SAJO 加工中心液壓原理及故障檢修

黃智勇，劉志紅，劉志勇

（中國航發(fā)貴州黎陽航空發(fā)動機(jī)有限公司，貴州貴陽 550000）

0 引言

SAJO10000 加工中心為瑞典薩耀公司生產(chǎn)的5軸聯(lián)動加工中心，機(jī)床的精度及自動化程度高，機(jī)床尺寸大，各軸的行程：X=1600 mm；Y=1500 mm；Z=1750 mm；A=0～110°；B=0～360°工作臺尺寸1000×1000 mm，該設(shè)備使用方便，適應(yīng)范圍廣。

1 SAJO10000 加工中心液壓系統(tǒng)的原理分析

SAJO10000 加工中心機(jī)床的故障率較高，特別是液壓系統(tǒng)。就液壓系統(tǒng)的工作原理作簡要論述說明。SAJO10000 加工中心的主液壓原理如圖1 所示。機(jī)床的液壓系統(tǒng)由以下5 個部分組成：①動力部分；②機(jī)床自動換刀控制部分；③主軸平衡控制部分；④軸制動控制；⑤主軸刀具松刀控制。

1.1 動力部分

由油箱、過濾器、液壓泵等組成。在油箱的上部裝有溫度及液位傳感器（ST1、SL2），用以監(jiān)測油位及溫度。油液經(jīng)液壓泵加壓輸出，圖中在泵的左邊有一電磁閥YV5B，用來切換泵的高、低壓工作狀態(tài)。以達(dá)到系統(tǒng)對油壓的不同要求。在泵的主出口油路上裝有主過濾器，并配有壓力繼電器SP1，用以監(jiān)測油濾器的狀態(tài)。當(dāng)過濾器太臟、堵塞時油壓升高，左側(cè)的單向閥被打開，通過單向閥為系統(tǒng)補(bǔ)油。同時SP1 被觸發(fā)，系統(tǒng)出現(xiàn)過濾器太臟需清洗或更換的報警。

1.2 機(jī)床自動換刀控制部分

機(jī)床自動換刀部分包括1 個伺服軸和在軸上的機(jī)械臂和機(jī)械爪。這部分的控制包括：機(jī)械爪的松開及夾緊、機(jī)械臂的旋轉(zhuǎn)、機(jī)械臂的伸縮、機(jī)械臂的上下運動?，F(xiàn)簡要說明各控制功能的組成及特點。

（1）機(jī)械爪的松開及夾緊。由二位四通電磁閥YV54、YV55 及油缸組成。系統(tǒng)油液經(jīng)8.5 MPa 溢流減壓控制后通過單向閥進(jìn)入電磁閥，通過對電磁閥YV54、YV55 的控制來實現(xiàn)機(jī)械爪的松開及夾緊。

圖1 SAJO10000 加工中心主液壓原理

（2）機(jī)械臂的旋轉(zhuǎn)。由三位四通電磁閥YV52、YV53，整體式旋轉(zhuǎn)油缸，二位二通電磁閥YV66，及一個節(jié)流閥組成。壓力油首先進(jìn)入三位四通電磁閥YV52、YV53，通過電磁閥YV52、YV53 的切換控制機(jī)械臂的正反向旋轉(zhuǎn)。在回油支路中串入二位二通電磁閥YV66 和節(jié)流閥的并聯(lián)回路，此設(shè)計可通過二位二通電磁閥YV66 的通斷和節(jié)流閥的作用來達(dá)到改變機(jī)械臂旋轉(zhuǎn)速度的目的。另外，三位四通電磁閥YV52、YV53 中位的封閉狀態(tài)可保持機(jī)械臂在旋轉(zhuǎn)中意外停機(jī)時，保持原位不變的狀態(tài)。以免開機(jī)時意外的旋轉(zhuǎn)，造成事故。

