摘（zhāi） 要：分析判斷生產過程中遇到的機床主軸和 A 軸故障，詳細敘述故障發生後的報警（jǐng）內容、故障現象（xiàng）及處理的方法，特別（bié）強調了在（zài）參數（shù）調整、元件更（gèng）換和元件裝配過程中的注意（yì）事項。
 
     關鍵詞：加工中心；主軸；變速箱；故障處理 

     
     0 前言
   
     晉西機器工業集團有限責任（rèn）公（gōng）司先後引進了 2 台美國VF5 立式加工中（zhōng）心，該機（jī）床配（pèi）置哈斯數（shù）控係統（tǒng），X，Y，Z，A 軸（zhóu）具備 4 軸聯動功能，可（kě）完成銑削、鑽孔（kǒng）、倒角、剛性攻絲等加工（gōng）任務，其（qí）立式圓盤刀庫可安裝 30 把各種刀具，並（bìng）帶有雷尼紹測量係統，能進行自動換刀、自動對刀。設備使用多年來其中一些故障具有一定的代表性，有必要對這些故障進行分析、整理和總（zǒng）結。
 
     1 、主軸（zhóu）故（gù）障
 
    1.1 主軸定位故障
 
    該故障主要表（biǎo）現為機床在經過長時間（jiān）運行或主軸被碰撞之後，當執行主軸（zhóu）定位功能 M19 時主軸定（dìng）位角度偏移，導致在自動換刀過程中機械手（shǒu）抓取主軸刀具（jù）時出現抓不緊刀具而掉刀的現象（xiàng），此故障一般沒有報警。
 
    在檢查修理過程中，剛開始可（kě）以試著調整主軸定位角度，通過修改參數 257 來實（shí）現。參數 257 SPINDL ORIENT OFSET 的意（yì）思是主軸定位偏置值。如果（guǒ）修（xiū）改（gǎi）之後主軸定位（wèi）準確（què）、穩定且換刀正常，那麽說明是由（yóu）於長時（shí）間加工出現的偶爾偏移（yí）。如果換幾次（cì）刀（dāo）以後主軸定位角度又發生偏移，則需要檢查主軸位置（zhì）編碼（mǎ）器是（shì）否損壞、連接主軸和編碼器的皮帶是否打滑、編碼器輪有（yǒu）無磨損、定位鍵是否緊固。實踐過程中（zhōng）遇到的情況是編碼器齒形皮（pí）帶已經磨損接近平麵，編碼器輪（鋁合金材料）上牙（yá）型齒磨損成為光麵，這種情況下就需要更（gèng）換新的編碼（mǎ）器（qì）輪和皮帶了。打開（kāi）主軸下麵小護罩（zhào），或打開主軸側麵護（hù）罩即可進行（háng）更換（huàn），換完（wán）之後需要再次調整參數 257，通過增（zēng）大或減小其值使主軸定位後換刀機械手轉過來能夠正好抓（zhuā）住刀具，即（jí）機械手的圓弧（hú）部（bù）位定位塊正好嵌入到刀具的凹處，且兩邊的間距相等，數值約 3 mm，如果不等則需要再次（cì）調整參數使之正好相等為好。
 
    以（yǐ）前曾遇到這樣一（yī）次故障，主軸定位（wèi）角度（dù）偏移影響換刀，檢查之後磨（mó）損情況如上所述，於是維修人員就（jiù）更換（huàn）了（le）編碼（mǎ）器輪和皮帶，操作人員調整了 257 參數，然後試驗主軸定位，結果第一次定位準確，第二（èr）次就偏了，第三次又準確，但第四次就又偏（piān）了，連續多次均是這樣。這種現象以（yǐ）前還未曾出現過，查找原因：編碼器和編（biān）碼（mǎ）器（qì）輪安裝緊固，皮帶鬆緊度也合適，皮（pí）帶另一端主電機下方鋼輪亦無明顯磨損痕跡，連接主軸電機與主軸的齒（chǐ）形皮帶也未見磨損，傳動正常。編程在 MDA 方式下執（zhí）行主軸轉動程序 S1000M03，麵板上反饋主軸轉速為 1027 r/min； 執 行S1500M03，反饋轉速為1038 r/min；執行 S2000M03，反饋轉速為2050 r/min。從這個現象看，速度設定值和（hé）實際轉（zhuǎn）速相差太大，正（zhèng）常範圍一般相差 1 r/min，即設定速度為（wéi） 1000 r/min 時，反饋轉速多為（wéi） 999 r/min 或 1001 r/min。現在設（shè）定（dìng）速度為 1500 r/min 時，反饋轉（zhuǎn）速多為 1499 r/min，因此懷（huái）疑是否有人誤操作修（xiū）改了參數。查看與編碼器相關的 5 個參數 79，182，186，187，239，其中 79SPINDLE STEPS/REV 為 3900，即主軸每轉步數為 3900，查原始數據應為 4000，於是將（jiāng） 79 號參數修改為（wéi） 4000 後再試驗運行S1000M03，主（zhǔ）軸轉速顯示為 999 r/min；試驗運行 S1500M03，主軸轉速（sù）為 1499 r/min，主軸轉速（sù）恢複正常。再試驗 M19 定位功能，每次定位（wèi）都（dōu）很準確沒有偏移，調好參數 257 後試著執行換刀（dāo），每次主軸（zhóu）刀具很順利地交換到刀庫，刀庫（kù）刀具安裝到主軸上時聲音綿軟，無異（yì）常碰撞聲，使用一段時間以來主軸定位準確未再發生這（zhè）類故障（zhàng）。
 
