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一、加工中心主軸故障

1、加工中心主軸編碼器輸出軸斷故障的分析與排除

某公司主要生產(chǎn) 73.5 k W( 100 馬力) 以上輪式拖拉機，NC800 臥式加工中心承擔著(zhù)半軸殼體的加工任務(wù)，近段時(shí)間，在機床使用過(guò)程中頻繁出現主軸報警的故障現象，即在主軸定向時(shí)發(fā)生主軸輪廓監控報警。經(jīng)過(guò)快速檢查確認，故障原因是主軸位置編碼器與主軸箱連接的輸出軸斷裂，導致不能檢測主軸轉速，出現報警。

當時(shí)正值高產(chǎn)月，如果不盡快排除故障，將嚴重影響拖拉機的生產(chǎn)進(jìn)度。經(jīng)查閱相關(guān)圖紙資料，該主軸編碼器輸出軸結構以及斷裂部位如圖 1 所示( 圖中未注尺寸單位: mm) 。  

圖1 主軸編碼器輸出軸結構及斷裂部位

針對該故障，正常的維修方法是: 整體拆卸主軸箱，分解傳動(dòng)機構，拆出輸出軸，測繪尺寸并加工備件，然后進(jìn)行更換安裝。但此維修方法難度大，拆卸時(shí)間長(cháng)。綜合主軸箱的拆卸、解體、安裝，再加上測繪、加工備件等，整體停機時(shí)間應該在一周以上，費力費時(shí)，且對該公司生產(chǎn)任務(wù)的完成造成嚴重影響，需要想盡一切辦法盡快排除設備故障，保證正常生產(chǎn)。

經(jīng)過(guò)研究分析，根據編碼器輸出軸現場(chǎng)斷裂部位，以及現場(chǎng)空間大小，可以利用改進(jìn)主軸箱位置編碼器輸出軸鎖母來(lái)解決該問(wèn)題。這里存在的主要不確定因素是同軸度問(wèn)題，因為編碼器軸跳動(dòng)應該小于0．10 mm。決定利用編碼器輸出軸末端外螺紋 M20×1.5 加工一根內螺紋軸，原編碼器采用 2 個(gè)結合子，現改為一個(gè)結合子。

圖2 新設計的輸出軸鎖母( 圖中未注尺寸單位: mm)

圖2 是新設計的輸出軸鎖母。加工出來(lái)的過(guò)渡軸安裝后經(jīng)百分表驗證，跳動(dòng)僅 0．05 mm，完全滿(mǎn)足編碼器的精度要求。經(jīng)尺寸測繪、加工、安裝，在多部門(mén)的快速協(xié)助下，該問(wèn)題迅速得到了解決，僅用時(shí) 8 h 即恢復了正常生產(chǎn)。沒(méi)有拆解主軸箱，大大減少了設備停歇時(shí)間，為以后類(lèi)似故障提供了一個(gè)好的解決思路。

  2、加工中心主軸拉刀機構的故障分析與排除

DMC1035C 立式加工中心擔負著(zhù)殼體類(lèi)零件的主要加工任務(wù)。近段時(shí)間以來(lái)，設備開(kāi)始出現主軸松緊刀嚴重異響的故障現象，導致緊刀信號不到位，換刀過(guò)程無(wú)法繼續進(jìn)行，嚴重影響生產(chǎn)任務(wù)的順利進(jìn)行。

此臺機床是德國進(jìn)口設備，屬于電主軸結構，沒(méi)有圖紙可以查閱主軸拉刀機構的工作原理，在咨詢(xún)廠(chǎng)家服務(wù)人員后，他們?yōu)榱思夹g(shù)保密，直接告訴要更換整套拉刀機構，而且價(jià)格昂貴，服務(wù)時(shí)間不定。在國產(chǎn)發(fā)動(dòng)機更新?lián)Q代的背景下，為了不影響高產(chǎn)月的生產(chǎn)任務(wù)，為了消除主軸拉不緊刀的安全隱患，經(jīng)設備部門(mén)領(lǐng)導批準，決定自己嘗試拆卸主軸，修復主軸松緊刀出現的嚴重異響故障。 

1) 拆卸外部防護罩( 見(jiàn)圖 3 ) 。手動(dòng)方式下，多次試驗并觀(guān)察主軸的松緊刀過(guò)程，初步確定異響的發(fā)生部位。 

