帶機械臂的HAAS 加工中心換刀故障診斷與維修

孫進軍

（連云港杰瑞自動化有限公司，江蘇連云港 222006）

0 引言

某單位使用的進口加工中心設備皆為美國HAAS 公司設計生產(chǎn)，設備的操作系統(tǒng)和設計理念與國產(chǎn)設備存在不少差異，機床廠家提供的與機床維修相關資料也很少，缺少電氣電路說明書和機械資料。機床經(jīng)過長時間使用或經(jīng)常進行重載加工，設備可能出現(xiàn)各種狀況，即使小故障也需聯(lián)系或等待廠家維修人員到現(xiàn)場解決，不僅浪費大量的寶貴生產(chǎn)時間，還需承擔高額的維修費用。有時因廠家維護人員忙等諸多因素，設備甚至出現(xiàn)幾個月無法使用的現(xiàn)象。針對上述情況，以帶有機械手臂HAAS 立式加工中心換刀故障為例，總結相關診斷思路和排除方法，為機床相關人員提供維修指導和參考。

1 HASS 機床換刀

要解決HAAS 機床換刀故障，首先要熟悉和牢記正常的換刀動作流程：主軸向上抬起回到換刀零點，刀庫盤同時將要更換刀具旋轉到位，刀套向下翻轉到豎直狀態(tài)，機械手臂旋轉180°，同時卡住兩端刀具，主軸微向上抬起，主軸內(nèi)卡簧在氣壓作用下松刀，機械手臂向下運動同時拔下主軸和刀庫刀套端的刀具，手臂繼續(xù)旋轉180°，并向上運動至換刀零點，主軸落下緊刀，機械手臂反向回轉180°，刀套在氣缸作用下收回。換刀動作完成。

當HAAS 加工中心執(zhí)行換刀指令后，機床主板會調用固化在存儲器中的換刀宏程序，通過數(shù)據(jù)線將控制信號傳遞到機床的I/O 板，該電路板執(zhí)行機床大部分的輔助指令，在機床換刀時的作用很重要（表1）。以下介紹HAAS 機床換刀故障維修實例。

表1 I/O 板上與換刀相關的常用控制信號

2 刀具甩（掉）出

換刀時刀具從機械手臂卡爪甩（掉）出，此時機床可能出現(xiàn)的報警號：113#～115#。

2.1 故障現(xiàn)象

換刀手臂在換刀轉動的過程中經(jīng)常甩（掉）刀，甩（掉）刀多發(fā)生轉動過程中，而不是在主軸正拔刀或在向裝刀套裝刀時。

2.2 診斷分析

此類故障一般是由于換刀機械手臂上的鎖緊銷銹死或手臂內(nèi)的彈簧斷裂，導致手臂端部的卡爪夾不緊刀具，致使刀具在手臂轉動過程中由于慣性甩（掉）出。

2.3 維修

先按下述流程操作：①按機床操作面板上的紅色復位鍵，然后按“TOOL CHANGER RESTOR”鍵；②根據(jù)機床屏幕上出現(xiàn)的提示，一直按“Y”鍵，直到出現(xiàn)按鍵選擇頁面的提示后，利用操作面板上的“ATC FWD”和“ATC REV”鍵，使換刀手臂轉動到方便的位置；③用手按壓手臂上的鎖緊銷，看動作是否靈活，若按壓很費力，表明鎖緊銷銹死，需拆下清洗；④若鎖緊銷沒有問題，需將手臂平面上的蓋板拆開，檢查手臂內(nèi)的彈簧有無問題，手臂彈簧在手臂兩端垂直和水平方向上各有2 個，一個是推動手臂卡爪處的鎖緊塊的，另一個是推動手臂上的鎖緊銷的；⑤若彈簧沒有斷裂，則需清洗彈簧，并清除安裝槽內(nèi)雜物。通過上述的方法，此類故障即可解決。

