數控機床液壓鬆（sōng）拉刀機構故障處理（lǐ）-特種加工機床網-數控機床市場網

您現在的位置：特種加工機床（chuáng）網> 加工與維修> 數控機床液壓鬆拉刀機構故障處（chù）理

數控機床液壓鬆（sōng）拉（lā）刀機構故障處理

2023-12-21 來源：昌（chāng）河飛機工業（集團（tuán））有限責任公司作者：錢飛，劉駿（jun4），胡輝

［摘（zhāi）要（yào）］隨（suí）著機床自動化程度越來（lái）越高，越來越多的采（cǎi）用自動（dòng）換刀裝置。主軸鬆拉刀機構是實現刀（dāo）具在主軸上自動鬆開、夾緊的核心部件，其控製複雜、使用頻（pín）率高（gāo），因此主軸鬆拉刀機構故障（zhàng）是數控設備常見的故障之一，主軸鬆拉刀動作主要涉及（jí）電氣控製、液壓回路、機械傳動等方麵，任何環節出現問題，主（zhǔ）軸鬆拉刀動作都無法正常運行，數控設備無（wú）法準確執行換刀動（dòng）作 [1]。文章根（gēn）據日（rì）常（cháng）對（duì）數控設備的維護保養經驗，從鬆拉刀機構工（gōng）作原理及典型維修案（àn）例入手，針對液壓控製方式主軸（zhóu）鬆拉刀機構使用過程中出現的問題（tí）進行分析（xī），總結數控機床主軸液壓鬆拉刀係統（tǒng）典型（xíng）故障的（de）分析與處理方法。

［關鍵詞］數控機床；液壓（yā）控製；主軸係統；鬆拉刀機構

0、引言

數控機床是高精度自動化設備，其中主軸鬆拉刀機構是機床的核心部件。機床主軸換刀過（guò）程中需要鬆拉刀機構實（shí）現（xiàn）刀具的鬆（sōng）開和夾緊，同樣，在切削加工時，為防（fáng）止刀具脫開更需要鬆拉刀機構進行刀具的夾（jiá）緊。主軸鬆拉刀機構一般采（cǎi）用氣動或液壓控製方式，液壓控製方式結構複雜，故障率高，維修難度大。因此，文章針對液壓控製方式的（de）主軸鬆拉刀（dāo）係統結構展開分析，總結典型故障的處理方（fāng）法，為此類鬆拉刀機構日常保障和故障處理提供可靠的途徑方法，有效提（tí）升數控設備運行過程中的安全性及可靠性，縮短設備故障停機時間。

1、數控機床主軸鬆拉刀結構分析

要準確判斷分析主軸鬆拉刀機構（gòu）出現故障的原因，首先要對（duì）此套機構結構原理及（jí）鬆拉刀的執行動（dòng）作過程有一個深入了解（jiě）。液壓控製的主軸（zhóu）鬆拉刀機構，主要特（tè）點是配備了一套液壓係統，通過液壓驅動完成刀具的（de）鬆開和（hé）夾緊等動作，機（jī）械（xiè）結構主要由（yóu）前端拉爪、頂（dǐng）杆、碟簧等部件組成，如圖1所示。

圖1 鬆拉（lā）刀機構示意圖

具體動作執行過程：鬆拉刀機構液壓（yā）係統泄壓，碟簧伸張並產生彈力，在碟簧彈（dàn）力的作（zuò）用下，將頂杆向後推，並在頂杆後移動的同時，拉爪撐開卡爪並卡（kǎ）住刀柄卡槽，此時將刀柄拉緊（其中（zhōng）拉緊力由（yóu）碟簧產（chǎn）生），以此實現刀具的夾緊，可有效防止加工過程中突然斷電致使刀柄脫落。液壓係（xì）統執（zhí）行端為一單作用活塞缸，該活塞缸活塞與頂（dǐng）杆後端相接，鬆拉刀機構（gòu）刀具放鬆時（shí），油缸（gāng）上腔進油，油缸靠近頂杆一側油腔接入回油，通過液壓（yā）係統施加（jiā）壓力，油缸活塞將頂杆（gǎn）向前推（tuī），碟簧被壓縮，拉杆頂出，拉爪收縮，刀柄此時鬆開。其中，主軸鬆拉刀機構為判定其執行動作是否到位，會（huì）在活塞杆上下移動的極限位置布置感應開關，用來檢測刀具拉緊和鬆開狀態（tài） [2]。

