五軸加工中心典型故障分析處理

雒補(bǔ)清，李曉燕

（1.晉西工業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司，山西太原 030027；2.晉西車(chē)軸股份有限公司，山西太原 030027）

五軸加工中心典型故障分析處理

雒補(bǔ)清1，李曉燕2

（1.晉西工業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司，山西太原 030027；2.晉西車(chē)軸股份有限公司，山西太原 030027）

分析508MT和518MTV兩種五軸聯(lián)動(dòng)加工中心4起典型故障原因，給出故障排除方法及過(guò)程。

五軸加工中心；V軸故障；油霧潤(rùn)滑；壓力繼電器

10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2017.09.63

0 前言

五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床是一種科技含量高、精密度高專(zhuān)用于加工復(fù)雜曲面的機(jī)床，常用來(lái)加工葉輪、機(jī)翼、模具等帶有復(fù)雜曲面的零件。508MT是8軸五軸聯(lián)動(dòng)的車(chē)銑復(fù)合加工中心，配有FANUC 31i數(shù)控系統(tǒng)，有X，Y，Z，A，B，C，U，V軸，其中X，Y，Z，U軸是幾何軸，A，B，C，V是旋轉(zhuǎn)軸。

1 508MT車(chē)銑復(fù)合加工中心V軸故障

1.1 現(xiàn)象

508MT在前一天下班時(shí)正常關(guān)機(jī)，但第二天早上開(kāi)機(jī)后C軸不能回零，報(bào)警提示：EX1345 A AXIS ROTATION PROHIBITED BY PART MANIPULATOR POSITION。即：由于零件機(jī)械手位置（不合適）A軸被禁止旋轉(zhuǎn)。

之前多次出現(xiàn)類(lèi)似情況，多是因?yàn)橥＼?chē)時(shí)U軸位置不安全造成的。一般處理方法：先將U軸手動(dòng)操作移動(dòng)到安全位置后，然后執(zhí)行各軸回零。當(dāng)各軸回零完成后，在手動(dòng)輸入數(shù)據(jù)的方式下執(zhí)行M370（V軸不加工工位）或M371（副車(chē)頭臥）時(shí)機(jī)床有報(bào)警：1361 Multi-pos.recovery unit pos。即多點(diǎn)位置需恢復(fù)單元位置。

報(bào)警可被復(fù)位，試著操作V軸，手動(dòng)狀態(tài)下可旋轉(zhuǎn)，但執(zhí)行M370指令時(shí)V軸仍不動(dòng)作，并出現(xiàn)相同報(bào)警，顯示V軸需要移動(dòng)量為17.8°。需要說(shuō)明的是，副車(chē)頭上有C軸、虎鉗、頂尖，其中C軸為旋轉(zhuǎn)主軸，U軸為驅(qū)動(dòng)副車(chē)頭移動(dòng)的幾何軸，V軸為驅(qū)動(dòng)副車(chē)頭旋轉(zhuǎn)的分度軸，通過(guò)輔助功能可選擇C軸、虎鉗或頂尖等功能。

1.2 分析

仔細(xì)觀察V軸旋轉(zhuǎn)，發(fā)現(xiàn)C軸上的夾緊法蘭盤(pán)在沿V軸旋轉(zhuǎn)到底部時(shí)與副車(chē)頭的梯形支架碰撞，雖然碰撞不大，但碰撞痕跡明顯，已經(jīng)影響到V軸精度，導(dǎo)致V軸在用千分表找平后（即理論0°）坐標(biāo)系上顯示有17.8°的移動(dòng)量。在后幾次試驗(yàn)中這個(gè)移動(dòng)量逐漸增大到45.5°，最后達(dá)到53.2°，說(shuō)明V軸的零點(diǎn)已嚴(yán)重偏離原來(lái)位置。進(jìn)一步了解到，操作人員曾用一個(gè)加厚法蘭盤(pán)代替廠家的法蘭盤(pán)，因厚度增加導(dǎo)致V軸旋轉(zhuǎn)時(shí)與機(jī)床碰撞，進(jìn)而造成V軸零點(diǎn)丟失，無(wú)法在手動(dòng)方式下運(yùn)行。

