數控機床液（yè）壓鬆拉刀機（jī）構故障處理-數（shù）控機床（chuáng）市場（chǎng）網

您現（xiàn）在的位置：車床網> 加工與維修> 數控機床液壓鬆（sōng）拉刀（dāo）機構故障處理

數控機床液壓鬆（sōng）拉刀機構故障處理

2023-12-21 來源（yuán）：昌（chāng）河飛機工業（集團）有限責任公司作者（zhě）：錢（qián）飛，劉駿，胡輝

［摘要］隨著機床自動化程度越來越高，越來越多的（de）采用自動換刀裝置。主軸鬆拉刀機構是實現刀具在主軸上自動（dòng）鬆開、夾緊的（de）核（hé）心部件，其控製複（fù）雜、使用頻率高，因（yīn）此主（zhǔ）軸鬆拉刀機構（gòu）故障（zhàng）是數（shù）控設備常（cháng）見的故（gù）障之一，主軸鬆拉（lā）刀動作主要涉及電氣控製、液壓（yā）回路（lù）、機（jī）械傳動等方麵，任何環節出（chū）現問題，主軸鬆拉刀動作都無法正常運行，數控設（shè）備無法準確執行換刀（dāo）動（dòng）作 [1]。文章根（gēn）據日常對數控設備的維（wéi）護（hù）保養（yǎng）經驗，從（cóng）鬆拉刀機構工作原理及典型維修案（àn）例入手，針對液壓控製方式主（zhǔ）軸鬆拉刀（dāo）機構使用過程中出（chū）現的問題進行分析，總結數控機床主軸液壓鬆拉刀係統典型故障的分析與處理方法（fǎ）。

［關鍵詞］數控機（jī）床；液（yè）壓控製；主軸係統；鬆拉刀機構

0、引言

數控機床是高精度自動（dòng）化設備，其中主軸鬆拉刀機構是機床的核心部件。機床主軸換刀過程中需要鬆拉刀機構實現刀（dāo）具的鬆開和夾緊，同樣，在切削加工時，為（wéi）防止刀具脫開更（gèng）需要鬆拉刀（dāo）機構進行刀具的夾（jiá）緊。主軸鬆拉刀機構一般采用氣動或液壓控製方式，液壓控製方式結構複雜，故（gù）障率高，維修難度大。因此，文章針（zhēn）對液壓控製方式（shì）的主軸鬆拉刀係統結構展開分析，總結典型故障的處理方法，為（wéi）此類鬆拉刀（dāo）機構日常保障（zhàng）和故障處理提供可靠的途（tú）徑方法，有效提升數控設備（bèi）運行（háng）過程中的（de）安（ān）全性及可（kě）靠性（xìng），縮（suō）短設備故障停機時間。

1、數控機床主軸（zhóu）鬆拉刀結（jié）構分析（xī）

要（yào）準確判斷分析主軸鬆拉刀機構出現故障（zhàng）的原因，首先要對此套機構結構原理及（jí）鬆（sōng）拉刀（dāo）的執行動作過程有一個（gè）深入了（le）解。液（yè）壓控製的主軸鬆拉刀機構，主要特點是配備了一套液壓係（xì）統，通過液壓驅動（dòng）完成刀（dāo）具的鬆開和夾（jiá）緊等動作，機械結構主（zhǔ）要由前端拉爪、頂杆、碟簧等部件組成，如圖1所示。

圖1 鬆拉刀（dāo）機構示意圖

具（jù）體動作執行過程：鬆拉刀機構（gòu）液壓係統泄（xiè）壓（yā），碟簧（huáng）伸張並產生彈力，在碟簧彈力的作用下，將頂杆向後推，並（bìng）在頂杆後移動的同時，拉爪撐開卡爪並卡住刀柄（bǐng）卡（kǎ）槽，此時將刀柄拉緊（其中拉緊力由碟簧產生），以此實現刀具的夾緊，可有效防止加（jiā）工過（guò）程中突然斷電致使（shǐ）刀（dāo）柄脫落。液壓係統執行端為一單作用活塞缸，該（gāi）活塞缸活塞與頂杆後端相接，鬆拉刀機構（gòu）刀具放鬆時，油缸上腔進油，油缸靠近頂（dǐng）杆一側油腔接入回油，通過液壓係統施加壓力，油缸（gāng）活塞將頂杆向前推，碟簧被壓縮，拉杆（gǎn）頂出，拉爪收縮，刀柄此時鬆開（kāi）。其中，主軸鬆拉刀機構為判定（dìng）其執行動作是否到位，會在活塞杆上下移動的極限（xiàn）位置布置感應開關，用來檢測刀具拉緊和（hé）鬆開狀態 [2]。