    1.2 換刀點高度變化故障（zhàng）
 
    換刀點高度，實際（jì）上是機床 Z 軸的一個坐（zuò）標值（zhí）。當機床遇到意外碰撞或修改某些參數後（hòu），有時會導致（zhì）機床主軸出現下移或上（shàng）移的現象，表現為換刀困（kùn）難或加工的產（chǎn）品尺寸發生變化。實際生產中曾遇到（dào）主軸下移約 3 mm，導致某件產（chǎn）品在加（jiā）工過（guò）程中銑削量（liàng）過大而報廢。在這種情況（kuàng）下就需要調整主（zhǔ）軸換刀點參數64 Z TOOL CHANGE OFFSET，即 Z 軸（zhóu）換刀偏置值。查（chá） 33 號參數，Z RATIO 為 138 718，這個意思就是說 1 mm 的調整量為（1/25.4）×138 718=5461.3，3 mm 就需要（yào）調整 3×（1/25.4）×138718=16 384，即將 64 號參數中的值減去 16 384，原先為 155000，修改後為 138 616。完成後先不能急著換刀，可（kě）用下麵這個方法（fǎ）檢驗參數調整的正確性：即在主軸上手（shǒu）動安裝一把刀，執行主軸定位，將（jiāng） Z 軸手動操作移動到（dào）換刀點高度（參照 Z 軸坐標係的值；或執行自動（dòng）換刀，當 Z 軸到達換（huàn）刀點時馬上壓下急停，然後旋起急停開關並複（fù）位），然後將換刀機械手旋轉到（dào）主（zhǔ）軸（zhóu）附近靠近刀（dāo）具，觀察機械（xiè）手是（shì）否與刀具環形槽吻合 （誤差應＜0.5mm），若吻合即說明參數（shù）調整正確，如有偏差（chà）還（hái）需要繼續用上（shàng）述（shù）方法調整（zhěng）參數，直到完全吻（wěn）合時才可以執行自動換（huàn）刀，否則會使機械手與刀具發生碰撞、擠壓導致機械手（shǒu）或刀具損壞。
 
    1.3 主軸變速箱油壓故障
   
    該加工中心主軸速度分為高速擋和低速擋 2 個擋位，由 M功能控製主軸電機下方的變速箱（xiāng）來實（shí）現換擋。變速箱內加有一部分潤滑油（yóu），裏麵的油經過循環起（qǐ）冷卻主軸並潤滑變速箱（xiāng）的作用。多年來變速箱出現過 2 次（cì）故障，報警都為 179 Low Pres－sure Transmission Oil，意思是變速箱油壓低。第一次故障時，打開主軸外側護罩檢查油壓管路、油泵、油位，查管路無破裂，油泵電機也能夠轉動，油位正常，但報警無法消除，說明壓力（lì）偏小或沒有壓力。進一步檢查，電機雖（suī）然轉動但油泵未（wèi）工作，拆下（xià）泵體將油泵和電機分解開來，仔細查看（kàn）發現是聯軸器磨損嚴重（chóng）造成打滑，這個聯軸器材質為硬質塑料（liào）直徑為 20 mm 不易加工，於是更換一套新的油泵備件，故障（zhàng）排（pái）除。
 
    第二次故（gù）障報警時（shí）檢查（chá）管路（lù）正常無（wú）漏油，油泵和電機均能轉（zhuǎn）動，打開油泵（bèng）看也未發現什麽異常，但報（bào）警就是無法消除，檢查壓力繼電器也正常，聯軸器未見損（sǔn）壞。油泵是個齒輪（lún）泵，懷疑是齒輪泵內部故障，更換一套新油泵後報警消除，設備恢複正常。
 
