美國哈斯(HAAS)加工中心主軸故障診斷分析與排除

摘 要:本文結合實際生產需要，針對美國哈斯VF-3數控加工中心在使用過程中主軸產生的典型故障，全面分析了故障產生的原因，系統介紹了有關的維修經驗以及需要注意的事項。

關鍵詞:加工中心;主軸系統;故障分析;振動分析

中圖分類號:TG659 文獻標識碼:A 文章編號:1674-7712 (2012) 12-0196-01

VF-3加工中心是美國哈斯自動化公司生產，采用系統也是HAAS系統。在使用過程中，不可避免的產生各種各樣的故障。現就我公司VF-3加工中心產生的主軸系統主要問題，進行匯總，以便能夠在生產過程中及時解決，提供設備的利用率。

一、加工中心主軸組成及工作原理:

哈斯加工中心主軸由伺服電機、主軸、拉桿、鋼球、松刀氣缸、齒輪變速箱、傳動皮帶、位置感應開關、定位編碼器、電磁閥、碟形彈簧等組成。在加工過程中，需要進行換刀，則由操作人員給機床輸入換刀指令，主軸首先由定位編碼器進行主軸定位，松刀電磁閥得電，氣缸向下移動的一定位置(松刀位置)，將拉桿鋼球松開，然后換刀裝置從刀庫取刀，將刀具裝入主軸孔內，停留一定時間(時間由內部參數設備，一般為0.2S)，松刀電磁閥失電，鎖緊電磁閥得電，氣缸向上移動，拉桿在碟形彈簧的作用下拉桿鋼球內縮，拉桿拉緊刀柄，氣缸到達鎖緊位置，換刀裝置移離主軸。

二、典型故障診斷分析與排除

(一)在加工過程中，鏜孔橢圓，盤刀銑平面有明顯震紋，并且有時伴有“掉刀”現象

導致此類現象的因素很多，比如有以下幾種:主軸孔有鐵屑;感應開關失靈;刀柄拉釘松動;拉桿彈簧破損，無法拉緊刀柄。1.用絲綢擦拭主軸錐孔和刀柄，以免可能因切屑存在導致錐孔和刀柄有間隙。2.檢查拉釘并重新擰緊，然后進行交換刀具。此故障現象無法消除。3.進行幾次換刀，觀察診斷頁面中參數DRAWBAR OPEN和DRAWBAR CLOSED數據的變換情況。經過檢查參數變換正常，并且報警記錄中沒有131報警，因此說明氣缸感應開關沒有問題。4.既然感應開關沒有問題，那么需要檢查主軸精度。將主軸檢棒裝到主軸上，用千分表進行精度主軸檢測。主軸錐孔圓跳動0.002mm，檢棒根部圓跳動0.002mm，此兩項精度表明主軸軸承沒有問題。而在離主軸端面250mm處，檢測到的檢棒圓跳動為0.06-0.08mm，反映出主軸拉桿可能產生問題。為了進一步確認，將一鏜刀柄裝到主軸上 ，將千分表壓到鏜刀柄上。用手一推一拉，觀察千分表變化情況。經過幾次觀察，有0.03-0.04mm間隙。此數據說明拉桿彈簧有大量破損。在主軸上安裝一刀柄，將松刀氣缸取下，將主軸拉桿螺旋環取掉，將拉桿取出。經過檢查，拉桿碟形彈簧1/2已經破損。聯系美國哈斯，更換新拉桿。更換新拉桿后，需要檢測拉桿拉力。針對VF-3加工中心7500RPM主軸，拉桿(碟形彈簧片數為79)拉力范圍為1200—1450LBS。如果拉桿拉力不在此范圍內，則需要調整松刀氣缸墊片厚度。更換新拉桿后，在離主軸端面250mm處，主軸檢棒圓跳動為0.012。裝一刀柄，一推一拉，間隙為0.002mm。精度符合出廠要求，故障現象消除。

