SAJO 加工中心液壓原理及故障檢修

黃智勇，劉志紅，劉志勇

（中國航發貴州黎陽航空發動機有限公司，貴州貴陽 550000）

0 引言

SAJO10000 加工中心為瑞典薩耀公司生產的5軸聯動加工中心，機床的精度及自動化程度高，機床尺寸大，各軸的行程：X=1600 mm；Y=1500 mm；Z=1750 mm；A=0～110°；B=0～360°工作臺尺寸1000×1000 mm，該設備使用方便，適應范圍廣。

1 SAJO10000 加工中心液壓系統的原理分析

SAJO10000 加工中心機床的故障率較高，特別是液壓系統。就液壓系統的工作原理作簡要論述說明。SAJO10000 加工中心的主液壓原理如圖1 所示。機床的液壓系統由以下5 個部分組成：①動力部分；②機床自動換刀控制部分；③主軸平衡控制部分；④軸制動控制；⑤主軸刀具松刀控制。

1.1 動力部分

由油箱、過濾器、液壓泵等組成。在油箱的上部裝有溫度及液位傳感器（ST1、SL2），用以監測油位及溫度。油液經液壓泵加壓輸出，圖中在泵的左邊有一電磁閥YV5B，用來切換泵的高、低壓工作狀態。以達到系統對油壓的不同要求。在泵的主出口油路上裝有主過濾器，并配有壓力繼電器SP1，用以監測油濾器的狀態。當過濾器太臟、堵塞時油壓升高，左側的單向閥被打開，通過單向閥為系統補油。同時SP1 被觸發，系統出現過濾器太臟需清洗或更換的報警。

1.2 機床自動換刀控制部分

機床自動換刀部分包括1 個伺服軸和在軸上的機械臂和機械爪。這部分的控制包括：機械爪的松開及夾緊、機械臂的旋轉、機械臂的伸縮、機械臂的上下運動。現簡要說明各控制功能的組成及特點。

（1）機械爪的松開及夾緊。由二位四通電磁閥YV54、YV55 及油缸組成。系統油液經8.5 MPa 溢流減壓控制后通過單向閥進入電磁閥，通過對電磁閥YV54、YV55 的控制來實現機械爪的松開及夾緊。

圖1 SAJO10000 加工中心主液壓原理

（2）機械臂的旋轉。由三位四通電磁閥YV52、YV53，整體式旋轉油缸，二位二通電磁閥YV66，及一個節流閥組成。壓力油首先進入三位四通電磁閥YV52、YV53，通過電磁閥YV52、YV53 的切換控制機械臂的正反向旋轉。在回油支路中串入二位二通電磁閥YV66 和節流閥的并聯回路，此設計可通過二位二通電磁閥YV66 的通斷和節流閥的作用來達到改變機械臂旋轉速度的目的。另外，三位四通電磁閥YV52、YV53 中位的封閉狀態可保持機械臂在旋轉中意外停機時，保持原位不變的狀態。以免開機時意外的旋轉，造成事故。

（3）機械臂的伸縮。由三位四通電磁閥YV56、YV57 及油缸組成。由于機械臂的伸縮是水平方向的運動，沒有其他外力影響，因此這部分的三位四通電磁閥YV56、YV57 的中位為油缸的左右腔與油箱相通。

（4）機械臂的上下運動。由三位四通電磁閥YV50、YV51，上下油缸，回油路的單向閥及溢流閥組成。機械臂的上下運動是在垂直方向，重力對他的運動產生影響。因此在回油路中設置了用于特殊控制的單向閥和溢流閥。當機械臂由下向上運動時，油液通過三位四通電磁閥的右位再通過單向閥進入油缸的右腔使機械臂向上運動。向下運動時油液從油缸的左邊進入的同時也進入到溢流閥，觸發溢流閥打開，將并聯的單向閥旁路掉，使油缸右腔的油帶阻力的通過溢流閥回油箱，從而能夠控制機械手下降速度。當運動中意外停機時，由于溢流閥的觸發油壓消失，溢流關斷。機械臂不會自由下落。

1.3 主軸平衡控制部分

由于這臺機床的主軸箱重達數噸，必須在垂直運動的Y 方向上設有平衡裝置。液壓平衡部分的線路在圖1 中的右下方，由供油開關、單向閥、壓力繼電器、10 MPa 溢流閥、2 個大平衡油缸、儲能罐S、壓力表和節流開關組成。壓力油由供油開關進入，經單向閥到壓力繼電器及限壓溢流閥后對儲能罐加壓，達到要求的壓力后推動兩平衡油缸，實現主軸的平衡狀態。儲能罐的一個重要作用是在機床停機狀態下，仍可保持該支路的油壓，保持主軸箱一直處于平衡狀態。此回路的單向閥作用是外油路只能補壓，內油路對外封閉。