1.3 處理

首先拆掉這一自制法蘭盤(pán)，恢復(fù)原廠家的法蘭盤(pán)。因?yàn)樵瓉?lái)法蘭盤(pán)已經(jīng)變形，所以重新購(gòu)買(mǎi)了一個(gè)，安裝后可正常使用。

然后找到V軸的零點(diǎn)，使其與實(shí)際的零點(diǎn)相匹配。修改參數(shù)、使V軸能找到零點(diǎn)的步驟：①先手動(dòng)將V軸置于不加工位（即M370位）調(diào)平，先打百分表，再打千分表，水平度保持在0.004 mm；② 將參數(shù)1815中的第4和第5位由1改為0，然后斷電；③接通電源，開(kāi)機(jī)后顯示V軸坐標(biāo)為0，這時(shí)將參數(shù)1240改為80（廠家默認(rèn)值）；④ 將參數(shù)1815中的第4位和第5位再改為1，然后斷電關(guān)機(jī)；⑤開(kāi)機(jī)后查看坐標(biāo)系，V軸坐標(biāo)值顯示為80；⑥將副主軸手動(dòng)轉(zhuǎn)到水平位置，將1240參數(shù)改為機(jī)床原先默認(rèn)的260，斷電關(guān)機(jī)；⑦開(kāi)機(jī)，回零后MDI功能恢復(fù)，執(zhí)行M370后V軸坐標(biāo)顯示為80，但仔細(xì)查看，V軸無(wú)鎖緊標(biāo)志（不旋轉(zhuǎn)時(shí)應(yīng)為鎖緊狀態(tài)）；⑧考慮到V軸鎖緊是鼠牙盤(pán)式結(jié)構(gòu)，可能是錯(cuò)位導(dǎo)致無(wú)法鎖緊，于是將V軸參數(shù)1240值由260改為259.8后斷電，再開(kāi)機(jī)后面板上出現(xiàn)鎖緊標(biāo)志，V軸達(dá)到鎖緊狀態(tài)；⑨執(zhí)行M371、M372等指令，均可以按照機(jī)床預(yù)定位置進(jìn)行。至此，故障排除。

2 508MT高速電主軸潤(rùn)滑故障

2.1 現(xiàn)象

508MT銑削主軸為電主軸，最高轉(zhuǎn)速可達(dá)24 000 r/min，因此機(jī)床除配置1套導(dǎo)軌潤(rùn)滑裝置外，還有1套主軸油霧潤(rùn)滑裝置。該裝置包括貝奇爾潤(rùn)滑站、超精細(xì)過(guò)濾器、潤(rùn)滑壓力繼電器（S98.1）、空氣壓力繼電器（S98.0）、油氣混合器各1個(gè)。潤(rùn)滑油泵工作時(shí)，潤(rùn)滑油經(jīng)由過(guò)濾器、壓力繼電器、油氣混合器，與壓縮空氣會(huì)合后變成油霧，潤(rùn)滑主軸。

機(jī)床運(yùn)行過(guò)程中，出現(xiàn)報(bào)警。報(bào)警號(hào)：EX1344OIL，AIR MILLING SPINDLE LUBRICATION；EX1400 ALARM CLASS CHANGE。即：1344銑削主軸油、空氣潤(rùn)滑故障；1400報(bào)警等級(jí)變化。