2、主軸鬆拉刀（dāo）故障典（diǎn）型（xíng）案例介紹

2.1 案例1

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

該主軸鬆拉刀機構通（tōng）過液壓控製，屬於常見的液壓鬆拉刀結構：通（tōng）過對該主軸液壓鬆拉刀結構進行分析（xī），發現主（zhǔ）軸在換刀過（guò）程中，由於鬆拉刀機構長時間頻繁動（dòng）作，鬆拉刀機構的拉爪、拉杆、彈簧以（yǐ）及液壓控製係統（含（hán）液壓管路、電磁閥、活塞油缸、液壓泵等）出現磨損、劣化，從而造成液壓鬆拉刀機構出現無法鬆刀的故障。可能原因有：①液壓油泵壓（yā）力不夠。②液壓閥、管路堵塞。③液壓缸（gāng）存在泄漏引起鬆刀液壓壓力（lì）不穩定。④刀爪有異物導致刀爪無法完全鬆到位，導致卡刀。⑤刀爪伸出尺寸超出範圍。⑥碟簧存在缺陷，導致偶發鬆刀（dāo）過程中，碟簧伸（shēn）張不完全，引起刀爪伸長值及拉力值發生變（biàn）化。為進一步確認故障產生的（de）原因，采用以下方法進行逐一分析和排（pái）除。

（1）第一步。分析液壓控製部分：無法正常鬆（sōng）拉（lā）刀可能（néng）是後端活塞缸壓（yā）力不（bú）足，導致活塞無法運動引（yǐn）起的。通過打開（kāi）主軸防（fáng）護罩，檢查液壓管路、液壓控製閥以及液壓缸（gāng）本體是（shì）否存在泄漏（lòu）情況。發現液壓（yā）管路沒有破損、彎折，油缸無（wú）泄漏，基本排除因（yīn）油液外漏造（zào）成壓力不穩的原因。

（2）第二步。檢查（chá）油液壓（yā）力：測試送（sòng）拉（lā）刀動作，發現主軸鬆刀狀態中，液（yè）壓油泵輸出壓力12MPa（主（zhǔ）軸標（biāo）準鬆刀壓力 14MPa），略小於標準值，初步（bù）懷疑是液壓閥阻（zǔ）塞所引起主軸鬆刀壓力（lì）過低。於是將液壓閥進（jìn）行拆卸清洗，清除閥組內部異物。重（chóng）新安裝後，主（zhǔ）軸送拉刀壓力為14MPa，但仍然無動作，基本排除是鬆拉（lā）刀機構液壓係統造成的問題。

（3）第（dì）三步。①檢查（chá）拉刀（dāo）機（jī）構（gòu）機械結構，檢查主軸拉爪，對（duì）主軸拉爪（zhǎo）內異物進行（háng）清理，防止鬆拉刀出現卡滯。②檢查測量刀爪伸長值和拉力值發現，刀爪伸長值為10.8mm，超（chāo）出刀爪伸長值標準範（fàn）圍10.5±0.1mm。因此對刀爪進行調整，調整後測量刀爪伸長值 10.6mm，拉刀力值為25.4kN（範圍22 ～ 34kN），均符合要求，如圖2所示。

圖2 拉刀（dāo）力測（cè）試

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

2.2 案例2

故障現象：一台橋（qiáo）式（shì）龍門五坐標（biāo）加工中心在加工過程中（zhōng），其主軸裝置無法正常鬆拉刀，無法完成換刀動作，設備無法正常加工使用。

該橋式龍門五坐標加工中心機床（chuáng）配置的是電主軸，其（qí）鬆拉刀裝置采用液壓方式驅動、碟簧拉（lā）緊的控製方式，但與（yǔ）一般鬆拉刀結構不同的是其采用了氣液增壓、蓄能器儲備壓力的（de）控製方式（shì），正常情況下由氣液增壓泵（bèng）將（jiāng）壓力增加到需求壓力（lì），同時壓縮蓄能器進行壓力儲備。當鬆刀時，蓄能器中壓（yā）力輸出，通過（guò）控製電磁閥開啟，油（yóu）液作（zuò）用於主軸鬆刀油缸，將拉杆向前（qián）推，撐開拉爪（zhǎo），產生鬆刀動作。

