1 序言

      加工中心主軸是機床最重要（yào）的機械部件之一，一（yī）般（bān）情況下，在機床所有（yǒu）的控製軸中，其消耗的功（gōng）率最大，在切削工件時承（chéng）受的負載較大（dà），相對來講，對主軸的各項精（jīng）度要求（qiú）也比（bǐ）較（jiào）高，且能夠輸出不同的轉速（每分鍾幾千轉甚（shèn）至一（yī）萬轉以上）和轉矩，以（yǐ）滿足不同加工工藝的要求。可見主軸能否正常運轉直接製約著機床的（de）整體運行（háng），有必要針對加工中心主（zhǔ）軸故障的診斷方法進行深入分析和探討。本文正是在這樣的背景下，並根據實際工作中的具體案例（lì）和經驗，在研究典型故障（zhàng）的基礎（chǔ）上，總結提煉出（chū）行之（zhī）有效的解決方案。

      2 加工中心主軸故障的特點

      加工中心一般指有刀庫和自（zì）動換刀係統的數控銑床。除了數控銑床主軸本身（shēn）的故障外，加工中心主軸故障還包括與換刀有關的（de）故障（換刀過程中有些步驟需要主軸參與），故障難度（dù）較（jiào）大，要求維修技術人員的知（zhī）識麵（miàn）廣，通常涉及到機械、電氣、液壓和氣動等專業知識，有時還要求（qiú）在維修主（zhǔ）軸時（shí）（或修好後）與刀庫、氣缸（或液壓（yā）缸）等部件聯合調試（shì）。大量的實際工作記錄表明（míng），加工中心主軸故障占（zhàn）機床總故障數（shù）的近一半，其（qí）中，與自動換刀相關的故障占比為60%～70%。

      3 加工中心（xīn）主軸典型故（gù）障（zhàng）診斷分析及解決方案

      3.1 加工中心主軸異響故（gù）障

      （1）故障（zhàng）現象 VMC750加工中心在加工工件時，主軸出現（xiàn）異響，負載較正（zhèng）常情況下有（yǒu）所增大（dà），加工的（de）工件表麵質量較差（chà）。

      （2）故障分析和解決方案 一般情況下，引發上述故障的原因可能是主（zhǔ）軸本身、主軸（zhóu）電（diàn）動機或主軸伺服（fú）模塊及相關電纜等，秉著“先機（jī）械後電氣、先簡單（dān）後複雜”的原則，采用機（jī）電分離法，將主軸與電動機脫開，手（shǒu）盤（pán）主軸旋轉能（néng）夠感覺到有“死（sǐ）點”存在（zài），再（zài）單獨試運（yùn）行主軸電動機（jī），電氣部分（fèn）基本正常。通過以上分析，基本可以把故障定位（wèi）在主軸軸（zhóu）承上。更換軸承後（hòu）重新裝好主軸，故障排除，機床恢複（fù）正常。

      需要注意：在拆解主軸、更換軸承時（shí），記錄好原裝軸承的裝配（pèi）形式，且主（zhǔ）軸軸承要成套更換（即使其中隻有一個軸承損壞，也要更換一套）。軸（zhóu）承預（yù）緊（jǐn）時，使用力矩扳手（shǒu）按要求進行預緊，切忌隨意調整，如果預緊力過大將導致負載（zǎi）增加，嚴重者直接損壞軸（zhóu）承或（huò）主軸；如果預緊力（lì）過小將不能消除軸承遊隙或軸承鬆（sōng）動（dòng），同（tóng）樣不能（néng）正常（cháng）運行。更（gèng）換軸承、主（zhǔ）軸裝配完成後，應（yīng）及時（shí）進行幾何精度檢測（檢測方法可參考JB/T 8771.2—1998《加工中心檢驗條（tiáo）件 第 2 部分：立式加工中心 幾何精度檢驗》），主要包括軸向（xiàng）竄動檢測（見圖1）、徑向圓跳動（dòng）檢測（見圖2）及主軸（zhóu）試運行（轉速從低到高分別測試），以上檢測都（dōu）正常後才能投入使用。

     圖1 軸向竄動檢測方法（fǎ）示意                       圖2 徑向圓（yuán）跳動檢測（cè）方法（fǎ）示意 

      該故障（zhàng）解決方案的切入點是“機電（diàn）分離法”的應用，即把複（fù）雜的問題簡單化，同時也排除了一些不確定的故障因素。該案例（lì）的重點是軸承更換及其注（zhù）意事項，並做好（hǎo）各項精度檢測，不可操之過急，以（yǐ）免功虧（kuī）一簣。

      3.2 加（jiā）工中心（xīn）主軸不轉故障  

      （1）故障（zhàng）現象（xiàng） 某龍門式加工中心在執行機械（xiè）手（shǒu）自動換刀時，由於主軸不轉而導（dǎo）致換刀失敗，且在MDI/AUTO狀（zhuàng）態下均不能正（zhèng）常旋轉（zhuǎn），也無任何報警或提示。