（3）機(jī)械臂的伸縮。由三位四通電磁閥YV56、YV57 及油缸組成。由于機(jī)械臂的伸縮是水平方向的運動，沒有其他外力影響，因此這部分的三位四通電磁閥YV56、YV57 的中位為油缸的左右腔與油箱相通。

（4）機(jī)械臂的上下運動。由三位四通電磁閥YV50、YV51，上下油缸，回油路的單向閥及溢流閥組成。機(jī)械臂的上下運動是在垂直方向，重力對他的運動產(chǎn)生影響。因此在回油路中設(shè)置了用于特殊控制的單向閥和溢流閥。當(dāng)機(jī)械臂由下向上運動時，油液通過三位四通電磁閥的右位再通過單向閥進(jìn)入油缸的右腔使機(jī)械臂向上運動。向下運動時油液從油缸的左邊進(jìn)入的同時也進(jìn)入到溢流閥，觸發(fā)溢流閥打開，將并聯(lián)的單向閥旁路掉，使油缸右腔的油帶阻力的通過溢流閥回油箱，從而能夠控制機(jī)械手下降速度。當(dāng)運動中意外停機(jī)時，由于溢流閥的觸發(fā)油壓消失，溢流關(guān)斷。機(jī)械臂不會自由下落。

1.3 主軸平衡控制部分

由于這臺機(jī)床的主軸箱重達(dá)數(shù)噸，必須在垂直運動的Y 方向上設(shè)有平衡裝置。液壓平衡部分的線路在圖1 中的右下方，由供油開關(guān)、單向閥、壓力繼電器、10 MPa 溢流閥、2 個大平衡油缸、儲能罐S、壓力表和節(jié)流開關(guān)組成。壓力油由供油開關(guān)進(jìn)入，經(jīng)單向閥到壓力繼電器及限壓溢流閥后對儲能罐加壓，達(dá)到要求的壓力后推動兩平衡油缸，實現(xiàn)主軸的平衡狀態(tài)。儲能罐的一個重要作用是在機(jī)床停機(jī)狀態(tài)下，仍可保持該支路的油壓，保持主軸箱一直處于平衡狀態(tài)。此回路的單向閥作用是外油路只能補(bǔ)壓，內(nèi)油路對外封閉。

1.4 A 軸制動控制

機(jī)床的A 軸是控制主軸箱的上下擺動，是一個可以聯(lián)動的伺服軸。對于此軸在剛性和制動力的大小有較高的要求。A 軸的液壓制動線路在圖中的上部。他由兩個單向閥、增壓缸、兩個電磁閥YV6 和YV7、溢流閥、儲能罐S1、手動換向閥、節(jié)流閥及制動油缸組成。工作過程：油液經(jīng)右邊的單向閥進(jìn)入增壓缸的左側(cè)，增壓后的油液通過兩個電磁閥YV6 和YV7 進(jìn)入制動缸的左側(cè)，推動活塞右移，實現(xiàn)制動。當(dāng)A 軸旋轉(zhuǎn)時電磁閥YV6 失電，制動油缸左側(cè)油路連通油箱，泄壓解除制動。當(dāng)機(jī)床關(guān)機(jī)時，為保持A 軸不致在重力作用下搭頭而造成碰傷零件或損壞刀具，在線路中設(shè)計了停機(jī)保壓回路。當(dāng)機(jī)床停機(jī)時，YV7 失電，閥的右位油路接通，在左邊的由單向閥構(gòu)成的封閉回路中（圖中的節(jié)流閥處在關(guān)閉狀態(tài)），油壓靠儲能罐來保持，從而達(dá)到A 軸停電保持制動狀態(tài)。

1.5 主軸刀具松刀控制

加工中心的主軸刀具的拉緊方式同一般加工中心相同，采用蝶形彈簧，力量大，比較穩(wěn)定，占空間小。他的松刀是靠松刀油缸克服蝶形彈簧力來實現(xiàn)，因此油缸的推力大。液壓系統(tǒng)的油壓比較大。機(jī)床液壓泵的高壓狀態(tài)就是為他而設(shè)計。由于油缸及管路工作于高壓狀態(tài)，對油缸和管路及油溫都有比較高的要求。因此這部分易出問題。

