帶機械臂的HAAS 加工中心換刀故障診斷與維修

孫進軍

（連云港杰瑞自動化有限公司，江蘇連云港 222006）

0 引言

某單位使用的進口加工中心設備皆為美國HAAS 公司設計生產，設備的操作系統和設計理念與國產設備存在不少差異，機床廠家提供的與機床維修相關資料也很少，缺少電氣電路說明書和機械資料。機床經過長時間使用或經常進行重載加工，設備可能出現各種狀況，即使小故障也需聯系或等待廠家維修人員到現場解決，不僅浪費大量的寶貴生產時間，還需承擔高額的維修費用。有時因廠家維護人員忙等諸多因素，設備甚至出現幾個月無法使用的現象。針對上述情況，以帶有機械手臂HAAS 立式加工中心換刀故障為例，總結相關診斷思路和排除方法，為機床相關人員提供維修指導和參考。

1 HASS 機床換刀

要解決HAAS 機床換刀故障，首先要熟悉和牢記正常的換刀動作流程：主軸向上抬起回到換刀零點，刀庫盤同時將要更換刀具旋轉到位，刀套向下翻轉到豎直狀態，機械手臂旋轉180°，同時卡住兩端刀具，主軸微向上抬起，主軸內卡簧在氣壓作用下松刀，機械手臂向下運動同時拔下主軸和刀庫刀套端的刀具，手臂繼續旋轉180°，并向上運動至換刀零點，主軸落下緊刀，機械手臂反向回轉180°，刀套在氣缸作用下收回。換刀動作完成。

當HAAS 加工中心執行換刀指令后，機床主板會調用固化在存儲器中的換刀宏程序，通過數據線將控制信號傳遞到機床的I/O 板，該電路板執行機床大部分的輔助指令，在機床換刀時的作用很重要（表1）。以下介紹HAAS 機床換刀故障維修實例。

表1 I/O 板上與換刀相關的常用控制信號

2 刀具甩（掉）出

換刀時刀具從機械手臂卡爪甩（掉）出，此時機床可能出現的報警號：113#～115#。

2.1 故障現象

換刀手臂在換刀轉動的過程中經常甩（掉）刀，甩（掉）刀多發生轉動過程中，而不是在主軸正拔刀或在向裝刀套裝刀時。

2.2 診斷分析

此類故障一般是由于換刀機械手臂上的鎖緊銷銹死或手臂內的彈簧斷裂，導致手臂端部的卡爪夾不緊刀具，致使刀具在手臂轉動過程中由于慣性甩（掉）出。

2.3 維修

先按下述流程操作：①按機床操作面板上的紅色復位鍵，然后按“TOOL CHANGER RESTOR”鍵；②根據機床屏幕上出現的提示，一直按“Y”鍵，直到出現按鍵選擇頁面的提示后，利用操作面板上的“ATC FWD”和“ATC REV”鍵，使換刀手臂轉動到方便的位置；③用手按壓手臂上的鎖緊銷，看動作是否靈活，若按壓很費力，表明鎖緊銷銹死，需拆下清洗；④若鎖緊銷沒有問題，需將手臂平面上的蓋板拆開，檢查手臂內的彈簧有無問題，手臂彈簧在手臂兩端垂直和水平方向上各有2 個，一個是推動手臂卡爪處的鎖緊塊的，另一個是推動手臂上的鎖緊銷的；⑤若彈簧沒有斷裂，則需清洗彈簧，并清除安裝槽內雜物。通過上述的方法，此類故障即可解決。

3 換刀主軸定向失效

換刀主軸端部定向鍵角度不對、無法定向或定向位置容易跑偏，可能出現的報警號：116#。

3.1 故障現象

（1）在自動換刀之前，主軸必須轉動到固定方位，固定其端部的定位鍵朝向。但是在出現上述報警后主軸不轉動，或主軸一直慢速轉動停不下來，直至出現報警。

（2）主軸定向的位置每次都會發生少許變動。

3.2 診斷分析

（1）自動換刀指令發出并執行后，主軸不執行定向動作，可以確定是編碼器的同步齒形帶斷裂。對于主軸一直慢速旋轉，找不到定位方向的情況，多為主軸端或編碼器電機端的齒輪磨損嚴重。

（2）對于主軸定位方向總是會發生輕微偏移的現象，一般為編碼器的螺釘固定不緊。

3.3 維修

針對上述故障現象（1）的解決方法是先將主軸外罩拆下，檢查編碼器處的連接情況及齒輪的狀況。

針對故障現象（2）的解決方法是面向主軸時，拆下右手邊側面中間的觀察窗端蓋，使用專業的加長內六角扳手，將編碼器安裝座上螺釘固定緊，然后按下述流程操作：按操作面板急停鍵，按“PARAM DGNOS”鍵，進入參數診斷界面，輸入數字“257”，按向下光標鍵，調整257#參數值后，按“WRITE ENTER”鍵，松開急停按鈕，按復位鍵。按照2.3 所述操作流程，將手臂位置一端調整到最接近主軸下方位置，觀察主軸上的定位鍵與手臂卡刀處定位槽的偏差，然后反復執行故障現象（2）的操作流程，直至自動換刀時，換刀手臂與主軸定位鍵無明顯的撞擊聲音為止。

