Z3163型萬向搖臂鉆床故障分析

張順廷 趙 麗 趙 杰 何玉柱

（1.葫蘆島濱海水電大件制造有限責任公司 遼寧葫蘆島 2.渤海造船廠集團有限公司 遼寧葫蘆島）（3.商丘質量技術監督檢驗測試中心 河南商丘）

Z3163型萬向搖臂鉆床，天津第四機床廠制造（圖1）。目前仍是國內最大的普通萬向搖臂鉆床。主要用于大型零部件上360°鉆孔、擴孔、鉸孔及攻螺紋等機加工序。主軸箱能做回轉、傾斜和移動，刀具能從各個方面進行加工。鉆床能被吊運到工件旁、工件上及安裝在大型工件中間。

圖1 Z3163型萬向搖臂鉆床

1.橫臂上升、下降無微動

使用過程中，將操作箱上扳把開關打到微動位置，橫臂上升、下降出現無微動故障。微動是指橫臂點動一次大約行走1～3 mm。此種功能必須有，用于水平鉆孔找正。檢查橫臂電氣主回路，發現控制橫臂上升（或下降）交流接觸器只是瞬間動作一下，橫臂升降電機微動或不動，橫臂無微動。將立柱套筒外壁表面澆注潤滑油，不起作用；更換同型號交流接觸器（CJ0-10A）或更換較好的西門子交流接觸器（3TB4122-0X），橫臂仍然無微動。進而研究鉆床實現橫臂微動原理是接觸器三相觸頭瞬間接觸，電源瞬間供給電機，實現橫臂微動功能。檢查其主回路、控制回路，未發現有異常。因此分析是由于接觸器線圈得電時間太短，決定盡量延長接觸器觸頭接觸時間，來恢復鉆床橫臂微動功能。通過研究在接觸器線圈上并聯交流電容，這樣接觸器觸頭釋放慢些，電容越大釋放的就越慢，因為電容有儲能作用。經過反復試驗：在橫臂上升接觸器線圈上并聯一組交流（3個2 μF/400 V電容串聯），當線圈斷電后，交流電容放電，延長接觸器觸頭接觸時間；同時在橫臂下降接觸器線圈上并聯一組交流電容（3個1.5 μF/400 V電容串聯），解決了橫臂上升、下降無微動故障。

2.主軸正向寸動不停

主軸鉆孔時，有時要求主軸寸動。寸動就是比點動更慢，主軸可以寸動1/4轉，方便找到鉆孔中心點。鉆床已經使用20多年，出現主軸正向寸動時不能停止，一直旋轉。按反轉寸動按鈕或按總停按鈕，主軸才停止，萬向搖臂鉆床無法正常使用。

圖2 萬向搖臂鉆床寸動液壓原理圖

萬向搖臂鉆床寸動液壓原理見圖2，啟動主電機后，油泵供油。將操作箱上扳把開關打到微動位置，按下主軸正轉（或反轉）寸動按鈕，接通電磁鐵YA1（或YA2）動作，帶動三位四通閥1C（34D-10BH）正向（反向）接通油路。第Ⅸ軸（撥叉軸）油路上腔（下腔）供油，撥叉壓緊離合器上摩擦片（或下摩擦片）來實現主軸的正反向旋轉，但電磁鐵YA1（或YA2）不能自鎖，手松開按鈕，主軸自動停止旋轉。按寸動時間長短，決定主軸寸動多少。

圖3 萬向搖臂鉆床部分電氣原理圖

從電氣回路查找故障（圖3），檢查寸動按鈕、電磁鐵YA1、YA2及其連接線，未發現問題，同時電磁鐵YA1、YA2動作順序無誤。

從油路閥件查找故障，檢查油泵油壓2 MPa，同時主軸反向寸動正常，說明油路中油壓正常。主軸正反向寸動時，檢查上下油腔及離合器撥叉，都有動作，且動作順序正常，未發現問題。

