服模塊及相關電纜等，秉着“先機械後電氣、先簡(jiǎn)單後複雜”的原(yuán)則，采用機電分離法(fǎ)，将主軸與電動機脫(tuō)開，手盤主軸旋轉能夠感覺到有“死點”存在，再單獨試運行主軸電動(dòng)機，電氣部分基本正常。通過以上分析，基本可以把故(gù)障定位在主軸軸承上。更換軸承後重(zhòng)新裝好主軸，故障排除(chú)，機床恢複(fú)正常。   

需要注(zhù)意：在拆解主軸、更(gèng)換軸(zhóu)承時(shí)，記錄好原(yuán)裝軸承的裝配形式(shì)，且主軸軸承要成套更換（即使其中(zhōng)隻有一個軸承損(sǔn)壞，也要(yào)更換一套）。軸承預緊時，使用力矩扳手按要求(qiú)進行預緊，切忌随(suí)意(yì)調整(zhěng)，如果預緊力過大将導(dǎo)緻負(fù)載(zǎi)增加，嚴重者直接損(sǔn)壞軸承或主軸；如果預緊力過小将不能(néng)消除軸承遊隙(xì)或軸承松動，同樣不能正常(cháng)運行。更換軸承、主(zhǔ)軸裝配完成後，應及時(shí)進行幾何精度檢(jiǎn)測（檢測(cè)方法可參考JB/T 8771.2—1998《加工(gōng)中心(xīn)檢驗條件 第 2 部分：立(lì)式加工中心 幾(jǐ)何精度檢驗》），主要包括軸向竄動檢測（見圖1）、徑向圓跳動(dòng)檢測（見圖2）及主軸試運行（轉速從低到高分别測試），以上檢測都正常後才能投入使用。 

該故障解決方案的切入點是“機電分離法”的應用，即把(bǎ)複雜的(de)問題簡單化，同時也排除了一些不确定的(de)故障(zhàng)因素(sù)。該案例的重點是軸承更(gèng)換及其注(zhù)意事(shì)項(xiàng)，并(bìng)做好各項精度(dù)檢測，不可操之過急，以免功虧一篑(kuì)。 

3.2 加工中心主軸不轉故障     

（1）故障現象 某龍門式加工中心在執行機械手自動(dòng)換刀時，由于主軸不轉而(ér)導緻(zhì)換刀失敗，且在MDI/AUTO狀态(tài)下均(jun1)不(bú)能正常旋轉，也無(wú)任何報警或提示。   

（2）故障分析和解決方案 設備故障一般可分為硬件故障、軟(ruǎn)故障（參數、PLC等方面(miàn)）或者機械、電氣故障。此設備主軸不轉的可能原因較多，首先進行機(jī)床的數據備份恢複，故障依舊，基本(běn)排除了軟故障，硬件故障的可能性較大。然後去掉主軸使能，手轉主軸可以正常(cháng)旋轉，無機械卡死等異常情況(kuàng)，加上使能後主軸(zhóu)停止。主軸和電動(dòng)機脫開後，執行主軸正/反轉(zhuǎn)指令後，主軸電動(dòng)機也不轉。從故障現象分析，考(kǎo)慮到該(gāi)故障是在自動換刀過程中(zhōng)出現的，換刀流程（見圖3）中(zhōng)任何一步沒有完成（有相應檢測信号），都(dōu)會影響到其他步驟，于是重(zhòng)點檢查了“主軸緊刀完成(chéng)”這一步。現場排查後發現主軸松緊刀的實際機械動(dòng)作正常，主軸緊刀到位對應的傳感(gǎn)器信号輸入點是I35.5，利用PLC診斷功能，發(fā)現I35.5的狀态為0（正常為1），經進一步檢查(chá)發現該傳感器電纜(lǎn)線斷(duàn)裂，重新接好後故障徹底排除，即主軸不旋轉(zhuǎn)的根本原因(yīn)是緊(jǐn)刀到位信号異常。

另外(wài)，為了提高後續類似故(gù)障維(wéi)修(xiū)效率，增加報警功能，即當(dāng)主軸松刀或緊刀到位後，在(zài)3s内PLC應接(jiē)收到“到位”反(fǎn)饋信号，否則将出現報警提示。排除此故障的關鍵是要考慮自動(dòng)換刀流程，再結合流程圖分?後準确定位故障點，這也是加(jiā)工中心主軸故(gù)障的特點，往往和(hé)換刀系統有一定的“關聯”。在排除複(fú)雜故障(zhàng)時，要充分運用機床自帶的診斷功能，有(yǒu)條件的還可利用計算機或輔助軟件等(děng)快速(sù)判斷故障點，起到事半功倍的(de)作用，可大大提高故障診斷效率。   