2.2 分析

檢查 2個(gè) PMC輸入信號(hào)，X9.0（PGRASP）=0和 X9.1（NGRASP）=1。其中X9.0為潤(rùn)滑壓力信號(hào)，在油泵工作時(shí)應(yīng)為1；X9.1為空氣壓力信號(hào)，正常情況下應(yīng)為1。最初懷疑故障是油泵損壞引起的，檢查油泵。經(jīng)查，油泵電機(jī)繞組絕緣正常，三相繞組電阻值正常，油泵電機(jī)外接220 V交流電源后油泵能正常工作，且壓力繼電器信號(hào)X9.0也能變?yōu)?。然后檢查控制回路，當(dāng)潤(rùn)滑油泵啟動(dòng)的PMC輸出信號(hào)Y1.1=1時(shí)，中間繼電器K252.3工作，油泵A98.3啟動(dòng)，X9.0變?yōu)?，但是壓力一旦升高到2000 kPa左右即停止，這說(shuō)明潤(rùn)滑壓力正常。

于是檢查空氣壓力。進(jìn)入機(jī)床的空氣壓力為600 kPa，經(jīng)過(guò)氣動(dòng)三聯(lián)件調(diào)節(jié)進(jìn)入潤(rùn)滑站的空氣壓力為450 kPa，此時(shí)面板上PMC信號(hào)空氣輸入壓力繼電器X9.1為1。懷疑X9.1有可能瞬間變?yōu)?，PMC捕捉到信號(hào)變化而出現(xiàn)報(bào)警。為了驗(yàn)證判斷，將空氣輸入信號(hào)X9.1與DC24 V短接后試驗(yàn)，超過(guò)0.5 h未報(bào)警，延長(zhǎng)時(shí)間后仍是如此。由此判斷，空氣壓力繼電器信號(hào)偶爾出現(xiàn)0的情況，導(dǎo)致出現(xiàn)主軸潤(rùn)滑報(bào)警。

2.3 處理

調(diào)整壓力繼電器的整定值，通過(guò)試驗(yàn)結(jié)合PMC輸入狀態(tài)，得知原整定值為400 kPa（原理圖也是400 kPa），考慮到空氣壓力的不穩(wěn)定性，將其整定值降低為350 kPa然后繼續(xù)試驗(yàn)，報(bào)警不再出現(xiàn)，機(jī)床開(kāi)始加工。之后，檢查空氣管路無(wú)漏氣現(xiàn)象，及時(shí)排除空氣儲(chǔ)氣罐的水分，保持氣壓連續(xù)、潔凈、壓力正常。正常運(yùn)行連續(xù)幾個(gè)月未出現(xiàn)此項(xiàng)報(bào)警，故障排除。做計(jì)劃購(gòu)買(mǎi)同型號(hào)的壓力繼電器，以防故障再次發(fā)生。

3 518MTV C軸溫控器故障

3.1 現(xiàn)象

518MTV為銑車(chē)立式加工中心，C軸既可分度又可進(jìn)行車(chē)削加工。在某產(chǎn)品的加工過(guò)程中，機(jī)床出現(xiàn)報(bào)警：SV430（C）Servo motor overheat。即C軸伺服電機(jī)過(guò)熱。

3.2 分析

檢查C軸電機(jī)外圍，無(wú)異常溫度升高。檢查電控柜內(nèi)，C軸控制模塊無(wú)異常，C軸電機(jī)溫控器監(jiān)控溫度為70℃，而正常溫度應(yīng)為22℃左右或略高。初步判斷是檢測(cè)回路故障。

3.3 處理

打開(kāi)C軸底座側(cè)面的堵蓋，將電機(jī)電纜與溫度檢測(cè)電線拉出檢查，發(fā)現(xiàn)線路轉(zhuǎn)換插頭內(nèi)油污較多。于是將插頭松開(kāi)，用干凈白布將油污擦掉，然后用干凈壓縮空氣將線路及接頭上的油污全部吹掉。重新插接后試車(chē)，無(wú)報(bào)警出現(xiàn)，C軸溫度顯示為22℃。

為防止機(jī)床切削冷卻油再次進(jìn)入、污染線路，剪一塊與堵蓋大小相同的膠皮墊到下面，并用螺絲將膠皮和堵蓋壓緊。一年多來(lái)，機(jī)床使用效果良好，未出現(xiàn)此類(lèi)報(bào)警。