4 機械手臂轉動不到位

換刀時機械手臂轉動不到位，可能出現的報警號：628#。

4.1 故障現象

在執行換刀指令時，手臂時常停留在不正確的位置，機床出現報警。

4.2 診斷分析與維修

（1）排除機床氣壓影響，如輕微漏氣或機床進氣壓力調整略低。

（2）觀察機床凸輪箱中的潤滑油有無凍住或潤滑油位是否偏低，將機床刀庫側面帶有數字盤的蓋板拆下，維修人員面對刀庫盤，可以看到刀庫盤輻條后有3 個光電式感應開關，在這些開關的附近有1 個凸輪箱潤滑油位的觀察窗口（圖1）。在天氣特別寒冷的環境中，潤滑油可能會有凍住的現象，從而影響換刀手臂動作。排除油凍住情況后，觀察油位是否偏低，若偏低需添加美孚634#油。

圖1 凸輪箱油位觀察窗口及手臂位置感應開關接口

（3）排除上述原因后，可拆開換刀手臂凸輪箱外罩，檢查各控制信號插頭有無松動或線路有無老化破皮等（圖2）。使用多用表測量發現信號不對時，需循線路找到機床后部電氣柜中的I/O 板的相應插頭確認，也可更換同型號機床的I/O 板后再試機。

圖2 凸輪箱頂部信號控制插頭

（4）排除前3 種情況后，換刀手臂仍不能按正常位置轉動到位的話，可檢查圖1 所示油位觀察窗口旁邊的3 個光電式感應開關，這3 個開關是用來檢測換刀手臂是否轉動到指定特殊位置的。開關的更換可能需要專用扳手，更換后測試新開關旋進凸輪箱的程度，確認感應效果最靈敏有效。裝好開關后，在開關的外周涂上專用密封膠防止凸輪箱從開關處滲油。

（5）最后可能是機床凸輪箱的蝸輪蝸桿有磨損，這時候就只能拆下整個凸輪箱，對其內部零件進行專業研磨。

5 刀庫盤轉動受阻

換刀時刀庫盤轉動很慢或不轉動情況，可能出現的報警號：627#或628#。

5.1 故障現象

當機床自動換刀，刀庫盤旋轉慢且無力，或轉動1、2個刀套位后不動。

5.2 診斷分析與維修

（1）控制刀庫盤的電機損壞，需拆開換刀凸輪箱外罩，找到刀庫盤電機，用多用表檢查電機線圈繞組有無斷、短路情況（圖3）。

圖3 刀庫盤電機

（2）刀盤電機下端的電機碳刷臟或有油污滲入，打開碳刷蓋，清理干凈，做好防油污措施。

（3）刀盤電機上方同步齒輪皮帶張緊力不夠、皮帶即將斷裂，可更換新皮帶。

（4）刀盤電機與刀盤鑄件間的方形開槽內有一大的黑色凸輪機構，其長時間使用，凸輪面有磨損，可通過緊固螺栓微調其位置和高度。

（5）圖2 右邊的I/O 控制信號插頭油污嚴重或插接不良，需逐一檢查。

上述所有原因排查后，如果仍無結果，可對調或更換同型號的I/O 電路板。

6 與換刀相關的機床參數說明和設置調整方法

在維修機床換刀或其他相關故障時，經常涉及到設置調整部分機床參數（表2）。

表2 機床維修與換刀相關參數

7 總結

在解決加工中心換刀故障前，不能盲目操作，應仔細分析，判斷好機床出現的狀況是屬于機械、電氣、操作、系統軟件哪一種情況。然后結合機床正常的動作流程，分析出可能的原因，繼而確定需檢測的故障部位，糾正不正確的操作，修改相關系統參數等。

解決HAAS 機床換刀故障時，所有人員都應遵從下列事項：①在必須修改機床某些參數才能解決故障時，要先行記錄，如拍照、錄像、筆錄等，以便于恢復；②拆裝機床各部件時使用專門的收納盒，分類收集，記錄拆裝順序，裝配前對零部件使用專業的清洗劑去污；③在檢修機床各電氣元件時，如驅動器、變頻器等，確認是否需要采取防靜電措施、是否需要斷電、是否已經斷電、是否放電完畢、是否需備份系統參數，拔插接頭時記錄位置，動作輕微防止損壞插針等，恢復安裝前清掃元器件，安裝后檢查接地情況；④焊接線路時，檢查有無虛焊、漏焊，鉸接線路時避免出現尖端放電。