(二)主軸加工過程中突然停止旋轉

查閱機床報警記錄，機床產生126、117、118報警。126為主軸換擋故障。117為主軸高速擋故障。118為主軸低速擋故障。進入診斷頁面發現換擋輸出信號SPINDLE HIGH GEAR、SPINDLE LOW GEAR全部為0。也就是說主軸處于空擋狀態。數控系統PLC是根據機床參數142:HIGH/LOW GEAR CHANG 設定值決定加工過程中主軸某個轉速是處于高速還是處于低速。關閉電源，重新開機。診斷頁面高低擋輸入信號均為零。在MDI模式下分別執行指令M41(換高速)、M42(換低速)，診斷頁面輸入信號均正常變化，但輸出無變化。并且執行指令時，主軸擺動一段時間后并產生126報警。用萬用表檢測用來控制控制高低擋轉換的電磁閥IOP12-4是否良好。經過檢查，電磁線圈良好。用煤油清洗電磁閥，以免芯軸被顆粒堵塞影響正常工作。重新安裝后，換擋失敗。更換新電磁閥也不行。因為不管是從高速向低速轉換還是低速向高速轉換，都要經過主軸定向環節。為了排除主軸定向環節出錯，采用人工辦法進行手動轉換。將控制高低擋轉換的電磁閥氣路斷開，用氣槍直接吹兩根銅管，需要等一段時間才能轉換。進行多次試驗，發現兩根銅管串氣。因此判定變速齒輪箱換擋氣缸出了問題。鑒于設計結構問題，需要將齒輪箱整體吊起才能拆掉換擋氣缸。首先將齒輪箱傳動氣路、電路斷開，將齒輪箱固定螺栓松開，將主軸皮帶與主軸脫離。將齒輪箱整體吊起后，先將潤滑油箱拆下，然后取下換擋氣缸。用一字螺絲刀取出密封圈，兩大兩小分別為20X15.6X2.4、16X11.6X2.4。經過檢查，發現密封圈已扁平，需要更換。更換新的密封圈，重新安裝換擋氣缸，接氣路、電路，重新安裝主軸皮帶。安裝主軸皮帶時一定要注意皮帶張緊力，VF-3加工中心一般為159—165HZ。更換密封圈后，高低擋轉換正常。無報警產生。

(三)哈斯設備在進行主軸以及齒輪變速箱故障分析時，一般都要用OCTAVIS振動分析儀對其進行振動分析

通過分析振動頻率檢測值，就能初步判定問題所在之處。以7500RPM主軸為例，主軸風扇(2600CPM)、皮帶或皮帶輪(3300CPM)、傳動裝置(3700CPM)、主軸電機(6000CPM)、主軸油泵(7200CPM)最大波形鋒值(Mil，振幅大小)分別為0.08、0.08、0.08、0.08、0.02、0.2。若檢測值超出最大范圍，則相關部件可能被損壞，需要進一步確認。

三、結語

數控設備主軸故障涉及機械、低壓電氣、PLC等多學科知識，維修人員應熟悉設備的機械結構、控制原理以及基本操作方法，根據故障現象，分析原因，確定合理的診斷與檢測步驟。維修方法到位與不到位直接影響機床維修的質量。一般情況下，數控設備的故障多是有小毛病引起的，維修時一定要注意設備動作的上下過程，充分利用報警頁面和狀態顯示的自診斷功能解決一些技術問題。在維修過程中可以采用以下方法:初始化復位法;參數更改，程序更正法;備件替換法;維修信息跟蹤法。設備維修完畢后，要詳細記錄維修過程及注意事項，以便以后產生類似情況，可以快速確定故障點。設備用油及密封部件需要定期及時檢查。有時可能因為油臟或密封件泄漏，導致數控設備故障產生。建立完善的設備維護和保養制度，養成良好的維護保養習慣，可以減少機床停機率，有效提高生產率。

參考文獻:

[1]銑床和車床維修手冊(機械部分)96-0283B.哈斯自動化機械(上海)有限公司，2010

[2]銑床和車床維修手冊(電氣部分)96-0284B.哈斯自動化機械(上海)有限公司，2010