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搖（yáo）籃（lán）式五坐標加工中心 C 軸轉台旋轉故障原因分（fèn）析與處理

2021-1-27 來源：昌河飛機工業（yè）( 集團) 有限責任公司作者：林超青

摘要: 針對 HS664ＲT，搖籃式（shì）五坐（zuò）標加工中心力矩電動（dòng）機（jī）驅動的 C 軸轉台故障，介紹了故障排查、處（chù）理方法和力矩電動機（jī）相位（wèi）角同步（bù）設置步驟。

關鍵詞（cí）: 力矩電動機; 相（xiàng）位角同步; 液壓抱閘裝置

1、 C 軸轉台存在的故障和問題

HS664ＲT 搖籃式五坐標加工中心在運行過程中經常發（fā）生（shēng） C 軸電動機過載過（guò）流報警，並伴有（yǒu）轉台抖動現象（xiàng）。同時該機床在開機上電過程，經常發生 A/C 液壓抱閘報警，機床無法上電（diàn），要反複多次才能上電。這種現象和（hé）故障持續一（yī）段時間後，C 軸轉台徹底無法轉動，五軸機床隻能當三軸機床使用。

2、 C 軸轉台無法轉動的原因分析

2．1 C 軸轉台的結構

HS664ＲT 搖籃（lán）式五坐標加工中（zhōng）心 C 軸轉台主要是由轉台本體( 框架) 、工作（zuò）台、軸承、液壓抱閘組件、力矩電動機( 定（dìng）子和（hé）轉子組成) 、圓光柵和冷卻水道幾大（dà）主要部件組成，主要部（bù）件如圖 1 所（suǒ）示。力矩電動機（jī）定子、液壓抱（bào）閘組件安裝在轉台本體上，力矩（jǔ）電動機轉子、工作台安裝在軸承（chéng）上，圓光柵安裝在工作台上，力矩電動（dòng）機轉（zhuǎn）子帶動工作台旋轉，圓光（guāng）柵測量旋轉角（jiǎo）度和速度。

圖1 C軸轉台

2．2 C 軸轉台無法轉動的可能原因

根據轉台的結構可以分析得到 C 軸轉台無（wú）法轉動可能的原因有如（rú）下幾（jǐ）個方麵:

( 1) 力矩電動機損壞（huài）。轉（zhuǎn）子和定子之（zhī）間有異物，導致轉子和定子間（jiān）隙不符（fú）合要求，定子線（xiàn）圈短（duǎn）路，電流增（zēng）大，電流超過額定（dìng）電流，致使伺服係統報警（jǐng），電動機無法旋轉，使得 C 軸轉台無法旋轉。

( 2) 圓光柵出現故障，導致工作台旋轉角度和旋轉速度測量不（bú）準確，從而導致機床工作台無法旋轉。

( 3) 轉台（tái）的自調心平麵軸承損壞，軸承無法旋轉，由於機械（xiè）卡死，將導致力矩（jǔ）電動機輸出扭矩超過規定值而出現電流、扭矩報警，機床工（gōng）作台無法旋轉。

( 4) 液壓抱閘組件變（biàn）形損壞。由於 C 軸轉（zhuǎn）台的鎖（suǒ）緊和鬆開采用液（yè）壓抱（bào）閘係統，液壓抱閘組件由磷青銅彈性變形圓（yuán）環和圓環塑料油（yóu）槽組成（chéng），工作台液壓鎖緊是往塑（sù）料油槽充油，油槽變形，推動磷青（qīng）銅彈性變形圓環變形，從而鎖緊工作台。轉台（tái）鬆開時，液壓油（yóu）泄（xiè）壓（yā），磷（lín）青銅彈性變形圓環和圓環塑料（liào）油槽恢複原狀，轉台就可（kě）以轉動了。如果磷（lín）青銅彈性（xìng）變形圓（yuán）環和圓環塑料油（yóu）槽（cáo）損壞，或彈性失效，導致磷青（qīng）銅彈性變（biàn）形圓環與工作台的間（jiān）隙過小，就會出現轉台轉動困難，力矩電動機（jī）出現（xiàn）電流過載，扭矩過大（dà）和旋轉過程抖動的情況。

( 5) 開機（jī）上電過程，經常發生 A /C 液壓抱閘報警，導致機（jī）床轉台無法轉（zhuǎn）動的可能原因一個是液壓抱閘組件或液壓管（guǎn）路有泄漏（lòu），導致鎖緊壓力達不到設定值，從而導（dǎo）致係統出現液壓鎖緊故障。另外可能的原因（yīn）是（shì）液壓控製係統出現故障，導致液壓（yā）係統無法正常工作，鎖（suǒ）緊壓力達（dá）不到設定值，出現故障，機床無法上電。

