立式加工中心典型故障的分析與排除

關進良

（首都航天機械有限公司，北京 100076）

0 引言

立式加工中心是指主軸為垂直狀態的加工中心，一般具有一個主軸和分別定義為X，Y，Z的3個直線軸，能完成銑削、鉆削、攻螺紋等多工序的加工，并且兼具易于裝夾、便于操作、性價比高等優點，廣泛應用在生產制造企業。但是，立式加工中心故障種類繁多且故障率較高，這直接影響加工效率。通過分析研究典型故障，給出排除故障的一般方法，減少停機時間，提高設備利用率。

1 典型故障維修實例

1.1 TH5660C立式加工中心異常掉電關機故障

（1）故障現象。TH5660C立式加工中心在自動加工過程中突然掉電關機，發現電氣柜內空開QF16跳閘，關機合上后重啟機床，故障復現。

（2）故障分析及排除方案。該故障伴隨有空開QF16跳閘，是明顯的故障信號，為排除空開本身故障，進行更換，故障依舊。查閱機床電氣圖（圖1）得知，該空開控制DC 24 V電源，下端接有各軸硬限位、機床啟停、電柜門解鎖3條支路，跳閘導致電路DC 24 V被切斷，進而引起“機床啟動”支路失電斷開，造成掉電關機故障。

開機后QF16瞬間跳閘一般是下口短路導致的，為判斷短路部位，如圖1中，先斷開后2條支路（不按下SB3，并打開電柜門），開機后故障依舊，基本可判斷短路故障存在于“硬限位”支路上。為了進一步縮小故障范圍，斷開139號線，使用萬用表歐姆擋測量140號線正常，測量942號線對地短路，故障定位在X軸硬限位開關SQ1上，打開機床防護罩檢查SQ1，發現內部進水（切削液）造成短路故障，更換開關后故障排除。

（3）后續分析和改進處理。經進一步對原故障限位開關檢查，發現其內部進水的根本原因是X軸防護罩損壞（密封條脫落），更換新的防護罩，徹底消除故障隱患。

（4）小結。①對于電源或電壓異常導致的各類故障，原因一般包括短路（DC 24 V等弱電最為常見）、電源內部硬件故障（如開關電源內部器件損壞）以及元件本身故障（如空開脫扣器損壞）。②對于電路較復雜的故障，如果不能直接診斷出故障原因所在，采用排除法，逐步縮小故障范圍，直到找出具體故障點。

圖1 機床電氣圖

1.2 VMC750立式加工中心工作臺抖動故障

（1）故障現象：VMC750立式加工中心在手動/自動移動Y軸過程中工作臺嚴重抖動，時而伴隨411裕報警（運動中誤差過大）。

（2）故障分析及解決方案：該機床采用FANUC18-M數控系統，所有軸均是半閉環控制，Y軸實物見圖2。根據維修記錄的統計，工作臺抖動故障原因大多出現在反饋環節、驅動環節以及外圍機械上，反映到具體部件則有可能是：①編碼器損壞；②光柵尺臟污或損壞；③反饋電纜斷線或損壞；④伺服放大器故障；⑤伺服電機故障；⑥機械方面故障（過載、間隙過大）。因采用半閉環控制，可排除光柵尺問題，秉著“先機械后電氣”的維修原則，先打Y軸反向間隙，結果是0.04 mm，在參數1851中補償后故障依舊，又更換伺服和反饋電纜，故障仍然沒有排除，最后采用“機電分離法”使絲杠和伺服電機脫開，單試電機出現同樣故障，斷電后手盤電機發現電機軸摩擦力過大，同時有“掃膛”的手感，基本判斷是電機故障，更換電機后故障排除。

（3）后續分析和改進處理：對原故障電機進一步分析和檢測，發現有切削液從電機軸前端進入電機內部，造成電機繞組燒壞、電機軸承銹蝕老化，從銹蝕程度觀察是長期浸水導致的。而造成切削液進入電機的主要原因有3個：①Y軸防護罩密封不良；②電機軸封損壞；③聯軸器防護槽內積水過多（圖3）。更換Y軸防護罩和軸封，并在聯軸器防護槽底面打一個小孔引流，以免再次積水。

圖2 Y軸實物圖

圖3 聯軸器防護槽

（4）小結。①發現機床有故障后應立即停止運行，切忌“因小失大”。②機床抖動、振動或爬行，故障原因比較復雜，排除故障難度大，應充分運用一些常見的維修方法（如機電分離法、互換法、對比法等），能節省不必要的排查時間，提高維修效率。

1.3 VMC850立式加工中心換刀故障

（1）故障現象。VMC850加工中心執行換刀指令T8 M06，主軸回到換刀位并準停，之后刀庫無動作，隨后出現1008裕報警，并提示“MAGAZINE FOR/BACK ALARM”。

（2）故障分析及解決方案。該機床采用FANUC18-M數控系統，配有能容納16把刀的斗笠式刀庫，刀庫的前后移動由氣缸驅動，旋轉運動由調速馬達驅動，采用無機械手固定換刀方式，正常換刀過程如下所述：當數控系統接收到T**M06指令后，①主軸回到換刀位并進行準停→②刀庫前進移動到主軸處→③主軸上的刀具進入刀庫卡槽→④主軸松刀→⑤主軸上移脫離刀庫→⑥刀庫旋轉至指令對應的刀位→⑦主軸下移至換刀位（使刀具進入主軸錐孔內）→⑧刀具夾緊后→⑨刀庫退回到原位。了解上述換刀步驟后，該故障主要定位在換刀的第②步，再結合報警信息和機床PMC梯形圖（見圖4）分析，圖中X1010.0，X1010.1分別對應刀庫換刀位和原始位的位置檢測開關，Y1002.0是刀庫右移動作對應的PMC輸出點。換刀時，Y1002.0接通，但氣缸沒有動作，10 s后R61.5接通，A1.0接通并引發1008裕報警，即PMC輸出正常，機械上不執行動作，說明故障出在中間環節（一般是繼電器、電磁閥等元件）。查電氣圖紙知，Y1002.0通過電磁閥來控制刀庫前后移動，檢測電磁閥發現閥芯卡住，更換后故障排除。

圖4 PMC梯形圖

（3）后續分析和改進處理：電磁閥閥芯卡住根本原因是，低壓氣源中含有過多的雜質和水，導致閥內臟污和生銹。說明機床自帶的低壓氣過濾裝置（氣動三聯件）不能滿足使用要求，通過在機床進氣口加裝“冷干機”，加強對低壓氣源的干燥和清潔，并定期清洗或更換濾芯，以免類似故障再次發生。

（4）小結。①換刀裝置是典型的機、電、氣（液）一體化系統，可利用PMC判斷出是電氣還是機械問題，化繁為簡，再各個擊破。②換刀動作較復雜，事先應了解換刀過程和換刀原理，盡量把故障縮小到某一步驟上，能起到事半功倍的效果。

2 結語

處理立式加工中心故障時，如何判斷故障點是關鍵，首先認真觀察故障現象，設法從原理上透過現象查出對應的具體原因，并在故障診斷過程中適當借助機床自診斷和PMC在線診斷等功能，同時需要經常總結排查故障的思路和典型方法，從而提高維修效率。

［1］宋松，李兵.FANUC 0i系列數控系統連接調試與維修診斷［M］.北京：化學工業出版社，2012.

［2］李素娟，朱海平.淺談立式加工中心換刀系統故障處理方法［J］.裝備制造技術，2016（10）：189-191.