檢查清洗或更換新的三位四通電磁閥1C，主軸正向寸動仍然不能停止。同時檢查中發現主軸無法變擋，主軸共有16個擋位，轉速范圍12.5～1000 r/min。

檢查離合器、上下摩擦片及增加上摩擦片數，均未解決主軸正向寸動不停故障。

通過分析機械、液壓油路：主軸正向寸動時主軸旋轉，說明第Ⅱ軸上摩擦片受力。因此懷疑第Ⅸ軸撥叉不在中間位置，決定拆解第Ⅸ軸。在拆解中發現第Ⅸ軸中間有一銷軸，規格Φ10×70 mm，已經折斷。此銷軸損壞后藏在撥叉內部，外觀檢查不易被發現，所以撥叉未在第Ⅸ軸中間位置。此銷軸是起到定位和推動上下油缸活塞作用。重新更換一根材質是40Cr同型號銷軸后，主軸寸動不停故障排除。

3.主軸不變速

表1 主軸轉速與電磁鐵通斷對照表

主軸變速是主軸變速鼓輪控制4個微動開關，進而控制4個二位三通電磁閥YV5、YV6、YV7、YV8。主軸轉速與電磁鐵通斷對照表見表1，表1中“+”號表示接通。每個電磁閥控制一個差動油缸。按下變速按鈕，壓力油進入變速油缸，帶動滑移齒輪變速。在變速過程中，正反轉油缸也通過節流閥進入高壓油，由于機床設計原因，正反轉油缸面積不等（正轉大于反轉），使壓緊摩擦片的撥叉有較小的壓力壓緊正轉摩擦片，使傳動鏈緩慢移動，保證滑移齒輪順利嚙合。為防止高壓油影響變速，利用時間繼電器KT1延時觸頭，延時斷開變速4個二位三通電磁閥，以保證變速準確、可靠。

主軸不變速原因：鼓輪動作不靈敏；鼓輪帶動4個微動開關中的個別開關損壞，造成油缸誤動作；變速電磁鐵YA3、電磁閥YV5、YV6、YV7、YV8損壞及控制線路故障；油路中油壓不能高也不能過低，調整在2 MPa；時間繼電器KT1故障；變速電磁閥2C（22D-10BH）損壞；個別油缸密封圈損壞等。

4.工作中油路油管爆裂

齒輪油泵由變速箱內的第Ⅱ軸帶動旋轉，系統中的壓力是裝在油泵上溢流閥彈簧調整控制的。工作壓力在2 MPa，流量3 L/min。工作中由于溢流閥內彈簧損壞或彈簧彈力問題，造成輸出油壓過高，致使供第Ⅸ軸上（或下）腔油管爆裂。更換同型號彈簧，重新調整溢流閥上螺絲（調整油壓大小螺絲），使輸出油壓力在2 MPa，鉆床正常也運轉。

5.操作箱漏電

萬向搖臂鉆床本體與操作箱中間有一根長1.2 m絕緣膠管連接，控制線在操作箱入口處絕緣未處理完善。操作箱長期使用，不定時旋轉，時間長了，將入口處的控制電線磨損，造成操作箱上漏電。重新將操作箱入口控制電線做絕緣處理，操作箱內增加一根接地線，保證操作者人身安全。

6.電磁閥上的電磁鐵損壞

鉆床運轉過程中變速箱內冒煙。經過檢查，發現三位四通電磁閥1C上電磁鐵YA2損壞，電磁鐵行程5 mm。查找原因是由于電磁閥內部閥芯卡阻，造成電磁鐵內鐵芯無法吸合到位，產生較大電流，燒損電磁鐵。用煤油重新清洗電磁閥內部零件，組裝、更換新的電磁鐵后，故障排除。

7.要求橫臂前后微動時仍是快速移動

橫臂前后移動要求微動，操作箱上扳把開關已經打到微動位置，但實際操作時橫臂還是快速移動，鉆床無法正常運轉。檢查電氣控制回路，發現控制線路中一個微動開關（帶常開、常閉點）不能自動復位，已經損壞。造成線路中73#-75#兩點短接，致使橫臂前后移動無微動故障，更換故障微動開關后正常。