3、 C 軸轉台（tái）無法轉動可能（néng）原因的處理

3．1 電動機損壞可能原因

拆開轉台密封蓋，露出力矩電動機的轉子和定子，發現轉子和定子之間部分區域有明顯的鏽蝕現（xiàn）象，如圖 2 所示。冷凝水多，定子（zǐ）( 線圈) 有多處明顯短路燒焦如圖 3 所示，可以判斷力矩（jǔ）電動機已（yǐ）經（jīng）短路燒蝕損壞。冷凝水多的原因可能是冷卻水的溫度設定，使（shǐ）電動機內外（wài）溫差過大，因此在電（diàn）動機外部出現冷凝水。

圖2 電（diàn）動機鏽蝕

圖3 電（diàn）動機燒蝕

檢查電動機水冷控製係統，發現冷凝水的溫度設定在17 ℃ ，而室溫有 28 ℃ 左右，所以會出現冷凝（níng）水現象。把水冷溫度設定（dìng）在 24 ℃後，冷凝水現象消失。由（yóu）於力矩（jǔ）電動機短路燒（shāo）壞，所以要更換力矩電動機組（zǔ）件( 由定子和轉子組成（chéng），如（rú）圖 4) 。

圖4 力（lì）矩電動機（定（dìng）子（zǐ）和轉（zhuǎn）子）

更換力矩電動（dòng）機後進行試車（chē），發現 C 軸轉台還是無法旋轉。因此 C 軸轉台無（wú）法旋轉不止力矩電（diàn）動機損壞一個因素，還有其他原因。

3．2 C 軸圓光柵出現（xiàn）問題

如（rú）果 C 軸圓光柵出現問題（tí），C 軸旋轉速度（dù）和角（jiǎo）度（dù）測量不準確，也會導致 C 軸無法轉動。該機床采用的是海德（dé）漢圓光柵，所以可以（yǐ）使用 PWT18 海德（dé）漢光檢測儀對光柵進行測試。測試（shì）結果表明，圓（yuán）光柵信號正常，旋轉靈活，圓光柵故障的可能性排除。

3．3 轉台的自調心平麵軸承損壞

如果轉台的自調心平麵軸承損壞，軸承無法旋（xuán）轉或旋轉不靈活，那工作台的轉動也會出現轉動困難和抖動，導致（zhì）力矩電動機電流和扭矩增大超限，出現報警，甚至（zhì）燒壞電（diàn）動機。把電（diàn）動機和工作台拆除（chú）後，露出自調心平麵軸承（chéng）( 如（rú）圖 5) ，發現軸承外觀完好，旋轉靈

活。因此自調心（xīn）平麵軸承損壞的可能性可以排除。

圖5 自調（diào）心平麵軸承

3．4 液壓抱（bào）閘組件變形損壞

對於液壓（yā）抱閘組件變形損壞，導致工作（zuò）台無法（fǎ）旋轉的可能性，進行下麵的一些測試和檢查。把工作台和力矩電動機安裝完好，斷開電動機電纜和液壓管路，此時（shí）液壓抱閘組件沒有壓力，處於無（wú）變形自由狀態，根據 C 軸轉台的結構，此時轉台可以人為盤（pán）動（dòng）旋轉。結果（guǒ）發現，轉台（tái）無法（fǎ）人為盤動，甚至用撬杠也無（wú）法盤動轉台（tái）。由於力矩電（diàn）動機是（shì）新購（gòu）置（zhì）的，沒有問題（tí），所以出現問題可能是液壓抱閘組件變（biàn）形損壞。為驗證，把力（lì）矩電動機拆下，此時（shí）僅僅隻有工作台、自調（diào）心平（píng）麵軸承、液壓抱閘組件，再（zài）次人為盤（pán）動轉台，發現故（gù）障依舊（jiù）。所（suǒ）以可以確（què）認（rèn），轉台無法旋轉（zhuǎn）的另外一個原因是液壓抱閘組件損壞。拆下液壓組（zǔ）件，發現磷（lín）青銅彈性（xìng）變形圓環表麵有明（míng）顯的摩擦痕跡，因此可以確定磷青銅彈（dàn）性變形圓（yuán）環變形不正常。

