FOOKE加工中心電主軸的常見故障及對策分析

耿海洋

摘 要：FOOKE加工中心是高速動(dòng)車組生產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備，其運(yùn)行狀態(tài)直接影響動(dòng)車組的生產(chǎn)，由于國內(nèi)使用加工中心的部門對其故障均處于探索階段，沒有現(xiàn)成的故障分析手段。文章針對高速動(dòng)車組生產(chǎn)車間加工中心電主軸常見故障，根據(jù)電主軸的結(jié)構(gòu)，結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況，對電主軸常見故障形成的原因進(jìn)行了分析，并提出了電主軸常見故障的分析程序以及解決電主軸常見故障的對策。

關(guān)鍵詞：FOOKE；電主軸；常見故障；分析；對策

中圖分類號(hào)：TH133 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2016）29-0083-03

1 概 述

唐車公司現(xiàn)有大小FOOKE加工中心20余臺(tái)，主要承擔(dān)著350 km高速動(dòng)車組鋁合金車體的加工任務(wù)。是350公里高速動(dòng)車組生產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備，是車體生產(chǎn)的物質(zhì)保證。電主軸是加工中心上的核心部件，電主軸的好壞直接影響著加工中心的工作狀態(tài)，隨著加工中心超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)以及使用年限的增長，電主軸故障明顯增多。電主軸故障的多少、處理故障的周期長短直接制約著350公里動(dòng)車組鋁合金車體的生產(chǎn)。輕則延緩生產(chǎn)周期，重則會(huì)加工出不合格產(chǎn)品，給公司帶來不可估量的損失。

2 FOOKE加工中心電主軸的結(jié)構(gòu)

FOOKE加工中心所采用電主軸是“高頻主軸”（High Frequency Spindle）的簡稱，有時(shí)也稱作“直接傳動(dòng)主軸”（Direct Drive Spindle），是內(nèi)裝式電機(jī)主軸單元。它把機(jī)床主傳動(dòng)鏈的長度縮短為零，實(shí)現(xiàn)了機(jī)床的“零傳動(dòng)”。 其主要特征是將電機(jī)內(nèi)置于主軸內(nèi)部直接驅(qū)動(dòng)主軸，實(shí)現(xiàn)電機(jī)、主軸一體化的功能。是省略齒輪傳動(dòng)、變速裝置（如皮帶、聯(lián)軸節(jié)）等中間傳動(dòng)件的直接驅(qū)動(dòng)方式。通俗的說法就是：將主軸電機(jī)和機(jī)械主軸做在一起，工作時(shí)內(nèi)部一般有循環(huán)油或是循環(huán)水冷卻，油霧潤滑。

FOOKE加工中心所用電主軸由無外殼電機(jī)、主軸、軸承、主軸單元?dú)んw、驅(qū)動(dòng)模塊和冷卻裝置等組成。電機(jī)的轉(zhuǎn)子采用壓配方法與主軸做成一體，主軸則由前后軸承支承。電機(jī)的定子通過冷卻套安裝于主軸單元的殼體中。主軸的變速由主軸驅(qū)動(dòng)模塊控制， 而主軸單元內(nèi)的溫升由冷卻裝置限制。在主軸的后端裝有測速、測角位移傳感器，前端的內(nèi)錐孔和端面用于安裝刀具。如圖1所示。

高速精密軸承是電主軸的核心支承部件；轉(zhuǎn)軸是電主軸的主要回轉(zhuǎn)體，轉(zhuǎn)軸主要功能是將電機(jī)產(chǎn)生的扭矩傳送到刀具；高速電主軸的定子由具有高磁導(dǎo)率的優(yōu)質(zhì)矽鋼片疊壓而成，疊壓成型的定子內(nèi)腔帶有沖制嵌線槽；轉(zhuǎn)子是由鐵心、鼠籠、轉(zhuǎn)軸三部分組成，是中頻電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)部分，它的功能是將定子的電磁場能量轉(zhuǎn)換成機(jī)械能；軸殼是電主軸的主要部件。軸殼用來安裝固定轉(zhuǎn)軸、軸承、定子和轉(zhuǎn)子等部件，軸殼中開有很多冷卻管路用來冷卻軸承和電機(jī)。

3 FOOKE加工中心電主軸常見故障分析及對策

3.1 電主軸換刀時(shí)主軸無刀報(bào)警

FOOKE加工中心在換刀過程中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)主軸無刀報(bào)警，換刀動(dòng)作無法完成，加工中心無法繼續(xù)加工。

3.1.1 電主軸換刀時(shí)主軸無刀故障分析

①主軸拉刀機(jī)構(gòu)拉力不夠，不能夾緊刀具；

②主軸刀具到位PLC信號(hào)沒到位，檢測無刀；

③加工中心加工過程中震動(dòng)大，造成拉釘緊固螺栓松動(dòng)。

3.1.2 電主軸換刀時(shí)主軸無刀故障處理對策：

①將壓力檢測工具加緊在電主軸上，檢測拉刀機(jī)構(gòu)拉力，若拉力小于41 kN，就需要調(diào)整拉釘長度。增大拉刀機(jī)構(gòu)拉力。將拉釘緊固螺栓松開，使拉釘伸出長度在12.8～13.2 mm之間，再用拉力檢測工具檢測拉力。拉力大于41 kN，故障消除。

②電主軸刀具夾緊放松PLC電氣圖，如圖2所示。根據(jù)圖2，檢查PLC狀態(tài)，E39.3刀具夾緊，E39.5刀具放松狀態(tài)是否正確。若狀態(tài)不正確，檢查傳感器，檢查PLC接線是否有問題，根據(jù)檢查結(jié)果逐一進(jìn)行排除。