圖3 主軸外部防護罩的拆除

2) 在多次觀(guān)察主軸裝卸刀的過(guò)程中，發(fā)現主軸在松刀時(shí)會(huì )發(fā)出“嘭”的異響，而且響聲比較大。摘掉主軸上的刀具，檢查拉爪并沒(méi)有發(fā)現明顯磨損的情況，排除了拉爪與刀柄撞擊發(fā)出異響的可能( 見(jiàn)圖 4) 。 

圖4 主軸拉爪并沒(méi)有發(fā)現明顯的撞擊痕跡

3) 一般主軸的拉刀機構都可以通過(guò)調整缸體帶動(dòng)拉刀桿的行程來(lái)滿(mǎn)足主軸松緊刀的程度，于是想通過(guò)調整拉刀行程來(lái)嘗試消除拉刀的異響故障，但是這樣就必須脫開(kāi)主軸電機，由于此臺設備屬于電主軸結構，所以需要拆出整個(gè)主軸才能觀(guān)察到內部缸體與拉刀桿的結構原理。

4) 拆出整個(gè)主軸后( 見(jiàn)圖 5) ，我們發(fā)現拉刀機構的行程是由 2 個(gè)氣缸組成的增壓缸( 見(jiàn)圖 6) 來(lái)控制，而增壓缸末端有一個(gè)卡簧發(fā)生了明顯的位移與變形，分析后發(fā)現此卡簧正是起到增壓缸末端活塞的限位作用。由于卡簧限不住位，所以缸體的活塞在縮回時(shí)縮不到位，攏不住氣，即導致松刀時(shí)出現異響。

圖5 拆出主軸，脫出拉刀機構

圖6 2個(gè)缸體組成的增壓缸

圖7 拆除損壞的卡簧與密封

5) 更換損壞的卡簧和密封( 見(jiàn)圖 7) 后，利用壓縮空氣接兩路氣管進(jìn)行了松緊刀的試驗，沒(méi)有出現松刀異響的故障現象，于是重新安裝調試，解決了這一疑難故障。

經(jīng)過(guò) 2 個(gè)月的修復，完成了從拆卸拉刀機構、清理臟灰，到分析問(wèn)題、掌握其工作原理、更換備件?一系列維修工作( 見(jiàn)圖 8) ，有效地解決了換刀故障頻繁發(fā)生的問(wèn)題，提高了設備使用效率，生產(chǎn)效率大大提高。 

圖8 故障排除后設備運行正常

3、加工中心鏜孔圓度誤差的故障分析與排除

該公司加工中心種類(lèi)繁多，加工工藝復雜多變。加工中心在加工傳動(dòng)箱殼體類(lèi)零件的鏜孔時(shí)圓度誤差不穩定，有時(shí)超差達到 0． 05 mm 左右，X 軸相對于工作臺回轉中心機械原點(diǎn)的位置也極不穩定，反映到箱體的加工精度很難保證，嚴重影響了傳動(dòng)箱殼體類(lèi)零件的加工精度，直接影響了產(chǎn)品質(zhì)量的提升。為了提升產(chǎn)品質(zhì)量，解決鏜孔圓度誤差及確保 X 軸零點(diǎn)穩定就顯得尤為重要。

1) 針對各機床的不同情況，制定合理的解決方案。例如: Ｒ1200－U 加工中心在加工過(guò)程中出現鏜孔橢圓現象，是拉刀不緊導致; Storm1400 加工中心的鏜孔橢圓現象是主軸軸承磨損導致; HPC800 加工中心鏜孔圓度誤差及 X 軸零點(diǎn)不穩是絲杠與軸承之間的傳動(dòng)間隙過(guò)大導致。

2) 首先檢查各機床的主軸跳動(dòng)，檢查主軸拉刀機構，必要時(shí)更換，保證拉刀可靠。例如: Ｒ1200－U加工中心更換拉刀桿與碟簧后，有效地降低了圓度誤差。

3) 檢查主軸軸承是否因磨損導致軸承預緊不夠而影響主軸跳動(dòng)。如果發(fā)現軸承磨損，則更換主軸軸承，例如: Storm1400 加工中心在更換主軸軸承后明顯改善了加工過(guò)程中的鏜孔橢圓問(wèn)題。

