立式加工中心典型故障的分析與排除

關(guān)進(jìn)良

（首都航天機(jī)械有限公司，北京 100076）

0 引言

立式加工中心是指主軸為垂直狀態(tài)的加工中心，一般具有一個(gè)主軸和分別定義為X，Y，Z的3個(gè)直線軸，能完成銑削、鉆削、攻螺紋等多工序的加工，并且兼具易于裝夾、便于操作、性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用在生產(chǎn)制造企業(yè)。但是，立式加工中心故障種類繁多且故障率較高，這直接影響加工效率。通過(guò)分析研究典型故障，給出排除故障的一般方法，減少停機(jī)時(shí)間，提高設(shè)備利用率。

1 典型故障維修實(shí)例

1.1 TH5660C立式加工中心異常掉電關(guān)機(jī)故障

（1）故障現(xiàn)象。TH5660C立式加工中心在自動(dòng)加工過(guò)程中突然掉電關(guān)機(jī)，發(fā)現(xiàn)電氣柜內(nèi)空開(kāi)QF16跳閘，關(guān)機(jī)合上后重啟機(jī)床，故障復(fù)現(xiàn)。

（2）故障分析及排除方案。該故障伴隨有空開(kāi)QF16跳閘，是明顯的故障信號(hào)，為排除空開(kāi)本身故障，進(jìn)行更換，故障依舊。查閱機(jī)床電氣圖（圖1）得知，該空開(kāi)控制DC 24 V電源，下端接有各軸硬限位、機(jī)床啟停、電柜門解鎖3條支路，跳閘導(dǎo)致電路DC 24 V被切斷，進(jìn)而引起“機(jī)床啟動(dòng)”支路失電斷開(kāi)，造成掉電關(guān)機(jī)故障。

開(kāi)機(jī)后QF16瞬間跳閘一般是下口短路導(dǎo)致的，為判斷短路部位，如圖1中，先斷開(kāi)后2條支路（不按下SB3，并打開(kāi)電柜門），開(kāi)機(jī)后故障依舊，基本可判斷短路故障存在于“硬限位”支路上。為了進(jìn)一步縮小故障范圍，斷開(kāi)139號(hào)線，使用萬(wàn)用表歐姆擋測(cè)量140號(hào)線正常，測(cè)量942號(hào)線對(duì)地短路，故障定位在X軸硬限位開(kāi)關(guān)SQ1上，打開(kāi)機(jī)床防護(hù)罩檢查SQ1，發(fā)現(xiàn)內(nèi)部進(jìn)水（切削液）造成短路故障，更換開(kāi)關(guān)后故障排除。

（3）后續(xù)分析和改進(jìn)處理。經(jīng)進(jìn)一步對(duì)原故障限位開(kāi)關(guān)檢查，發(fā)現(xiàn)其內(nèi)部進(jìn)水的根本原因是X軸防護(hù)罩損壞（密封條脫落），更換新的防護(hù)罩，徹底消除故障隱患。

（4）小結(jié)。①對(duì)于電源或電壓異常導(dǎo)致的各類故障，原因一般包括短路（DC 24 V等弱電最為常見(jiàn)）、電源內(nèi)部硬件故障（如開(kāi)關(guān)電源內(nèi)部器件損壞）以及元件本身故障（如空開(kāi)脫扣器損壞）。②對(duì)于電路較復(fù)雜的故障，如果不能直接診斷出故障原因所在，采用排除法，逐步縮小故障范圍，直到找出具體故障點(diǎn)。

圖1 機(jī)床電氣圖

1.2 VMC750立式加工中心工作臺(tái)抖動(dòng)故障

（1）故障現(xiàn)象：VMC750立式加工中心在手動(dòng)/自動(dòng)移動(dòng)Y軸過(guò)程中工作臺(tái)嚴(yán)重抖動(dòng)，時(shí)而伴隨411裕報(bào)警（運(yùn)動(dòng)中誤差過(guò)大）。

（2）故障分析及解決方案：該機(jī)床采用FANUC18-M數(shù)控系統(tǒng)，所有軸均是半閉環(huán)控制，Y軸實(shí)物見(jiàn)圖2。根據(jù)維修記錄的統(tǒng)計(jì)，工作臺(tái)抖動(dòng)故障原因大多出現(xiàn)在反饋環(huán)節(jié)、驅(qū)動(dòng)環(huán)節(jié)以及外圍機(jī)械上，反映到具體部件則有可能是：①編碼器損壞；②光柵尺臟污或損壞；③反饋電纜斷線或損壞；④伺服放大器故障；⑤伺服電機(jī)故障；⑥機(jī)械方面故障（過(guò)載、間隙過(guò)大）。因采用半閉環(huán)控制，可排除光柵尺問(wèn)題，秉著“先機(jī)械后電氣”的維修原則，先打Y軸反向間隙，結(jié)果是0.04 mm，在參數(shù)1851中補(bǔ)償后故障依舊，又更換伺服和反饋電纜，故障仍然沒(méi)有排除，最后采用“機(jī)電分離法”使絲杠和伺服電機(jī)脫開(kāi)，單試電機(jī)出現(xiàn)同樣故障，斷電后手盤電機(jī)發(fā)現(xiàn)電機(jī)軸摩擦力過(guò)大，同時(shí)有“掃膛”的手感，基本判斷是電機(jī)故障，更換電機(jī)后故障排除。