    1.4 主軸頭下（xià）滑故障
 
    主軸頭下滑（huá）故障，即（jí）在機床壓下急（jí）停開關或斷電後主軸整體自動往下滑動 100～200 mm，給設備及人身帶來（lái）一定的安全隱患。檢（jiǎn）查過程中（zhōng），控製主軸頭移動的 Z 軸電（diàn）機抱閘正常，Z 軸絲杠、導軌潤滑（huá）良好未見異常。在排除了（le）不是上述原因後，初步判斷是給主軸起配重（chóng）作用的液壓平衡油缸或（huò）氮氣（qì）缸出現問題。這種現象以前也出現過，主要原（yuán）因是主軸後麵與液壓平（píng）衡油缸連通的氮氣缸長時（shí）間使用慢慢漏氣導致氮氣壓力下降造成（chéng）的。
 
    按常規處理辦法（fǎ）就是先往氮氣缸內充氮氣，使其壓力達到廠家規定的 75.9 kg/cm（2 1100 Psi）。於是找到壓力較高的氮氣瓶往機（jī）床後部氮氣缸內充氣，但這次充氣後隻使用了 2 d，就又出現了下滑情況，繼續充氮氣仍然有（yǒu）下降現（xiàn）象。進一步檢查（chá），發現液壓平衡油缸外麵滲出很多油，這在以前是沒有出現過的（de），原來氮氣壓力不能保持（chí）就（jiù）是因（yīn）為這（zhè）兒漏油所致。於是一方麵聯係經（jīng）銷商購買新（xīn）的平衡油缸，一方麵（miàn）每天給氮氣缸內充氮氣維持生產。幾天後新液壓平衡油缸到貨（huò），於是加緊拆裝進（jìn）行更換，拆卸和安裝並不複雜，需要注意的（de）是拆之前要卸了主軸刀具，將工作台開到機（jī）床中央，緩（huǎn）慢下降主（zhǔ）軸，使（shǐ）主軸輕輕接觸住工作台上的（de）結實支撐物上（shàng）支（zhī），防止主（zhǔ）軸下滑受到碰撞，然後關（guān）機（jī）進行修理。更換好後往液壓平衡油缸內加（jiā）油（yóu）時可用平衡缸自有的活塞將液壓油DTE25# 吸進去（qù） 5 L 左右，連接好液壓（yā）缸與氮氣缸，然後用（yòng）設（shè）備專用充氣管往氮氣缸內充氣使壓力達（dá）到 75.9 kg/cm2（1100Psi），之後開機試車，先執（zhí）行 Z 軸回零，取走支撐物，再執行其它軸回零（líng），然後壓下急停開（kāi）關主軸頭不再下滑，說（shuō）明更換起到了效果，解決了設備故障，保證了人身及設備安全。
 
     1.5 主軸刀具夾緊故障
 
     在生產過程中，操作人員反映說機床加工質量下降，表現（xiàn）為刀紋變粗（cū），光潔度、平麵度出現不（bú）同程度下降，使用新刀具亦是如此。停機檢查，在主軸上安裝試棒，用百分表（biǎo）打主軸端部跳動為 0.02 mm；打（dǎ） 300 mm 處跳動約 0.04 mm；當用手來回扳動試（shì）棒時跳動達到（dào） 0.08 mm，這（zhè）個數據（jù）說明刀具夾緊存（cún）在問題。
 
     刀具夾緊、鬆開功能由鬆拉刀氣（qì）缸和蝶形彈（dàn）簧配合執行，鬆刀時由氣缸壓下主軸內的蝶形彈簧使拉（lā）杆上鋼珠縮回刀具鬆開，拉刀時氣缸抬起蝶（dié）形彈（dàn）簧帶動（dòng）拉杆拉緊刀具。拉杆（gǎn）上蝶形（xíng）彈（dàn）簧一般為 96 片左右（對於 VF5），按（àn）規律正反組裝而成，這些蝶形（xíng）彈簧使用多年後會疲（pí）勞斷裂或失去彈性，一旦斷裂數（shù）量多了或彈性下降就會影響到拉緊刀具，造成主（zhǔ）軸刀具（jù）鬆（sōng）動，輕則影（yǐng）響加工質量重則損壞（huài）主軸（zhóu）錐孔，在這種情況下就必須要更換蝶形彈（dàn）簧（huáng）了。從主軸內拆下拉杆，購買和原蝶形彈簧性能接近（jìn）、尺寸完全相同的備件，安裝時要注意彈簧的正反，嚴格按照原來的規律組裝否則會影響到拉杆行程與拉緊力。更換好以後再用試棒打（dǎ）百分表，端部（bù）跳動0.01 mm，300 mm 處跳動約（yuē）為（wéi） 0.02 mm，即便用手扳動試棒跳（tiào）動仍為 0.02 mm，試加工產品刀紋變細（xì）尺寸穩定滿（mǎn）足了產品工藝要求。
 
     2 、A 軸故障
 
    A 軸是機床第四軸，能實現分度及旋轉功能，由電磁閥控製氣缸實現抱（bào）閘的鬆開與夾緊，2001 年（nián）出廠機床驅動電機為直流電機，2006 年驅動電機改為交流伺服電機。
 
