加工中心主轴的故障与维修

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【摘 要】加工中心,简称CNC,是现代计算机技术与传统机床技术的完美结合,体现了高度的机电控制水平,并且具有多步骤一体完成的优越性能,是现代自动化机械加工的重要组成部分,一个工厂内加工中心的数量和操作水平在很大程度上体现着该厂的加工能力,但相比于传统机床,加工中心也有着自己常见的问题和故障,本文就加工中心主轴的主要故障进行了总结分析,并给出了较为合适的解决途径,希望对从业者有所帮助.

【关 键 词】加工中心；主轴；故障；维修

1前言

20世纪40年代,美国最先开始研究数控机床,第一台数控机床在1952年诞生于美国麻省理工学院的伺服机构实验室,在5年后正式投入使用.1958年,美国的一家机械制造公司将这种数控铣床添加上自动换刀装置,成为了今天我们常见的加工中心的鼻祖.这种数控中心的一大特点——也可称为优势是可以一次装卡,多次加工,通过自动换到装置,将各个步骤一次完成,避免了再反复装卡的过程中对加工精度的影响.这一发明的诞生对于机械制造业而言具有划时代的意义,因此,世界上众多工业较为发达的国家都对加工中心和数控机床的研究投入了大量的人力、物力.

加工中心的优点在于一次装卡,多次加工,切屑时间占工序总时间的80%,是普通机床的4到5倍,大大提高了机加工的速度和精度,同时也降低了搬运、周转、存放的成本,使加工效率有了质的飞跃,因此,加工中心在现代机械加工领域的应用越发广泛.但其缺点也是显而易见的,数控加工中心要求机床的数控系统的高精确性和与机加工系统的紧密配合,为了能达到加工需要,数控中心通常在三轴以上,高级的加工中心通常有5轴,其机构的复杂性是普通机床难以比拟的,其故障的发生和解决也更加棘手,主轴是加工中心产生问题最为频繁的部分之一,文本将对主轴的主要问题进行详细的描述.

2加工中心主轴的主要问题和解决办法

加工中心的结构复杂,大部分问题可以通过对软件的调试和重新编写合适的加工路径、加工方案来解决.但机加工部分的故障则必须对加工中心进行拆解维修,工作的难易程度迥然不同,在加工中心的故障中,主轴的问题尤为常见和难以处理,其主要故障包括：换刀故障、准停故障、定向故障等三类.

2.1换刀故障

换刀故障占加工中心故障的80%以上,其主要问题为信号不良和执行元件不良,尽管由于加工中心的型号不同,换刀机构的结构各异,但只要认真分析PLC梯形图,检查信号流程,这类问题还是比较好解决的.以湖北某厂使用的日本某立式加工中心为例（配FANUC6M系统）,该立式加工中心在加工过程中无法正常换刀,刀库一直处于待机状态,而没有报错,这是加工中心的一个常见问题,和z主轴的位置偏差有直接关系,通过对PLC梯形图的检查,该厂的工程设备维修人员发现,刀库待机的根本原因是z轴伺服系统的累积误差过大,调整DGN802的停止到位误差,使其数值在10以下,则问题可以得到解决.

另外,加工中心的结构精密度较高,使用过程应控制环境温度和洁净度,避免因温度过高导致的驱动模块烧毁和灰尘等污染物导致的主轴轴承卡死现象.

2.2准停故障

加工中心的一大功能是主轴的定向准停,这一功能是加工过程中,自动换刀、对刀、让刀的前提基础,准停装置的故障是加工中心最为常见的故障之一.与此相对的还有电气准停机构,如磁传感器型主轴准停装置、编码器型主轴准停装置和数控系统控制主轴准停装置等.现代加工中心的准停装置多采用数控系统控制,一般情况下,该装置的功能体现在：当主轴以一定速度运转加工零件时,准停装置可根据定位指令对主轴速度进行调整,使其能迅速同步,从而进入位置控制阶段.常见的故障为：高速准停失效；准停的位置精度过低和准停时速度陡升等.

以SIEMENS810M的立式加工中心为例,高速准停失效的主要原因为主轴实际速度与显示速度不符,通过调整主轴驱动器的参数,校对实际参数的误差可以有效解决故障.定位不准的问题则只要处在主轴编码器上,当主轴准停换刀时,编码器在主轴停转一周之内发出了多个零位脉冲,导致了主轴的定位不准,这一问题,多出在编码器的链接电缆器上,通过更换编码器的电线,增强其电磁屏蔽功能,可以很好的解决这一问题.速度陡升的原因在于位置编码器的极性反馈,因为数控系统的闭环反馈,当极性设置相反时,本应该减速的过程,反而速度升高,调整位置编码器的极性设置,使其与加工工序的要求一致可以解决这一问题.另外,准停过程中的速度振荡,也与位置编码器的极性有关,可以通过修改极性解决.

2.3定向故障

主轴定向装置是数控中心的又一重要装置,是刀具交换与空位精加工的前提条件,在加工过程中,可以使刀具处于某一圆周的具体位置,并可以作为下一步精加工的定位点,对于加工精度和误差累积有很大影响.

定位问题的主要原因包括：PLC的输出信号无效；定位电磁阀故障；接近开关故障和定位液压缸故障等.通过PLC阶梯图分析判.定故障范围,逐一检查排除可以有效解决问题.另外,定向问题还可能电路板和数控原件上,当原件烧坏,控制失效时,也无法做到位置控制,这时候需要对主轴的机械定位装置和数字电路分别检查,测试数字电路的有效性,如果信号输出和返回正常,则可判定是机械故障,否则为电路故障.总之,定向问题多涉及液压、位置检测、电路板等三方面问题,应对此多加注意.

3总结：

加工中心是现代工业的重点研究对象和制造业的先锋力量,目前国内使用的主流产品多为美国、日本、德国少数公司的产品,一旦出现故障,不得不停机等待外国专家的解决,其耗时长,成本高,而且多数时候,外国专家走后问题多有反复.故而独立解决加工中心故障是提高生产效率、降低生产成本的必然要求,希望本文能对工作在生产第一线的维修技师们有所帮助.