2、主軸鬆拉刀故障典型案例介紹

2.1 案例1

故障現象：一台五坐標立式加工中心，該設備在加（jiā）工過程中，出現主軸無法鬆刀故障現象。

該主軸鬆拉刀（dāo）機構通過液壓控（kòng）製，屬於常見的液壓鬆拉刀結構：通過對該主軸液壓鬆拉刀結構進行分析，發現主軸（zhóu）在換（huàn）刀過程（chéng）中，由於鬆拉刀機構長時間頻繁動作，鬆（sōng）拉（lā）刀機構的拉爪（zhǎo）、拉杆、彈簧以及（jí）液壓控製係統（tǒng）（含液壓管路、電磁閥、活塞油缸、液壓泵等）出現磨損、劣化，從（cóng）而（ér）造成液壓鬆拉刀機（jī）構出現無法鬆刀的故障。可能（néng）原（yuán）因有（yǒu）：①液壓油泵壓力不夠。②液壓閥、管路堵塞。③液壓缸（gāng）存在泄漏引起（qǐ）鬆（sōng）刀液壓壓力不穩定。④刀（dāo）爪有（yǒu）異物導致刀（dāo）爪無法完全鬆到位，導致卡刀。⑤刀（dāo）爪伸出尺寸超出範圍。⑥碟簧存在缺陷，導致偶（ǒu）發鬆刀（dāo）過程中，碟簧伸張不（bú）完全，引起刀爪伸長值及（jí）拉力值（zhí）發生變化（huà）。為進一步確認故障產生的原因（yīn），采用以下方法進行（háng）逐一分析和排除。

（1）第一步。分析液壓控製部分（fèn）：無法正常（cháng）鬆拉刀可能是後（hòu）端活（huó）塞缸壓力不足，導致活塞無法運動引起的。通（tōng）過打開主軸防護（hù）罩（zhào），檢查液壓管路、液壓控（kòng）製（zhì）閥以及液（yè）壓缸本體是否存在泄漏情況。發現液壓管路沒（méi）有破損、彎折，油缸無泄漏，基本排除（chú）因油（yóu）液外漏造（zào）成壓力（lì）不穩的原因。

（2）第二（èr）步。檢查油（yóu）液壓力：測試（shì）送拉（lā）刀動作，發現主軸鬆刀狀態中，液壓油泵輸出壓力12MPa（主軸標準鬆刀壓力 14MPa），略小於標準值，初步（bù）懷疑是液（yè）壓（yā）閥阻塞所引起主軸鬆刀壓力過低。於是將液壓閥進行拆卸清洗，清除閥組內部異物。重新安裝後，主軸送拉刀壓力為14MPa，但仍然無動作，基本排除是鬆拉刀機構液壓係統造成（chéng）的問題。

（3）第三步。①檢查拉刀機構機械結構，檢查主軸拉爪，對主軸拉爪內（nèi）異物進行清理，防（fáng）止鬆拉刀出現（xiàn）卡滯。②檢查測量（liàng）刀爪伸長值和拉力值發現，刀爪伸（shēn）長值為（wéi）10.8mm，超出刀爪（zhǎo）伸長值標準（zhǔn）範圍10.5±0.1mm。因此對刀爪進行調整（zhěng），調整後測量（liàng）刀爪（zhǎo）伸長值 10.6mm，拉刀力值（zhí）為25.4kN（範圍22 ～ 34kN），均符合要求，如（rú）圖2所示。

圖2 拉刀力測試

通（tōng）過對上（shàng）述機械結構進（jìn）行調整後，對主軸拉爪機構進行檢查試運行，經過多次換刀（dāo）測試（shì），主軸鬆拉刀正常，數控係統未出現報（bào）警（jǐng）現象，故障排除，設備（bèi）恢（huī）複正常（cháng）。

2.2 案例2

故障現象：一台橋式龍門（mén）五坐標加（jiā）工中心在加工過程中，其主軸裝置無法正常鬆拉刀，無法完成換刀動作，設（shè）備無（wú）法正常加工（gōng）使（shǐ）用（yòng）。

該橋式龍門五坐標加工中（zhōng）心機床配置的是電主（zhǔ）軸，其鬆拉刀裝置采用液壓方式驅動、碟簧拉緊的控（kòng）製方式，但與一般鬆拉刀結（jié）構（gòu）不同的是（shì）其采用了氣液增壓、蓄能器儲備壓力的控製方式，正常情況下（xià）由氣液增壓泵將（jiāng）壓力增加到需求壓力，同時壓縮蓄能器進行壓力儲備（bèi）。當（dāng）鬆刀時（shí），蓄能（néng）器中壓力輸出，通過控製（zhì）電磁閥開啟（qǐ），油液作用於主軸鬆刀油缸，將拉杆向前推，撐開拉爪，產（chǎn）生鬆刀動（dòng）作。