若PLC狀態(tài)正確，報(bào)警依然存在，還是無法執(zhí)行換刀動(dòng)作，則進(jìn)入系統(tǒng)界面，查看電壓檢測參數(shù)：14514。

14514 WZ-INI： ohne WZ [V] （7.40） 7.4 tight not tool

14514 WZ-INI： mit WZ [V] （5.95） 5.95 tight with tool

14514 WZ-INI： WZ geloest [V] （1.10） 1.10 tool relaxed

電主軸裝夾刀具電壓電氣圖，如圖3所示。根據(jù)圖3，看電主軸有刀夾緊、無刀夾緊、放松電壓是否在正常范圍內(nèi)，如不在，進(jìn)行參數(shù)修改，解決此故障。

對電主軸拉刀機(jī)構(gòu)進(jìn)行檢查，看拉釘緊固螺栓是否松動(dòng)，若松動(dòng)，按照拉釘需要的長度，緊固拉釘螺栓。為防止加工過程中振動(dòng)過大造成拉釘緊固螺栓松動(dòng)，加工時(shí)應(yīng)減小加工吃刀量，減緩進(jìn)給速度，要合理的運(yùn)用刀具以及應(yīng)用合適的切削參數(shù)。

3.2 電主軸強(qiáng)力切削時(shí)停轉(zhuǎn)（俗稱悶車）

加工中心在加工工件過程中，若進(jìn)給過大，吃刀量大，倍率100%加工時(shí)，會(huì)出現(xiàn)電主軸停轉(zhuǎn)故障。電主軸猛地停住，刀具卡在工件上。加工無法繼續(xù)。

3.2.1 電主軸強(qiáng)力切削時(shí)停轉(zhuǎn)故障分析

①主軸電動(dòng)機(jī)與主軸連接的傳動(dòng)帶過松，造成主軸傳動(dòng)轉(zhuǎn)矩過小，強(qiáng)力切削時(shí)主軸轉(zhuǎn)矩不足，產(chǎn)生報(bào)警，數(shù)控機(jī)床自動(dòng)停機(jī)。

②主軸電動(dòng)機(jī)與主軸連接的傳動(dòng)帶表面有油，造成主軸傳動(dòng)時(shí)傳動(dòng)帶打滑，強(qiáng)力切削時(shí)主軸轉(zhuǎn)矩不足，產(chǎn)生報(bào)警，數(shù)控機(jī)床自動(dòng)停機(jī)。

③主軸電動(dòng)機(jī)與主軸連接的傳動(dòng)帶使用過久而失效，造成主軸電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩?zé)o法傳動(dòng)，強(qiáng)力切削時(shí)主軸轉(zhuǎn)矩不足，產(chǎn)生報(bào)警，數(shù)控機(jī)床自動(dòng)停機(jī)。

④主軸傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中的離合器、聯(lián)軸器連接、調(diào)整過松或磨損，造成主軸電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩傳動(dòng)誤差過大，強(qiáng)力切削時(shí)主軸振動(dòng)強(qiáng)烈。產(chǎn)生報(bào)警，數(shù)控機(jī)床自動(dòng)停機(jī)。

3.2.2 電主軸強(qiáng)力切削時(shí)停轉(zhuǎn)故障處理對策

①手動(dòng)檢查主軸電動(dòng)機(jī)與主軸連接的傳動(dòng)帶張緊度，若過松，通過重新調(diào)整主軸傳動(dòng)帶的張緊力，加以排除。

②手動(dòng)檢查主軸電動(dòng)機(jī)與主軸連接的傳動(dòng)帶表面是否有油污或者臟物，造成主軸傳動(dòng)時(shí)打滑，若有，則用汽油或酒精清洗后擦干凈來排除故障。

③觀測傳送帶是否有效，是否可以繼續(xù)工作，若有異常。則更換新的主軸傳動(dòng)帶。

④需要采用專業(yè)的儀器，測量連接距離，觀察磨損情況。然后根據(jù)測量或者觀察結(jié)果，通過調(diào)整、更換離合器或聯(lián)軸器來解決此故障。

4 結(jié) 語

電主軸是加工中心的核心部件，電主軸的好壞直接影響著加工中心能否正常工作。是加工中心可靠性的重要保障。尤其近幾年，公司產(chǎn)品多元化，生產(chǎn)異常緊張。加工中心都是長期超負(fù)荷工作，這就對加工中心電主軸的可靠性提出了更高的要求。

在數(shù)控中心廣大數(shù)控工程技術(shù)人員的努力下，通過對電主軸的常見故障分析、并對常見故障的處理提出了一套切實(shí)可行的辦法。確保了在維護(hù)之余能快速、有效地分析判斷故障、及時(shí)有效地處理故障。提高了電主軸的可靠性、縮短了加工中心停機(jī)時(shí)間。為動(dòng)車組的生產(chǎn)保駕護(hù)航！

參考文獻(xiàn)：

[1] 孔祥志，李長英，王家興，等.內(nèi)裝式電主軸冷卻方式的探討[J].機(jī)械工程 師，2011（1）：30-31.

[2] 劉偉.臥式加工中心主軸系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D].大連：大連理工大學(xué)，2009.

[3] 張建，毛勛才，孔令芝，等.加工中心主軸定向故障檢修[J].新技術(shù)新工 藝，2008（3）：49-54.

[4] 張寧，雍文章.加工中心主軸定向故障分析與排除[J].設(shè)備管理與維修， 2013（10）：21-26.

[5] 胡文祥.一種加工中心主軸松刀卸荷機(jī)構(gòu)[J].制造技術(shù)與機(jī)床，2006（6）： 38-42.