      （2）故障分析和解決方案（àn） 設備故障一般可分為硬件故（gù）障、軟故障（參數、PLC等方麵）或（huò）者（zhě）機械（xiè）、電氣故障。此設備主軸不轉的可（kě）能原因較多，首（shǒu）先進（jìn）行機床的數據備份恢複，故障依舊（jiù），基本排除了軟故（gù）障，硬件故障（zhàng）的可能性較大。然後去掉主軸使能，手轉主軸可以正常旋轉，無機械卡死等異（yì）常情況，加上使能後主軸（zhóu）停止。主軸和電動機脫開後，執行主軸正/反轉指令後，主軸電動機（jī）也不轉。從故障現象分析，考慮到該故障是在（zài）自動（dòng）換刀過程中（zhōng）出現的，換刀流程（見圖3）中任何一步沒有完成（有相（xiàng）應檢測信號），都會影響（xiǎng）到其他（tā）步驟，於是重點檢查了“主軸緊刀完成”這一步。現場（chǎng）排查（chá）後發現主軸鬆緊刀（dāo）的實際機械動作正常，主軸緊刀到（dào）位對應的傳感器信號輸入點是（shì）I35.5，利用PLC診斷功能，發現（xiàn）I35.5的狀態為0（正常為1），經進一步檢查發現該（gāi）傳感（gǎn）器（qì）電纜線斷裂，重新（xīn）接好後故障徹底（dǐ）排除，即主軸不旋轉的（de）根本原因（yīn）是緊刀到位信號異常。

圖3 自（zì）動換刀流程示意 

      另外，為了提高後續類似故障維修效率，增加報警功能，即當主軸鬆刀或緊刀到（dào）位後，在3s內PLC應接收到“到（dào）位”反（fǎn）饋信（xìn）號，否則將出現報警提示。排除此故障的關鍵是要（yào）考慮自動換（huàn）刀（dāo）流（liú）程，再結合流程圖分析後（hòu）準確定位故障點，這也是加工（gōng）中心主軸故（gù）障的特點，往往和換（huàn）刀係統有一定的“關聯”。在排除複（fù）雜故障時，要充分運用機床自帶（dài）的診斷功能，有條（tiáo）件的（de）還（hái）可利用計算機或輔助軟件等快速判斷（duàn）故障點，起到事（shì）半功倍（bèi）的作用，可大大提高故障（zhàng）診斷效（xiào）率。

      3.3 加工中心主軸定向異常（cháng）故障

      （1）故障現象 某立式加工中（zhōng）心采用串行主軸，在自動換刀時，主軸定向不準確，導致機械手無法正常抓取主軸上的刀具，甚至出現碰撞主軸。

      （2）故障分析和解決方（fāng）案（àn） 主（zhǔ）軸定向又稱（chēng）主軸準停，是要求主軸在360°範圍內，根據要求停止在某一固定點，是加工中心必備的功能之一，主軸定向的電氣原理如圖4所示（shì）。

圖4 主軸（zhóu）定向電氣原理（lǐ） 

      經觀察換刀動作，可明顯發（fā）現在執行自動換（huàn）刀機（jī）械手抓刀動作時，機械手上的鍵塊不能插入刀柄上的鍵（jiàn）槽中，即主軸的（de）定向角度不準確，這也是引（yǐn）發（fā）故障的根本原因。調試此類故障，工作中一般采用修（xiū）改參數（shù）法，該機床采用（yòng）FANUC 0iD數控係統，如果定向角度誤差很小，可通過修改參數4077（伺服（fú）主軸定向停止的位置偏移量）來微（wēi）調主軸定（dìng）向的角（jiǎo）度，使主軸上的鍵塊對齊機械手上（shàng）的鍵塊，現場調試情況如圖5所（suǒ）示；反之，如果定向角度誤差較（jiào）大，可按照以下步驟調試。

圖5 主軸定向現場調試 

      1）參數3117#1由0改（gǎi）為（wéi）1，把主軸位（wèi）置編碼器脈衝數作為主軸位置數據顯（xiǎn）示在（zài）診斷畫麵中的No.445中。

      2）參數4077設為0。

      3）執（zhí）行（háng）主軸定向指（zhǐ）令。

      4）檢查並確認診斷No.445顯示值為（wéi）0。

      5）取消主軸定向。

      6）手動旋轉主軸至所需位置，並記錄診斷No.445顯示值，再把此值填入（rù）到參數4077中（zhōng）。

      7）重複步驟3），檢驗主（zhǔ）軸定（dìng）向是否精確，確定是否再次進行調試。

      主軸定向問題不僅關乎著機床操作，還直接涉及到設（shè）備安全甚至人（rén）員安全，務必要求按照（zhào）一定（dìng）的速度準確進行定向。主軸定（dìng）向故障，除定向不準確外，還包括沒有定（dìng）向動作（zuò）（可檢（jiǎn）查地址信（xìn）號G70.6或者參數8135#4）、定向速度不合適（可檢查參數4038）以及主軸長時間（jiān）找不到定向位置（可檢查參數4002#3，2，1，0是否設置正（zhèng）確）等故障類（lèi）型，這就要求具體問題具體分析，在硬件（jiàn）完（wán）好的前提下，可參考數控係統的有關說（shuō）明書進行調試。

      4 結束語

      在對加工中（zhōng）心及主軸有一定認知的（de）基礎上，當主軸故障（zhàng）出現時，故障診斷的一般思路如下。

      1）結合故障現（xiàn）象或報警內容，充分詢問機床操作人員，注（zhù）重關鍵細節，可能某一細節就是故障診斷（duàn）的（de）突破口，為後續故障診斷做（zuò）好鋪（pù）墊。

      2）在以上基（jī）礎上，根據工作經（jīng）驗與主軸故障特點，大致判斷出故障類型和故障（zhàng）範圍，並適當運用一些典型的故障診斷方法（如機電分離法、PLC在線診斷法、比較法等）或（huò）借助相關軟件、數據（jù），基（jī）本定位故障點，排除故障。

      3）在有條件（jiàn）的情況（kuàng）下，設（shè）計並實施預防改（gǎi）進措施，大大降低同類故障複現的概率。

      4）定期總結、查閱維修經（jīng）驗（尤其（qí）是對於初（chū）學者，這一點至關重要），在此基礎上力爭做到舉一反三，不斷提高故障技術人員的綜合診斷能力。