圖6 磷青銅彈性變形圓（yuán）環（huán）

圖（tú）7 磷（lín）青銅彈性變形圓環加工

通過測量發現（xiàn），彈性變形（xíng）圓環( 圖 6) 變（biàn）形不夠，導致工作（zuò）台無（wú）法（fǎ）旋轉。因此可以對彈性（xìng）變形圓環進行（háng）加工( 圖 7) 保證足夠的變形餘量。加工完成後，把彈性變（biàn）形圓環、工作台安裝完成後進行測試，結果表明，工作台可以正常旋（xuán）轉，故障排除。

3．5 液壓管路有泄漏或控（kòng）製係統（tǒng）有問題

排除力矩電動機（jī）和液壓抱閘組件故障後裝機試車，發現工作台無法（fǎ）正常液壓鎖緊和鬆開。液壓鎖緊的壓力達不到要求，C 軸鎖緊（jǐn）設定值為 4 MPa，但是實（shí）際值隻有（yǒu） 2 MPa，給液壓係統保持壓力的蓄（xù）能器壓力也會（huì）降到2 MPa，正常值是 4 MPa。由於壓力達不到要求，可能的原因是液壓管路有泄（xiè）漏或控製係統（tǒng）有問題。

通過檢查液壓管路，沒有發現泄漏，液壓抱閘組件也沒有發（fā）現（xiàn）漏油現象（xiàng）。因此液（yè）壓係統泄漏的可能（néng）性可以排除。

對於控製係統（tǒng）問題（tí），在數控係統（tǒng）中（zhōng）強製給出 C 軸鎖緊信（xìn）號（hào），PLC 有信號輸出，但是壓（yā）力還是 20 MPa 沒有（yǒu）變化。通過檢查發現（xiàn）雖然 PLC 有信號輸出（chū），但是控製 C 軸鎖（suǒ）緊/鬆開的電磁閥（fá）沒有得電，電磁閥沒有切（qiē）換動作，人為（wéi）切換電磁閥閥芯位置，則液壓壓力就可以馬上達到 4 MPa。檢查（chá）電磁閥控製電纜和控製中間繼電器，發現控製（zhì）電磁閥（fá）動作的中間繼電器損壞，雖然PLC 有信（xìn）號輸出，但是中（zhōng）間繼電器沒（méi）動作，導（dǎo）致故障。更換中（zhōng）間繼電器後，C 軸能正常鎖緊/鬆開。

3．6 力矩電動機相位角同步設置

由於（yú） C 軸轉台采用的永磁體（tǐ）同步力矩電動機，新安（ān）裝的力矩（jǔ）電動機要進行相位（wèi）角同（tóng）步設置，使轉子永久磁場與定子的（de）電磁場同步。如（rú）果這個同步角度（dù）未測量或角度設定不對，將會（huì）導致（zhì）電動機輸出力矩變小，出現無法帶動負載和機床抖動等（děng）故障。

相位角同步調試的步驟一般有以下幾個步（bù）驟: 第一步按伺服驅動調試軟件的要求，設置相關參數和狀態，把力矩電動（dòng）機設（shè）置成相位角同步調試狀態，伺服驅（qū）動類型不同，則（zé）驅動調（diào）試（shì）軟件不同，參數（shù）和狀態設置要求也不同，力矩電（diàn）動機相位角同步設置要根據驅動類（lèi）型和調試軟（ruǎn）件的要求進行設置; 第二步，自動旋轉工作台或手動旋轉工作台，此時驅動係統會檢測到相位角偏（piān）差（chà）; 第三步，把（bǎ）驅動係統檢（jiǎn）測到的相位（wèi）角偏差值設置到相關參數中; 第四步，把力矩電動機從相位角同步調試（shì）狀態恢複成（chéng）正常工作狀態。圖 8 是伺服驅動調試軟件（jiàn）進行力矩電動機相位（wèi）角同（tóng）步設置的畫麵（miàn）。完成（chéng）力矩電動機相位角同步設置後，對機床進行測（cè）試，結果表明，故障排除，力矩電動機設（shè）置正常，機（jī）床能夠（gòu）正常運行。

圖8 力矩電動機相位角同步測量和設置

4 、結（jié）語

對於采用力矩（jǔ）電動機的轉台故障，進行故障排查（chá）時，要綜合機械，液壓和電氣等多種手段，才能取得比較好的效果。特（tè）別是更換力矩電動機還要進行同步設置，如果不進行（háng）相應參數和相位角同步（bù）設置，即使是新電動機也會出現（xiàn）輸出扭矩小，無法（fǎ）帶動負載和機床抖動等現象，機床（chuáng）無法（fǎ）正常運行。

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