（3）后續(xù)分析和改進(jìn)處理：對(duì)原故障電機(jī)進(jìn)一步分析和檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)有切削液從電機(jī)軸前端進(jìn)入電機(jī)內(nèi)部，造成電機(jī)繞組燒壞、電機(jī)軸承銹蝕老化，從銹蝕程度觀察是長(zhǎng)期浸水導(dǎo)致的。而造成切削液進(jìn)入電機(jī)的主要原因有3個(gè)：①Y軸防護(hù)罩密封不良；②電機(jī)軸封損壞；③聯(lián)軸器防護(hù)槽內(nèi)積水過(guò)多（圖3）。更換Y軸防護(hù)罩和軸封，并在聯(lián)軸器防護(hù)槽底面打一個(gè)小孔引流，以免再次積水。

圖2 Y軸實(shí)物圖

圖3 聯(lián)軸器防護(hù)槽

（4）小結(jié)。①發(fā)現(xiàn)機(jī)床有故障后應(yīng)立即停止運(yùn)行，切忌“因小失大”。②機(jī)床抖動(dòng)、振動(dòng)或爬行，故障原因比較復(fù)雜，排除故障難度大，應(yīng)充分運(yùn)用一些常見(jiàn)的維修方法（如機(jī)電分離法、互換法、對(duì)比法等），能節(jié)省不必要的排查時(shí)間，提高維修效率。

1.3 VMC850立式加工中心換刀故障

（1）故障現(xiàn)象。VMC850加工中心執(zhí)行換刀指令T8 M06，主軸回到換刀位并準(zhǔn)停，之后刀庫(kù)無(wú)動(dòng)作，隨后出現(xiàn)1008裕報(bào)警，并提示“MAGAZINE FOR/BACK ALARM”。

（2）故障分析及解決方案。該機(jī)床采用FANUC18-M數(shù)控系統(tǒng)，配有能容納16把刀的斗笠式刀庫(kù)，刀庫(kù)的前后移動(dòng)由氣缸驅(qū)動(dòng)，旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)由調(diào)速馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，采用無(wú)機(jī)械手固定換刀方式，正常換刀過(guò)程如下所述：當(dāng)數(shù)控系統(tǒng)接收到T**M06指令后，①主軸回到換刀位并進(jìn)行準(zhǔn)?！诘稁?kù)前進(jìn)移動(dòng)到主軸處→③主軸上的刀具進(jìn)入刀庫(kù)卡槽→④主軸松刀→⑤主軸上移脫離刀庫(kù)→⑥刀庫(kù)旋轉(zhuǎn)至指令對(duì)應(yīng)的刀位→⑦主軸下移至換刀位（使刀具進(jìn)入主軸錐孔內(nèi)）→⑧刀具夾緊后→⑨刀庫(kù)退回到原位。了解上述換刀步驟后，該故障主要定位在換刀的第②步，再結(jié)合報(bào)警信息和機(jī)床PMC梯形圖（見(jiàn)圖4）分析，圖中X1010.0，X1010.1分別對(duì)應(yīng)刀庫(kù)換刀位和原始位的位置檢測(cè)開(kāi)關(guān)，Y1002.0是刀庫(kù)右移動(dòng)作對(duì)應(yīng)的PMC輸出點(diǎn)。換刀時(shí)，Y1002.0接通，但氣缸沒(méi)有動(dòng)作，10 s后R61.5接通，A1.0接通并引發(fā)1008裕報(bào)警，即PMC輸出正常，機(jī)械上不執(zhí)行動(dòng)作，說(shuō)明故障出在中間環(huán)節(jié)（一般是繼電器、電磁閥等元件）。查電氣圖紙知，Y1002.0通過(guò)電磁閥來(lái)控制刀庫(kù)前后移動(dòng)，檢測(cè)電磁閥發(fā)現(xiàn)閥芯卡住，更換后故障排除。

圖4 PMC梯形圖

（3）后續(xù)分析和改進(jìn)處理：電磁閥閥芯卡住根本原因是，低壓氣源中含有過(guò)多的雜質(zhì)和水，導(dǎo)致閥內(nèi)臟污和生銹。說(shuō)明機(jī)床自帶的低壓氣過(guò)濾裝置（氣動(dòng)三聯(lián)件）不能滿足使用要求，通過(guò)在機(jī)床進(jìn)氣口加裝“冷干機(jī)”，加強(qiáng)對(duì)低壓氣源的干燥和清潔，并定期清洗或更換濾芯，以免類似故障再次發(fā)生。

（4）小結(jié)。①換刀裝置是典型的機(jī)、電、氣（液）一體化系統(tǒng)，可利用PMC判斷出是電氣還是機(jī)械問(wèn)題，化繁為簡(jiǎn)，再各個(gè)擊破。②換刀動(dòng)作較復(fù)雜，事先應(yīng)了解換刀過(guò)程和換刀原理，盡量把故障縮小到某一步驟上，能起到事半功倍的效果。

2 結(jié)語(yǔ)

處理立式加工中心故障時(shí)，如何判斷故障點(diǎn)是關(guān)鍵，首先認(rèn)真觀察故障現(xiàn)象，設(shè)法從原理上透過(guò)現(xiàn)象查出對(duì)應(yīng)的具體原因，并在故障診斷過(guò)程中適當(dāng)借助機(jī)床自診斷和PMC在線診斷等功能，同時(shí)需要經(jīng)?？偨Y(jié)排查故障的思路和典型方法，從而提高維修效率。

［1］宋松，李兵.FANUC 0i系列數(shù)控系統(tǒng)連接調(diào)試與維修診斷［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2012.

［2］李素娟，朱海平.淺談立式加工中心換刀系統(tǒng)故障處理方法［J］.裝備制造技術(shù)，2016（10）：189-191.