    2.1 A 軸電機故障
 
    在加工過程中，機床報警：111 A Servo overload A 軸伺服（fú）過載。直流電機過載（zǎi）能力較差，且有 4 個（gè）碳刷長期使用會磨損，當檢（jiǎn）修（xiū）不及時或長期 3 班倒超負荷生產，極易造成 A 軸電機的損壞。損壞情況包括內部測量回路損壞、碳刷磨損、絕緣子異常或繞組損壞。碳刷磨損可以及時更換，繞組（zǔ）損壞可以重新繞製，但測量回路和絕緣子故障時因結構複雜一般采（cǎi）用更（gèng）換電機的方法，截止目前已更換過幾次（cì）這個直流電機了，所（suǒ）以要求平時做好備件儲備，以備急需。而交流電機性能相對穩定，故障率很低，基本屬於免維護部件（jiàn）。
 
     2.2 A 軸電纜故（gù）障
 
     在自動運行中出（chū）現報（bào）警：106 A Servo error too large A軸伺服誤（wù）差過大；185 A Cable Fault A 軸電纜故障。報警後自動停車，在檢查過程中（zhōng），發現 A 軸不能回零，機床也不能正常工作。打開 A 軸側麵驅動電機箱體，發現內（nèi）部進了好多冷卻液，電機外表也濕乎乎的。將電機（jī）拆下清理幹淨並烘幹後檢查，電機絕緣狀況良好，繞組電阻值正常，碳刷也在正常磨損範圍。再進一（yī）步查（chá）電機電纜，發現該電纜插頭有碳化現象，而正因為插頭碳化，導致 A 軸電機工作電流過大而（ér）報警，更換新電纜後（hòu）故障消除。另外 A 軸電纜線無金屬軟管防護，懸空置於機床加工室內，長期加工時切削產生的碎屑和冷卻液很容易對電纜形成破壞，多次對（duì）破損地方包紮處理，也試過用金屬軟管防（fáng）護延長其壽命，但幾年下來仍需要更換新電纜。
 
     2.3 電（diàn）磁氣閥故障
 
     電磁氣閥控製 A 軸抱閘，當 A 軸要進行旋轉（zhuǎn）或分度（dù）時，抱（bào）閘鬆開，旋轉或分度結束（shù）後抱閘夾緊。某次（cì）自動加工過程中出現報（bào）警：106 A servo error too large A 軸伺服誤差過大；138 Amotor over heat A 軸電機過熱。
 
     例行（háng）檢查，發現 A 軸不能轉動（dòng），一給轉動指令就出現 106報警，打開 A 軸側麵箱體，電機略有溫度（dù）其餘無異常。檢查氣閥，用（yòng）小（xiǎo）螺絲刀頂住閥芯，然後執行 A 軸轉（zhuǎn）動，A 軸可以正常旋（xuán）轉，鬆開手 A 軸停止且馬（mǎ）上就又（yòu）有報警出現。於是判斷應（yīng）該（gāi）是電磁氣（qì）閥（fá）損壞影響到抱閘的鬆開，進一步測量是線圈燒壞。於是更（gèng）換（huàn）一個（gè）新電磁氣閥後故障消除，機床恢複正常。
 
     2.4 A 軸回零磁性開關故障
  
     機床開機後回零時 A 軸（zhóu）可以轉動但找不（bú）到零點，報警：168A Zero Ret Margin Too Small A 軸回零返回幅度太（tài）小。正常執行回零動作 A 軸轉動在一圈之內，現在轉動超過720°仍然找不到零點，在診斷頁麵中查看離散輸入信號（hào），Ahome switch 信號在 720°轉動過程中沒（méi）有由 1 變為 0，說明（míng） A軸回零開關損壞。聯係經銷商采購回磁性（xìng）開（kāi）關，該（gāi）開關嵌（qiàn）入安裝到 A 軸側麵箱（xiāng）體內，安裝時要（yào）注（zhù）意其深度，防（fáng）止安裝過深轉動時損壞開關。可以在診斷頁麵觀察輸入信號的變化，裝好後試驗回零，一次成功。
 
     3 、結束語
 
     主軸和 A 軸（zhóu）是機（jī）床的兩個旋轉（zhuǎn）軸，這幾年來故（gù）障相（xiàng）對（duì）比X，Y，Z 幾何軸要多，這就要求維修人員平日注意觀察設備狀況，熟（shú）悉設備運行規律（lǜ），掌握設備結構（gòu）原理，並做好日常易（yì）損件的備（bèi）件儲備（bèi），這樣遇到故障就能及時找到（dào）原因並加（jiā）以排除，保證設（shè）備的正常運（yùn）轉。