3.3 加工中心主軸定向異常故障   

（1）故(gù)障現象 某立式(shì)加工中心采用串行主(zhǔ)軸(zhóu)，在自動換刀時，主軸(zhóu)定向不準(zhǔn)确，導緻機械(xiè)手無法正常抓取主軸上的刀具，甚至(zhì)出現(xiàn)碰撞主軸。  

（2）故障分(fèn)析和解決(jué)方案 主軸定向又稱主軸準(zhǔn)停，是要求主軸在(zài)360°範圍内，根據要求(qiú)停止在某一固定點(diǎn)，是加工中心必備的功能之一，主軸(zhóu)定向的電(diàn)氣原(yuán)理如圖4所示。

經觀察換刀動作，可明顯發現在執行自動(dòng)換刀機械手抓刀動作時，機械手上的鍵塊不能插入刀柄上的鍵槽(cáo)中，即主軸的(de)定向角度不準(zhǔn)确，這也是引發故障(zhàng)的根本原因。調試此類故(gù)障，工作中一般采用修改參數法，該機床采用FANUC 0iD數控系(xì)統，如果定向角度誤差很小(xiǎo)，可通(tōng)過修改參數4077（伺服主軸定向停止(zhǐ)的位置偏移量）來微(wēi)調主軸定向的角度，使主軸上(shàng)的鍵塊對齊機械手上的鍵(jiàn)塊，現場調試情況如圖5所示；反之，如果(guǒ)定向角(jiǎo)度誤差較大，可按照以下步驟調試。 

1）參數3117#1由0改為1，把主軸(zhóu)位置編碼器脈沖數作為(wéi)主軸位置(zhì)數據顯示在診斷畫面中(zhōng)的No.445中。  

2）參數4077設為0。 

3）執行主軸定向指令。

4）檢查并确(què)認診斷No.445顯示值為0。

5）取(qǔ)消主軸定向。

6）手(shǒu)動旋轉主軸至所需位(wèi)置，并記錄診斷No.445顯示值(zhí)，再把此值填入到(dào)參(cān)數4077中(zhōng)。

7）重複步驟3），檢驗主軸定向是否精确，确定是否再次進行調試。   

主軸定(dìng)向(xiàng)問題(tí)不僅關乎着機床操作，還直接涉及到設備安全甚(shèn)至人員安全，務必要求按照一定的速度準确進行定向。主軸定向故障(zhàng)，除定向不準确外，還包括沒有(yǒu)定向動作（可檢查地(dì)址信号G70.6或者參數(shù)8135#4）、定向速度不合适（可檢查參數4038）以(yǐ)及(jí)主軸長時間找不到定向位置（可檢查(chá)參數4002#3，2，1，0是否設置(zhì)正确(què)）等故障類型，這就要求具體問題具體分(fèn)析，在硬件完好的前提下，可參(cān)考數控系統的有關說明書進行調試。   

4　結束語   

在對加工中心(xīn)及主(zhǔ)軸有一定認知的(de)基礎上(shàng)，當主軸故障出現時，故障診斷(duàn)的一(yī)般思路如(rú)下。   

1）結合故障現象或報警内容，充分詢問機床(chuáng)操作人員，注重(zhòng)關鍵細節，可能某一細節就(jiù)是故障診斷的突(tū)破口，為後續故障診斷做好鋪墊。 

2）在(zài)以上基(jī)礎上，根據工作經驗與主軸(zhóu)故障(zhàng)特點，大緻(zhì)判斷出故障類型和(hé)故障範圍，并适當(dāng)運用一些典型的故障診斷方法（如機電分離法、PLC在線診斷法、比較(jiào)法等）或借助相關軟件(jiàn)、數據(jù)，基本定位故障點，排除故障。

3）在(zài)有條件的情況下，設計并實施預(yù)防(fáng)改進(jìn)措施，大大降低同類故障(zhàng)複現的概率。

4）定期總(zǒng)結、查閱維修經驗（尤其是對于初學者(zhě)，這一點至關重要），在此基礎上力(lì)争做到舉一反三，不(bú)斷提高故障技術人員(yuán)的綜合診斷能力。

來源：金屬加工(冷加工)

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