加工中心垂直軸故障維修

談治國

（北京二七軌道交通裝備有限責(zé)任公司資產(chǎn)管理部設(shè)備維修管理中心，北京 100072）

加工中心垂直軸是指加工中心進(jìn)給軸中進(jìn)給絲杠與水平面垂直的軸。由于其垂直于水平面，因自重、滾珠絲杠不能自鎖的原因，在設(shè)計上考慮的因素多，軸的控制相對其他軸復(fù)雜很多。例如在結(jié)構(gòu)上要有電磁抱閘，大型的加工中心的平衡系統(tǒng)還有液壓和電氣的很多保護(hù)。從維修角度需要考慮的因素要比其他進(jìn)給軸多。電氣部分的信號是否滿足要求，機械傳動、連接和精度，液壓部分的動作是否正常，機電液聯(lián)鎖信號傳送是否正常，傳感器信號是否正常等等各個方面。下面的3個例子，故障的形成原因分別為機械、液壓、電氣部分，它們的分析方法和解決方案也不相同。

故障1

故障現(xiàn)象:

我公司有一臺西班牙進(jìn)口4000臥式加工中心。Y軸（垂直軸）運行到換刀位置（上死點附近）出現(xiàn)Y軸向下掉現(xiàn)象，自動換刀功能不能完成，西門子數(shù)控系統(tǒng)報警25050（輪廓監(jiān)控報警），液壓報警，急停報警。機床不能正常工作。

故障檢查和分析:

筆者現(xiàn)場觀察發(fā)現(xiàn)機床只在Y軸接近上死點位置發(fā)生故障，在Y軸其他位置和其他軸運行都沒有故障。對機床故障進(jìn)行全面的分析:該機床Y軸平衡系統(tǒng)為液壓+氮氣平衡系統(tǒng)。平衡系統(tǒng)與機械的連接為鏈條連接結(jié)構(gòu)。對機床進(jìn)行全面的測試。如果如下:

（1）測試平衡系統(tǒng)壓力正常。

（2）連接部分的壓緊螺釘不松動，正常。

（3）Y軸的絲杠和螺母正常，其潤滑正常。

（4）電動機抱閘供電正常。

（5）Y軸電動機編碼器和光柵尺連接正常、信號正常。

平衡系統(tǒng)用鏈條連接，其自身負(fù)載Z軸和主軸箱屬于重載，鏈條結(jié)構(gòu)在重載工作的條件下有伸長的可能。平衡液壓缸的行程是一定的，鏈條伸長后不能完成平衡動作。機床運行接近Y軸換刀坐標(biāo)點的位置恰好是平衡液壓缸的端頭位置。鏈條伸長后在該位置形成的平衡力突然減小，Y軸電動機負(fù)載突然增大，數(shù)控系統(tǒng)和伺服系統(tǒng)不能控制Y軸的下滑，西門子數(shù)控系統(tǒng)接收到驅(qū)動過載信號，鎖緊Y軸，生成25050輪廓監(jiān)控報警，急停報警，關(guān)閉液壓系統(tǒng)產(chǎn)生液壓報警。

故障排除:

機床故障的原理和故障的成因分析明確了，解決方案制定就比較容易了。鏈條連接結(jié)構(gòu)可以有多種方法解決伸長問題:（1）更換伸長鏈條。（2）減少鏈條的節(jié)數(shù)。（3）在強度允許的情況下可以縮短其連接尺寸。經(jīng)過論證鏈條的強度可以滿足使用，而更換鏈條需要訂貨和解體機床相應(yīng)的結(jié)構(gòu)件工作量比較大。最后決定實施減少鏈節(jié)的維修方案。結(jié)果，減少鏈節(jié)方案滿足了機床正常使用的要求。機床該故障徹底修復(fù)。

故障2

故障現(xiàn)象:

我公司有一臺西班牙進(jìn)口臥式14000加工中心。機床在Y軸（垂直軸）將要移動的時候報警25050。查閱西門子報警手冊，25050為輪廓監(jiān)控報警。25050報警實際是數(shù)控系統(tǒng)監(jiān)測到反饋信號同數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出的軸移動信號比較超差。經(jīng)過觀察該報警只在Y軸移動時產(chǎn)生，其他軸移動的時候機床正常。機床產(chǎn)生報警的時候Y軸驅(qū)動上沒有報警顯示。機床的各種方式均正常。

故障檢查和處理:

該機床垂直軸有電磁抱閘保證機床在失電狀態(tài)下避免下滑引起事故，故首先懷疑電磁抱閘上電沒有動作，電磁抱閘沒打開。電路見圖1。檢查結(jié)果如下:

（1）用萬用表測量機床在關(guān)機狀態(tài)下Y軸電磁抱閘的電阻24 Ω。阻值正常，線路正常。

（2）查看PLC的輸出A72．0在機床開機狀態(tài)是1態(tài)，PLC有輸出，狀態(tài)正常。

（3）用萬用表測量機床開機狀態(tài)Y軸電磁抱閘的繼電器KA1600輸出（機床開機電磁抱閘應(yīng)該得電），沒有電壓顯示;測量電磁抱閘的供電電源有24 V、正常，繼電器有吸合動作。懷疑繼電氣接點有問題，更換繼電器。測量電磁抱閘電壓正常。試車機床正常，故障排除。

故障3

故障現(xiàn)象:

我公司有一臺西班牙TL25臥式加工中心，西門子840D數(shù)控系統(tǒng)，S7－300的PLC控制。加工工件的過程中Z軸在進(jìn)給，Y軸隨機向下掉。同時CNC報警25050、21612。

25050軸%1輪廓監(jiān)控，21612通道%1軸%2 VDI信號'伺服使能'位移時被復(fù)位。

經(jīng)查閱 840D 手冊，Y軸伺服使能是DB32.DBX2.1，是PLC至NC的信號。

故障檢查和排除:

用S7監(jiān)控軟件上傳機床PLC程序，如圖2。

表1 信號與輸入點的對應(yīng)關(guān)系

用交叉參考表分析PLC程序，查閱輸入狀態(tài)。因機床為隨機故障，機床好的狀態(tài)和故障狀態(tài)時自動運行程序的時候DB200.DBX6.2、DB285.DBX0.2為0，沒有變化。所以只用重點分析如下信號的狀態(tài):

在S7軟件中打開數(shù)據(jù)塊DB351、DB350、DB356，對應(yīng)電路圖分析，以上信號同輸入點的對應(yīng)關(guān)系如表1。其中:

機床Y軸為垂直軸，用平衡油缸結(jié)構(gòu)保持Y軸平衡。觀察Y軸運行過程，平衡壓力正常。平衡壓力開關(guān)為1態(tài);機床運行正常和故障報警時也沒有發(fā)現(xiàn)變化。結(jié)果如下:

（1）機床沒有急停報警，急停開關(guān)是正常的。

（2）驅(qū)動沒有報警，驅(qū)動就緒信號良好。

（3）調(diào)整方式開關(guān)狀態(tài)良好。

（4）半自動開關(guān)狀態(tài)良好。

經(jīng)過分析，平衡壓力沒有問題，其他信號也沒有問題，可能壓力開關(guān)閃斷了，使DB32．DBX2．1為0。短接平衡壓力開關(guān)，運行機床試驗。經(jīng)過兩周的試驗，機床25050、21612報警不再出現(xiàn)了。證明了推斷是正確的。將壓力開關(guān)更換，機床故障排除。