關進良　楊（yáng）春月　韓紅亮　寧博

（首都（dōu）航天機械有限公司）

1　序言

加工中心主軸是機床重要的機械部件之（zhī）一，一般情況下，在機床所有的控製軸中，其（qí）消（xiāo）耗的功率，在切削工件時承受（shòu）的負載較大，相（xiàng）對來講，對主軸的各項精度要求也比較高，且能夠輸出不同的轉（zhuǎn）速（每分（fèn）鍾幾（jǐ）千轉甚至一萬（wàn）轉以上）和轉矩，以滿足不同加工工藝的要求。可（kě）見主軸（zhóu）能否正常運轉直接製約著機床的整體運（yùn）行，有必要針對加工（gōng）中心主軸故障的診斷方法進行深（shēn）入分析和探討。本文正是（shì）在這樣的背景下，並根據（jù）實際（jì）工作中的具體案例和經驗，在研究典型故障的（de）基礎上（shàng），總結提煉出行之有效的解決方案。   

2　加工中心主軸故障的（de）特點  

加（jiā）工中心一般（bān）指有刀庫和自動（dòng）換刀係統的數控銑床。除了數控銑床主軸本身的故障外（wài），加（jiā）工中心主（zhǔ）軸故障還（hái）包（bāo）括與換刀有關的故障（換刀過程中有些步驟需要主軸參（cān）與），故（gù）障難度較大，要求維修技術人員的知識麵廣，通（tōng）常涉及到機（jī）械、電氣（qì）、液（yè）壓和氣動等專業知（zhī）識（shí），有時還要求在維（wéi）修主軸時（或修好後）與刀庫（kù）、氣缸（或液壓缸）等部件聯合調試。大量的實際工作記錄表（biǎo）明（míng），加工中心（xīn）主軸故障占機床總故障數的近一半，其中，與自動換刀相關的（de）故（gù）障占比為60%～70%。   

3　加工中心主（zhǔ）軸典型故障診斷分析及解決方案  

3.1 加工中心主軸異響（xiǎng）故（gù）障   

（1）故障現象 VMC750加工中心在（zài）加工（gōng）工件時，主軸出現（xiàn）異響，負載較正（zhèng）常情況下有所增大（dà），加工的工件表麵（miàn）質量較差。   

（2）故障分析和解決方案 一般情況下，引發上述故障（zhàng）的（de）原因可能是主軸本身（shēn）、主軸電動機（jī）或主軸伺服模塊及相關（guān）電纜等，秉著“先機械後電氣、先簡單後複雜”的原（yuán）則，采用機電分離法，將主軸與電動機脫開，手（shǒu）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機，電氣部分基本正常。通過以上分析，基本可以把故障定位在主軸（zhóu）軸（zhóu）承上。更換軸承後（hòu）重新裝好主軸（zhóu），故障排除，機床恢複正常。   

需要注（zhù）意：在（zài）拆解主軸、更換軸承（chéng）時，記（jì）錄好原裝軸（zhóu）承（chéng）的裝配形（xíng）式，且主軸軸承要成套更換（即使其（qí）中（zhōng）隻有一個軸承損壞，也要更換一套）。軸承預緊時，使用（yòng）力矩扳手按要求進行預緊，切忌隨意調整，如果預緊力過（guò）大將導致負載增加，嚴（yán）重者直接損（sǔn）壞軸承或（huò）主軸（zhóu）；如果預緊力過小將不能消（xiāo）除軸承（chéng）遊隙或軸（zhóu）承鬆動（dòng），同樣不能（néng）正常（cháng）運行。更換（huàn）軸承、主軸裝配（pèi）完成後，應及時進行幾何精度檢測（檢測方法可參考JB/T 8771.2—1998《加工中心（xīn）檢驗條件 第 2 部分：立式加工中心 幾何精度檢驗（yàn）》），主要包括（kuò）軸向（xiàng）竄動檢測（見圖1）、徑向圓跳動檢測（見圖2）及主軸試運行（轉速從（cóng）低到高分別測試），以上檢測都（dōu）正常後才能投（tóu）入使用。 

該故障解決（jué）方案的切入點是（shì）“機電分離法”的應用，即把複雜的問題（tí）簡單化（huà），同時也排除了一些不確定的故障因素。該案（àn）例的重點是（shì）軸承更（gèng）換及其注（zhù）意事項，並做好各項精度檢測，不可操之過急，以（yǐ）免功虧一簣。 

3.2 加工中心（xīn）主軸不（bú）轉故障     

（1）故障現象 某龍門式加工（gōng）中心在執行機械手自動換刀時，由於主軸不轉而導致（zhì）換刀失敗，且在MDI/AUTO狀態下均不能正（zhèng）常旋轉，也無任何報警或（huò）提示。   