4) 臨末檢查 X 軸絲杠及軸承間隙。如果間隙調整未果時(shí)就要更換軸承及絲杠，從而徹底消除傳動(dòng)間隙。例如: HPC800 加工中心鏜孔圓度誤差及 X軸零點(diǎn)不穩就是絲杠與軸承的傳動(dòng)間隙過(guò)大導致的。在更換 X 軸軸承與絲杠之后，調整 X 軸平衡，檢驗 X 軸零點(diǎn)，有效地控制了鏜孔圓度誤差及 X 軸零點(diǎn)不穩這一現象的發(fā)生。

二、加工中心機械手故障的分析與排除

HP1250 銥鎦數控鏜銑床擔負著(zhù)箱體類(lèi)零件主要的加工任務(wù)。2019 年 3 月以來(lái)，該設備開(kāi)始頻繁出現機械手換刀故障，導致?lián)Q刀過(guò)程無(wú)法繼續進(jìn)行，嚴重影響生產(chǎn)任務(wù)的順利進(jìn)行。此機床起初只是普通數控鏜銑床，后來(lái)為滿(mǎn)足加工需求，配套了刀庫系統，使之成為同加工中心一樣的數控設備。由于長(cháng)期使用，并且機床本體在與刀庫系統的配合上存在不足，此臺機床在機械手換刀時(shí)，經(jīng)常會(huì )出現機械手旋轉、伸縮和歸刀時(shí)的一系列故障問(wèn)題，而且故障頻發(fā)，嚴重影響生產(chǎn)任務(wù)。

1) 觀(guān)察機械手換刀過(guò)程，分析機械手在換刀過(guò)程中的伸縮、旋轉、滑移和歸刀等換刀分段動(dòng)作，初步確定造成換刀故障的原因。

2) 在多次換刀觀(guān)察后發(fā)現機械手在旋轉時(shí)總會(huì )出現旋轉無(wú)力的現象，旋轉過(guò)程中有死點(diǎn)存在，輕敲才會(huì )進(jìn)行接下來(lái)的換刀動(dòng)作，排除了液壓馬達的問(wèn)題。在緊固連接處的油管接頭、改良密封、拆掉機械手、清理缸套內壁、更換掉旋轉的兩套軸承( ＲST010)后，這一現象得到了明顯好轉。圖 9 為機械手旋轉馬達，圖 10 為清理機械手內壁并更換軸承。

圖9 機械手旋轉馬達

圖10 清理機械手內壁并更換軸承

3) 此外，該設備的機械手在歸刀過(guò)程中，總會(huì )出現歸不進(jìn)刀的情況，容易造成掉刀。在多次觀(guān)察后發(fā)現歸刀位置存在偏差。由于該機床刀庫系統屬于改造后的系統，無(wú)法通過(guò)參數調整刀庫機械手換刀位置的高低，所以只能通過(guò)機械調整。

4) 該機械手的換刀位置高低可以通過(guò)調整機械手轉軸兩端的鎖母( 見(jiàn)圖 11) 來(lái)控制。經(jīng)檢查發(fā)現機床原有的鎖母無(wú)鎖緊功能，長(cháng)時(shí)間使用會(huì )造成軸向的輕微移動(dòng)，故過(guò)段時(shí)間就出現歸刀故障。

圖11 旋轉軸鎖母

5) 為了徹底解決歸刀故障，決定改進(jìn)原有鎖母，更換為本身帶有自鎖功能的鎖母，以達到限位要求。經(jīng)過(guò)2 個(gè)月左右的徹底修復，完成了從機械手旋轉油缸螺釘的緊固、油管接頭的密封及緊固，到機械手伸縮軸承的更換及其缸套內壁的清理等一系列工作，有效地解決了機械手故障頻繁發(fā)生的問(wèn)題。

三 、結語(yǔ)  

加工中心主軸是加工中心的核心部件，機械手在加工中心是執行部位。通過(guò)日常檢查及時(shí)發(fā)現并處理加工中心常見(jiàn)的機械故障，減少加工中心的故障停機次數和維修時(shí)間，保證加工中心的日常運轉，延長(cháng)加工中心的使用壽命，為企業(yè)生產(chǎn)節省成本。

結合日常維修中的典型實(shí)例對加工中心主軸和機械手的故障進(jìn)行分析與總結，及時(shí)有效地排除故障，提高了主軸的可靠性和機械手的穩定性，縮短了加工中心停機時(shí)間，為拖拉機生產(chǎn)保駕護航! 同時(shí)也為后期維修提供了寶貴的經(jīng)驗。

文章來(lái)源：OK智能制造

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