1.4 A 軸制動控制

機床的A 軸是控制主軸箱的上下擺動，是一個可以聯動的伺服軸。對于此軸在剛性和制動力的大小有較高的要求。A 軸的液壓制動線路在圖中的上部。他由兩個單向閥、增壓缸、兩個電磁閥YV6 和YV7、溢流閥、儲能罐S1、手動換向閥、節流閥及制動油缸組成。工作過程：油液經右邊的單向閥進入增壓缸的左側，增壓后的油液通過兩個電磁閥YV6 和YV7 進入制動缸的左側，推動活塞右移，實現制動。當A 軸旋轉時電磁閥YV6 失電，制動油缸左側油路連通油箱，泄壓解除制動。當機床關機時，為保持A 軸不致在重力作用下搭頭而造成碰傷零件或損壞刀具，在線路中設計了停機保壓回路。當機床停機時，YV7 失電，閥的右位油路接通，在左邊的由單向閥構成的封閉回路中（圖中的節流閥處在關閉狀態），油壓靠儲能罐來保持，從而達到A 軸停電保持制動狀態。

1.5 主軸刀具松刀控制

加工中心的主軸刀具的拉緊方式同一般加工中心相同，采用蝶形彈簧，力量大，比較穩定，占空間小。他的松刀是靠松刀油缸克服蝶形彈簧力來實現，因此油缸的推力大。液壓系統的油壓比較大。機床液壓泵的高壓狀態就是為他而設計。由于油缸及管路工作于高壓狀態，對油缸和管路及油溫都有比較高的要求。因此這部分易出問題。

2 使用中典型故障的修理

機床的液壓部分在使用中的故障率較高，因液壓線路相對較復雜，排故難度也較大。就該機床在實際生產中出現的故障和排故經過舉例如下。

2.1 主軸換刀出現的卡刀故障

故障現象：機床在運行程序自動換刀時當機械爪將新刀插入到主軸的裝刀孔時出現碰撞聲，刀具無法插入，出現報警。有時甚至出現刀具從機械爪上掉下來的情況。此故障多出現在下午，或氣溫較高時。

處理過程：首先對油壓進行仔細的監測，發現在換刀中油壓有明顯的下降，對各管路及接頭進行排查，沒有發現有漏油現象。但出現故障時油溫偏高達到40 ℃（機床正常時油溫25 ℃）。對比同類型機床，發現油冷機偏小，重新改裝加大油冷機。改裝后稍有效果，但不明顯。隨后進一步查找原因，再仔細的對比同類型的其他機床，最后查明此機床的油壓的高低壓切換在出廠時設置錯誤，設置反了，他的低壓最高值剛好處在高壓正常工作的下臨界點之上。起初機床在新機的狀態下，各方面都正常，反映不出來。隨著機床多年的使用，磨損增加，到最后出現故障。將機床的高低壓切換反置后，機床工作正常。

2.2 主軸換刀出現無法執行故障

故障現象：機床在運行程序自動換刀時刀具不能從主軸上拔出，程序停止，報警。

處理過程：經過檢查，換刀中沒有松刀信號，油壓等其他狀態都正常。最后查明換刀油缸損壞，更換后正常。

2.3 A 軸出現的停機搭頭故障

故障現象：A 軸在關機后搭頭，造成碰傷零件或損壞刀具。

處理過程：通過對液壓線路分析后認為一定是他的停機保壓回路出現了泄漏。在停機保壓回路中，涉及到的元件有制動缸、電磁閥、儲能罐、手動換向閥、溢流閥、節流閥、及單向閥和管路等。在上述諸多的影響元件中首先對管路及各個接頭進行排查，經過檢查沒有發現有滲、漏油的地方。緊接著對相對較易磨損的制動缸進行拆卸檢查，特別對重點懷疑的油缸密封圈仔細的作了檢查，沒有發現問題。最后對認為不可能出故障的5 m高的機床上部的各元件的狀況進行手動切換檢查，當扳動節流閥的手柄時，發現手柄并沒有關死，還能向閉死位置擰動半圈多。最后將此節流閥閉死后，A 軸掉頭故障消失。此故障的出現是由于最初節流閥沒有完全關閉，當初沒有泄漏，經多年使用逐漸產生泄漏造成。