加工中心Z軸報警的故障修理

劉 陽 ，張 偉 ，王曉武

（西安航空發動機 ( 集團)有限公司，陜西 西 安 7 10021）

1.故障現象

UCP-1000加工中心所用系統為海德漢TNC426，在進行加工時出現Z軸03#報警，該報警在消除之后Z軸向上運行到一定位置時又會出現該報警，設備無法正常使用。

2.故障分析

(1)故障內容

03#報警為驅動溫度過高。機床說明書指出I15這一出入點變為1是產生此報警的原因，更深一層的原因可能是切削量過大，可以讓驅動裝置冷卻一段時間，加以清除。

(2)故障分析

在加工中心上這種零件一直在加工，不存在切削量過大的情況；檢查伺服驅動裝置，手感溫度不高。根據原理圖(圖1)查找I15這一點，它來自于伺服驅動裝置的電源模塊，端子是X111的5.2，當它為1時的含義是電源模塊的電流過大報警。對該設備的Z軸電流進行測量發現該電流稍大，但并未達到其高速運行時的電流。

經查報警原因，在對PLC進行分析后得知，數控系統采集了伺服驅動各軸的電機電流值，并對該電流值監控，除I15這一點輸入外，如果點擊電流大于參數設定值，同樣出現此報警。

為了斷定是否是該信號引起的報警，將電源模塊的端子5.2上的線取掉，如果電源模塊有故障信號，是不會送入

圖1

數控系統的。這時再運行Z軸，該報警還是出現。由此可以確定不是電源模塊發出的信號。

該信號從電源模塊引出后經過一個接口板，再轉換為一個32針的電纜接入數控系統的X42接口，為了排除這一段線路的故障，將插頭X42拆開，將I15所對應的16針的線斷開，這時再運行Z軸，故障繼續存在。于是將該點人為加上24V，出現該報警，由此可以斷定產生該報警還有其他原因。

對系統的信號分析，發現伺服電動機的溫度信號是送入數控系統的，它是一個常態在500Ω左右的熱敏電阻，將該信號線剪斷，送電后立即出現數控系統的報警，內容是“電機溫度過高”，所以也不是該信號引起的此故障。

由于開始該報警是在Z軸向上移動到某一位置是固定的，為判斷是否是由于光柵尺故障引起該報警，將該軸改為半閉環運行，報警依舊出現。

在對其他各軸檢查后發現，只有Z軸移動時出現該報警，因此將檢查重點放在對Z軸運行狀態的檢查：用電流表檢測Z軸電流，同樣的速度比同型號的正常設備大2A；而且隨著Z軸向上移動，電流逐漸增大，并最終出現報警(圖2)。

圖2

在對驅動模塊、電機動力線、編碼器線檢查確定正常后，將故障點確定在伺服電機和機械傳動部件上。

針對前面對故障現象的分析，得出了兩個故障點，于是對該兩部分故障點進行確定。

對伺服電機進行確定：將Z軸伺服電機拆下，改為半閉環進行無負載運行并對電流進行監控，無電流過大的情況，于是判斷該機床伺服電機無故障。因此確定該故障的機械傳動有關。

3.故障排查

(1)做專用工具進行Z軸絲杠檢查、調整

為了檢測到絲杠傳動時受力數值的大小，設計了圓柱形專用工具，使它一端和絲杠連接、另一端和指示扭力扳手連接(圖3)。

圖3

通過扭力扳手旋轉絲杠，將主軸頭從下傳動至上約10cm處時，扭力扳手力矩值顯示值很平穩，為22N·m，再往上傳動至臨近換刀點時，數值均勻遞增，直到35N·m，當主軸頭傳動至換刀點時，力矩值快速升到45N·m。反復實驗后結果都是一樣。

經過分析，旋轉絲杠受力不均勻的原因為Z軸導軌不平行或者是絲杠兩端軸承和絲母不在同一條直線上。檢查導軌是否平行，首先將同一條導軌上的兩個滑塊與主軸頭緊固的螺釘松開，通過扭力扳手轉動絲杠，得出的力矩數值仍然跟之前一樣。將螺釘緊上，使另一條導軌上的兩個滑塊的螺釘松開，轉動絲杠，力矩沒有變化，可以得出力矩數值的改變和導軌沒有關系。然后再對絲杠及軸承三點進行檢查。首先對絲杠上端的軸承進行拆除，在只有下端軸承和絲母兩點間作用下對絲杠進行扭力測試，測得的數值最大值為30N·m，說明原先軸承和絲母三點不在同一直線上。經反復調試，斷定引起力矩變化的原因為絲母沒在兩端軸承的中心線上。

(2)處理措施

為使絲母與絲杠兩端軸承處于同一中心線上，將絲母半松開，使用專用工具來回轉動絲杠，使軸承及絲母處于同一直線上，最后在上端將絲母上緊。最后再次使用扭力扳手對Z軸傳動進行監控，上下扭力均勻，該故障完成修復。