當拉刀時，電磁閥關閉。而氣液增壓泵形成獨立的（de）控製（zhì）係統，用於保持蓄能器壓（yā）力穩定，當（dāng）壓力低於額定壓力（lì）時，增壓泵工作（zuò）將壓力補充到額定（dìng）壓力。氣液增壓泵工作（zuò）原（yuán）理類似於壓力增壓器，通過壓縮空氣對橫截麵積（jī）較大的活塞施加（jiā）一個很（hěn）低的壓（yā）力，當此壓力（lì）作用於另一個小麵積活塞上時，會產生（shēng）一個高壓。通過一個二位五通氣動換向閥換向工作，增壓泵能夠（gòu）實現連續運行。由（yóu）單向閥控製的高壓柱塞不斷的將（jiāng）液體單向排出，增壓泵的出口壓力大小與壓縮空氣驅動壓力有關。當驅動（dòng）部分和輸出液（yè）體部分之間的壓力達到平衡時，增壓泵會停止運行。當輸（shū）出壓力（lì）下（xià）降或壓縮空（kōng）氣驅動壓力增加時，增壓泵會自動啟（qǐ）動運行，直到再次達到壓力平衡後自動停止，同時（shí）采用單氣控非平衡氣體（tǐ）分配閥來實現泵的自動（dòng）往複運動。

氣液增壓缸運行過程中（zhōng）分為3個行程階段，如圖3所示。

（1）預壓行程階段。P4進氣 P1排（pái）氣，增壓缸前軸下（xià）降，預壓完畢。

（2）增壓行程階段。P3進氣 P2排氣增（zēng）壓缸活塞下降，進行增壓。

（3）回程階段。P1/P2 進氣，增壓缸活塞前軸回（huí）位，此刻動作完成。

圖3 氣液增壓缸動作原理圖（tú）

氣液增壓缸則是將一油壓缸與增壓器作（zuò）一體式結合（hé）的（de）機構，使用壓縮空氣作為動力源，利用增壓器（qì）內部（bù）活塞（sāi）；兩端大小不同截麵麵積輸出（chū）不同壓力，其基本遵循帕斯（sī）卡能（néng）量守衡原理，因為壓力不（bú）變（biàn），當受壓麵積由大變小時，則壓強也會變化，從而達到將氣壓提高數十（shí）倍的效果。

針對（duì）設備本次出現（xiàn）無法正常鬆拉刀的故障，通過對液壓控製係統進行檢查，發現增壓泵無法產生（shēng）壓力。將增壓泵進行拆卸分解，對部件逐一檢測、排查，發（fā）現主要原因是 P2 與 P3 腔體之間（jiān）密封（fēng）件出現磨損，導致增壓過程中，在（zài） P3送（sòng）入壓縮空（kōng）氣後，氣體出現（xiàn）泄漏，大部（bù）分壓力從 P2口泄壓，無法（fǎ）推動 D1活（huó）塞運動，導致最終無法進（jìn）行增壓。由於增壓過程沒有完成，壓力達不到係統所設定壓力，無法推動換向閥（fá）換向，不能進入下一個動作，增壓（yā）缸一直處於停止等待（dài）狀態，導致回路（lù）無法建立係統（tǒng）壓力。針對此情況（kuàng），將 D1活塞的密封圈進行優化改進，根據腔體尺寸將密封（fēng）圈作增厚處理，保證其能承受更大的壓力。對安裝改進（jìn）後的活塞密（mì）封進行泵的安裝測試（shì），經檢查並進行多次換刀測試，氣液增壓泵正常工作，液壓壓力（lì）表上顯示的液壓壓（yā）力值符合鬆拉刀（dāo）額定壓（yā）力要求，且壓力能長時間保持不變化（huà），同時電氣壓力（lì）檢測觸（chù）點可以達到高電平輸出信號，說明液（yè）壓係統壓力達（dá）到正常範圍之內，且經（jīng）過多（duō）次換刀試驗，設備均能（néng）工作（zuò）正常，說明該故障已完全排除，設備恢複正常。

3、結束語

數控機床主軸鬆拉刀機構屬於機床的關鍵部件，其可靠和穩定程度直接影響機床的加工（gōng）效率及零件的加工品質，但油液控製的鬆拉刀機構具（jù）有複雜程度高、故障率（lǜ）高、可維（wéi）修性差的特點，為機床的日常（cháng）維護帶來了一定的困（kùn）難。對於設備維護人員來說，需要（yào）熟悉其工作原理（lǐ），同時需加強設備的（de）日常保養，尤其是主軸鬆拉刀機構等核心部件保養工作，防（fáng）止核心部件非正常磨損、劣化，維持核心部件的（de）良好狀態，延長使用壽命（mìng），保證核（hé）心部件的性能指標。

投稿箱：
如果您有機床行業、企業相關新聞稿件發表，或進行資訊合作，歡迎聯係本（běn）網編（biān）輯（jí）部，郵箱：skjcsc@vip.sina.com

更多相關信息

名企推薦

業界視點

| 更多

行業數據

| 更多

博文選萃

| 更多