當拉刀時，電磁閥關閉。而氣液增壓泵形成獨立的控製係統，用於保持蓄（xù）能器壓力穩定，當壓力低於額定壓力（lì）時，增壓泵工（gōng）作將壓力（lì）補（bǔ）充到額（é）定壓力。氣液（yè）增壓泵工作原理類似於壓力（lì）增壓器，通過壓縮空氣對橫（héng）截（jié）麵積較大的（de）活塞施加（jiā）一個很低的壓力，當此壓力作用（yòng）於另一個小麵積活塞上時，會產生一個高壓。通過（guò）一個二位五通氣（qì）動換向閥換向工作，增壓泵（bèng）能夠實現連續運行。由單（dān）向（xiàng）閥控製的高壓柱塞不斷的將液體單向排（pái）出，增壓泵的出口（kǒu）壓力大小（xiǎo）與壓縮空氣（qì）驅（qū）動（dòng）壓力有關。當驅動部分（fèn）和輸出液體部分之間的壓力達到（dào）平衡時，增壓（yā）泵會停止運行。當輸出壓力下（xià）降或壓縮空氣驅動壓力增加時（shí），增壓（yā）泵會自動啟動運（yùn）行，直到再次（cì）達到壓力平衡後自動停止，同時采用單氣控非平衡氣體（tǐ）分配閥來實（shí）現泵的自動往複（fù）運動。

氣液增壓缸運行過程中（zhōng）分為3個行程階段（duàn），如圖3所示。

（1）預壓行程階（jiē）段。P4進氣 P1排氣，增壓缸前軸（zhóu）下降，預壓完畢。

（2）增壓行程階段。P3進氣 P2排氣增壓（yā）缸活塞下降，進行增壓。

（3）回程階段。P1/P2 進氣，增壓缸活塞前軸回位，此刻動作完成。

圖3 氣液增壓缸動（dòng）作原理圖

氣（qì）液增壓缸則是將一油壓缸與增壓（yā）器作一體式結合的機構，使用壓縮空氣作（zuò）為動力源，利用（yòng）增壓器內部活塞（sāi）；兩端大小（xiǎo）不同截麵麵積輸出不同壓力，其基本遵循帕斯（sī）卡能（néng）量守衡原理，因為（wéi）壓力不變，當（dāng）受壓麵積由大變小時，則壓強（qiáng）也會變化，從而達（dá）到將氣（qì）壓提高數十倍的效果。

針對設備本次（cì）出現無法正常鬆拉刀的（de）故障，通過對液壓控製係統進行檢查，發現增壓泵無（wú）法（fǎ）產生壓力。將增壓泵進行拆卸分解，對（duì）部件逐一檢測、排查，發現主要原因是 P2 與 P3 腔體（tǐ）之間密（mì）封件出現磨損，導致增壓過程中，在（zài） P3送入壓縮空氣後，氣（qì）體（tǐ）出現泄（xiè）漏，大部分壓力從 P2口泄壓，無法推動（dòng） D1活塞運動（dòng），導致最終無法（fǎ）進行增壓。由於增壓過程沒有（yǒu）完成（chéng），壓力達不到係統所設定壓力，無（wú）法推（tuī）動換向閥換向，不能進入下一個動作，增壓缸一直處於停止等待狀態，導致回路無法建立係統壓力。針對此情況，將 D1活塞的密封圈進行優化改進，根據腔體尺寸將密封圈作（zuò）增厚處理，保證其能承受更大的壓力。對安裝改（gǎi）進後（hòu）的活塞密封進行泵的安裝測試，經檢查並進（jìn）行多次換刀測試，氣液（yè）增壓泵正常工作，液壓壓力表上顯示的液壓壓力值符合鬆拉刀額定壓力要求，且壓（yā）力能長時間保持不變化，同時（shí）電氣（qì）壓力檢測觸點（diǎn）可以達到高電平（píng）輸出信號，說明液壓係統（tǒng）壓力達到（dào）正常範圍之內，且經過（guò）多次換刀試驗，設備均能工作正常，說明該故障已完全排除，設備恢複正（zhèng）常。

3、結（jié）束語

數控機床主軸鬆拉刀機構屬於機床的關（guān）鍵部件，其可靠和穩定（dìng）程度直接影響機床的加工效率（lǜ）及零件的（de）加工品質（zhì），但（dàn）油（yóu）液控製的鬆拉刀機構具有複雜程度（dù）高、故障率高、可維修性差的特點，為機（jī）床的日常維護帶來了一定的困難。對於設備維護人員來說，需要熟悉其工作（zuò）原理，同時需加強設備的日常保養，尤（yóu）其是主軸鬆拉刀機構（gòu）等（děng）核心部件保養（yǎng）工作，防止核心部件非（fēi）正常磨損、劣化，維持核心部件的良好狀態（tài），延長使用壽命，保證核心部件的性能指標。

投稿箱：
如果您有機床行業（yè）、企業相關（guān）新聞（wén）稿（gǎo）件發表，或進行資訊（xùn）合作，歡迎聯係本網（wǎng）編輯部（bù），郵箱：skjcsc@vip.sina.com

更多相關信息

名企推薦

業界視點

| 更多

行業（yè）數據

| 更多

博文（wén）選萃

| 更（gèng）多