2 使用中典型故障的修理

機(jī)床的液壓部分在使用中的故障率較高，因液壓線路相對較復(fù)雜，排故難度也較大。就該機(jī)床在實際生產(chǎn)中出現(xiàn)的故障和排故經(jīng)過舉例如下。

2.1 主軸換刀出現(xiàn)的卡刀故障

故障現(xiàn)象：機(jī)床在運行程序自動換刀時當(dāng)機(jī)械爪將新刀插入到主軸的裝刀孔時出現(xiàn)碰撞聲，刀具無法插入，出現(xiàn)報警。有時甚至出現(xiàn)刀具從機(jī)械爪上掉下來的情況。此故障多出現(xiàn)在下午，或氣溫較高時。

處理過程：首先對油壓進(jìn)行仔細(xì)的監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)在換刀中油壓有明顯的下降，對各管路及接頭進(jìn)行排查，沒有發(fā)現(xiàn)有漏油現(xiàn)象。但出現(xiàn)故障時油溫偏高達(dá)到40 ℃（機(jī)床正常時油溫25 ℃）。對比同類型機(jī)床，發(fā)現(xiàn)油冷機(jī)偏小，重新改裝加大油冷機(jī)。改裝后稍有效果，但不明顯。隨后進(jìn)一步查找原因，再仔細(xì)的對比同類型的其他機(jī)床，最后查明此機(jī)床的油壓的高低壓切換在出廠時設(shè)置錯誤，設(shè)置反了，他的低壓最高值剛好處在高壓正常工作的下臨界點之上。起初機(jī)床在新機(jī)的狀態(tài)下，各方面都正常，反映不出來。隨著機(jī)床多年的使用，磨損增加，到最后出現(xiàn)故障。將機(jī)床的高低壓切換反置后，機(jī)床工作正常。

2.2 主軸換刀出現(xiàn)無法執(zhí)行故障

故障現(xiàn)象：機(jī)床在運行程序自動換刀時刀具不能從主軸上拔出，程序停止，報警。

處理過程：經(jīng)過檢查，換刀中沒有松刀信號，油壓等其他狀態(tài)都正常。最后查明換刀油缸損壞，更換后正常。

2.3 A 軸出現(xiàn)的停機(jī)搭頭故障

故障現(xiàn)象：A 軸在關(guān)機(jī)后搭頭，造成碰傷零件或損壞刀具。

處理過程：通過對液壓線路分析后認(rèn)為一定是他的停機(jī)保壓回路出現(xiàn)了泄漏。在停機(jī)保壓回路中，涉及到的元件有制動缸、電磁閥、儲能罐、手動換向閥、溢流閥、節(jié)流閥、及單向閥和管路等。在上述諸多的影響元件中首先對管路及各個接頭進(jìn)行排查，經(jīng)過檢查沒有發(fā)現(xiàn)有滲、漏油的地方。緊接著對相對較易磨損的制動缸進(jìn)行拆卸檢查，特別對重點懷疑的油缸密封圈仔細(xì)的作了檢查，沒有發(fā)現(xiàn)問題。最后對認(rèn)為不可能出故障的5 m高的機(jī)床上部的各元件的狀況進(jìn)行手動切換檢查，當(dāng)扳動節(jié)流閥的手柄時，發(fā)現(xiàn)手柄并沒有關(guān)死，還能向閉死位置擰動半圈多。最后將此節(jié)流閥閉死后，A 軸掉頭故障消失。此故障的出現(xiàn)是由于最初節(jié)流閥沒有完全關(guān)閉，當(dāng)初沒有泄漏，經(jīng)多年使用逐漸產(chǎn)生泄漏造成。