（2）故障分（fèn）析和解決方案 設備故障（zhàng）一般可分為硬件故（gù）障、軟故障（參數、PLC等方麵）或者（zhě）機械、電氣故障。此設備主軸不轉的可能原（yuán）因較多，首先進行機床的數據備份恢複，故障（zhàng）依舊，基本排（pái）除了軟故（gù）障，硬件故障（zhàng）的可能性（xìng）較大。然後去掉主（zhǔ）軸使能，手轉主軸可以（yǐ）正常旋轉，無機械卡死等異常情況（kuàng），加上使能後主軸停（tíng）止。主軸和電動機脫開後，執行主軸正/反轉（zhuǎn）指（zhǐ）令後，主軸電（diàn）動機也不轉（zhuǎn）。從故障現象分析，考慮到該（gāi）故障是在自動換刀過程中出現的，換刀流程（見（jiàn）圖3）中任何一步沒有完成（有相應檢測信（xìn）號），都會影響到其他步驟，於是重點檢查了“主軸緊刀完成”這一步。現場排（pái）查後（hòu）發（fā）現主軸鬆緊刀的實際機械動作（zuò）正常，主軸（zhóu）緊刀到位對應的傳感器信號輸入點（diǎn）是I35.5，利用PLC診斷功能，發現I35.5的狀態為0（正常為1），經進一步檢查（chá）發現該傳感器電纜線斷裂（liè），重新（xīn）接好後（hòu）故障徹（chè）底排除，即主軸不旋（xuán）轉的根本原因是緊刀到位信號（hào）異（yì）常。

另（lìng）外，為了提高後續類似故障維（wéi）修效率，增加報警功能，即當主軸鬆刀或緊刀到（dào）位後，在3s內PLC應接（jiē）收到“到位”反饋信（xìn）號，否則（zé）將出現報警提示。排除此故（gù）障的關鍵是要（yào）考慮自動換刀（dāo）流程（chéng），再結合流程圖分?後準確（què）定位故障點，這也是加工中心主軸故障的特點，往往和換刀（dāo）係統有一定的“關聯”。在排（pái）除複（fù）雜故障時，要充分運用機床自帶的診斷功能，有條件的還可（kě）利用計算機或輔助軟件等快（kuài）速判斷故障點，起（qǐ）到事半功倍的作用，可大大提高故障診斷效率。   

3.3 加工中心主軸定向異常（cháng）故障（zhàng）   

（1）故障現象 某立式加工中心采用（yòng）串行主軸，在自動換刀時，主軸定向不準確，導致機械手無法正常抓取主軸上的（de）刀（dāo）具，甚至出現碰撞主軸。  

（2）故障分析（xī）和解決方案（àn） 主軸定向（xiàng）又稱（chēng）主軸準停，是（shì）要求主軸在360°範圍內，根（gēn）據（jù）要（yào）求停止在某一（yī）固定點，是加工（gōng）中心必備的功能（néng）之一，主軸定向的（de）電氣原理如圖4所示。

經觀察換刀動作，可明顯發現在執行自動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中，即主軸的定向角度不準確，這也是引（yǐn）發（fā）故障的根本原因。調試此類故障，工作中一般采用修改參數法，該機床采用FANUC 0iD數控係統，如果定向角度誤差很小，可（kě）通過修改（gǎi）參數4077（伺服主（zhǔ）軸定向停止的位置偏移量）來微（wēi）調主軸定向的角度，使主軸上的鍵（jiàn）塊對齊機械手上的鍵塊，現場調試情（qíng）況如圖5所示；反之（zhī），如果定向角度誤差較大，可按照以下步驟調（diào）試。 

1）參數3117#1由0改為1，把主軸位置（zhì）編（biān）碼器脈衝數作為主軸位置數據顯示（shì）在診斷畫麵中的No.445中。  

2）參數4077設為（wéi）0。 

3）執行主軸（zhóu）定向指令。

4）檢（jiǎn）查並確認診斷No.445顯示值為0。

5）取消主軸定向。

6）手動旋轉主軸至所（suǒ）需位置，並記錄診斷No.445顯示值，再把（bǎ）此值填（tián）入到參數4077中。

7）重複步驟3），檢驗主軸定向是否精確，確定是否再次進行（háng）調試。   

主軸定向問題不僅關乎著（zhe）機床操作，還直接涉及到設備安全甚至（zhì）人員安全，務必要求（qiú）按照一定的速度準確進行定向。主軸定向故障（zhàng），除定向（xiàng）不準確（què）外，還包括沒有定向動作（zuò）（可檢查地址信號G70.6或者參數8135#4）、定向速度不合適（可檢查參數4038）以及主軸長時間（jiān）找不到定向位置（可檢查參數4002#3，2，1，0是否設置正確）等故障類型，這就要求具體問題具體分析，在硬件（jiàn）完好的前提下，可參考數控係統的有關說明書進行調試。   

4　結束語   

在對加工中心及主軸有一定認知的基礎上，當主軸故障出現（xiàn）時（shí），故障診斷的一般思路如下。   

1）結合故障現象或報警（jǐng）內容，充分詢問機床操作人員，注重關鍵細節，可能某一細節就是故障診斷（duàn）的（de）突破口，為後（hòu）續故障診斷做好鋪墊。 

2）在以（yǐ）上基礎上，根據工作經驗與主軸（zhóu）故障特點，大致判（pàn）斷出故障類型和故障範圍，並適當運用一些典型的（de）故障診斷方法（fǎ）（如機電分離法、PLC在線（xiàn）診斷法、比較法等（děng））或借（jiè）助（zhù）相關軟件、數（shù）據，基本定位（wèi）故障點，排除故障。

3）在有條（tiáo）件的情況下，設計並實施預（yù）防改進措施，大大降低同類故（gù）障複現的概率。

4）定期總結、查閱維修經驗（尤其是對於初學者，這一點至關重要），在此基礎上力爭做到舉一（yī）反三，不斷提高故障技術人員的綜合診斷能力。

來（lái）源：金屬加工(冷加工)

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