4 518MTV換刀故障

4.1 現(xiàn)象

518MTV刀庫(kù)為2片扇形刀庫(kù)，上面各裝12把刀具，共24把。機(jī)床在執(zhí)行自動(dòng)加工過(guò)程中，當(dāng)某一工序加工完畢，要執(zhí)行到換刀動(dòng)作時(shí)（此時(shí)主軸、扇形刀庫(kù)均已運(yùn)行到換刀位置），機(jī)床停止運(yùn)動(dòng)，并出現(xiàn)提示信息。

打開(kāi)電氣控制柜，仔細(xì)觀察換刀控制器A97.1，上面有一句英文提示“Clamped no tool”，即無(wú)刀具已夾緊。查PMC輸入信號(hào)，X3.0=1，X3.1=0，X3.2=0，分別表示主軸刀具已夾緊（無(wú)刀具）、主軸刀具松開(kāi)、主軸刀具已夾緊（有刀具）。

4.2 分析

該機(jī)床主軸為電主軸，刀具夾緊分為有刀夾緊和無(wú)刀夾緊，即主軸上安裝有刀具并夾緊時(shí)稱(chēng)為“有刀夾緊”，主軸上未安裝刀具夾緊時(shí)稱(chēng)為“無(wú)刀夾緊”。換刀控制器A97.1，根據(jù)刀具夾緊松開(kāi)狀態(tài)，可以組合輸出3個(gè)信號(hào)，分別為Q1，Q2，Q3，對(duì)應(yīng)于PMC的輸入信號(hào)X3.0，X3.1，X3.2。在當(dāng)前報(bào)警狀態(tài)下，主軸實(shí)際裝有1把刀，但卻顯示無(wú)刀信息，說(shuō)明主軸上的刀具未被檢測(cè)到。查換刀控制器的上一級(jí)輸入信號(hào)，有1個(gè)刀具位移傳感器，用萬(wàn)用表測(cè)量該傳感器的輸出電壓，有刀時(shí)夾緊輸出電壓為DC 2.1 V，而另一臺(tái)無(wú)故障機(jī)床在有刀夾緊狀態(tài)下輸出電壓為DC 9.2 V，因此判定傳感器出現(xiàn)故障。

4.3 處理

拆下電主軸外面的油管，打開(kāi)電主軸外殼，發(fā)現(xiàn)內(nèi)部有一個(gè)圓柱形的傳感器在主軸旁邊呈斜向上位安裝，感應(yīng)部位對(duì)著松拉刀油缸。該傳感器直徑6.5 mm，長(zhǎng)約40 mm，型號(hào)為IWRM 06U9501 0-10 V/0-2 mm，即輸出電壓為0～10 V，感應(yīng)距離為0～2 mm。查資料后確認(rèn)，該傳感器為線性位移傳感器，馬上向國(guó)外廠家采購(gòu)。一周過(guò)后備件到貨，參照說(shuō)明書(shū)將其安裝，調(diào)節(jié)好間距，接通油管。開(kāi)機(jī)后，先查看換刀控制器顯示情況，并檢查PMC的3個(gè)信號(hào)“有刀夾緊、無(wú)刀夾緊和主軸刀具松開(kāi)”等狀態(tài)全部正確。試行換刀后一切正常，故障排除。

5 結(jié)束語(yǔ)

在數(shù)控設(shè)備使用過(guò)程中，出現(xiàn)故障后維修人員應(yīng)仔細(xì)觀察故障現(xiàn)象，了解故障發(fā)生過(guò)程，對(duì)照電氣原理圖查找相關(guān)信號(hào)，認(rèn)真分析故障原因。另外，維修人員應(yīng)熟練掌握各種常用的檢查、檢測(cè)方法，及時(shí)找到解決問(wèn)題的辦法，快速準(zhǔn)確地排除故障，保證生產(chǎn)的正常進(jìn)行。

［1］508MT電氣原理圖及使用手冊(cè)［Z］.

［2］518MTV電氣原理圖及使用手冊(cè)［Z］.

TH-39

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〔編輯 吳建卿〕