3 換刀主軸定向失效

換刀主軸端部定向鍵角度不對、無法定向或定向位置容易跑偏，可能出現(xiàn)的報警號：116#。

3.1 故障現(xiàn)象

（1）在自動換刀之前，主軸必須轉動到固定方位，固定其端部的定位鍵朝向。但是在出現(xiàn)上述報警后主軸不轉動，或主軸一直慢速轉動停不下來，直至出現(xiàn)報警。

（2）主軸定向的位置每次都會發(fā)生少許變動。

3.2 診斷分析

（1）自動換刀指令發(fā)出并執(zhí)行后，主軸不執(zhí)行定向動作，可以確定是編碼器的同步齒形帶斷裂。對于主軸一直慢速旋轉，找不到定位方向的情況，多為主軸端或編碼器電機端的齒輪磨損嚴重。

（2）對于主軸定位方向總是會發(fā)生輕微偏移的現(xiàn)象，一般為編碼器的螺釘固定不緊。

3.3 維修

針對上述故障現(xiàn)象（1）的解決方法是先將主軸外罩拆下，檢查編碼器處的連接情況及齒輪的狀況。

針對故障現(xiàn)象（2）的解決方法是面向主軸時，拆下右手邊側面中間的觀察窗端蓋，使用專業(yè)的加長內(nèi)六角扳手，將編碼器安裝座上螺釘固定緊，然后按下述流程操作：按操作面板急停鍵，按“PARAM DGNOS”鍵，進入?yún)?shù)診斷界面，輸入數(shù)字“257”，按向下光標鍵，調整257#參數(shù)值后，按“WRITE ENTER”鍵，松開急停按鈕，按復位鍵。按照2.3 所述操作流程，將手臂位置一端調整到最接近主軸下方位置，觀察主軸上的定位鍵與手臂卡刀處定位槽的偏差，然后反復執(zhí)行故障現(xiàn)象（2）的操作流程，直至自動換刀時，換刀手臂與主軸定位鍵無明顯的撞擊聲音為止。

4 機械手臂轉動不到位

換刀時機械手臂轉動不到位，可能出現(xiàn)的報警號：628#。

4.1 故障現(xiàn)象

在執(zhí)行換刀指令時，手臂時常停留在不正確的位置，機床出現(xiàn)報警。

4.2 診斷分析與維修

（1）排除機床氣壓影響，如輕微漏氣或機床進氣壓力調整略低。

（2）觀察機床凸輪箱中的潤滑油有無凍住或潤滑油位是否偏低，將機床刀庫側面帶有數(shù)字盤的蓋板拆下，維修人員面對刀庫盤，可以看到刀庫盤輻條后有3 個光電式感應開關，在這些開關的附近有1 個凸輪箱潤滑油位的觀察窗口（圖1）。在天氣特別寒冷的環(huán)境中，潤滑油可能會有凍住的現(xiàn)象，從而影響換刀手臂動作。排除油凍住情況后，觀察油位是否偏低，若偏低需添加美孚634#油。

圖1 凸輪箱油位觀察窗口及手臂位置感應開關接口

（3）排除上述原因后，可拆開換刀手臂凸輪箱外罩，檢查各控制信號插頭有無松動或線路有無老化破皮等（圖2）。使用多用表測量發(fā)現(xiàn)信號不對時，需循線路找到機床后部電氣柜中的I/O 板的相應插頭確認，也可更換同型號機床的I/O 板后再試機。

圖2 凸輪箱頂部信號控制插頭

（4）排除前3 種情況后，換刀手臂仍不能按正常位置轉動到位的話，可檢查圖1 所示油位觀察窗口旁邊的3 個光電式感應開關，這3 個開關是用來檢測換刀手臂是否轉動到指定特殊位置的。開關的更換可能需要專用扳手，更換后測試新開關旋進凸輪箱的程度，確認感應效果最靈敏有效。裝好開關后，在開關的外周涂上專用密封膠防止凸輪箱從開關處滲油。

（5）最后可能是機床凸輪箱的蝸輪蝸桿有磨損，這時候就只能拆下整個凸輪箱，對其內(nèi)部零件進行專業(yè)研磨。

5 刀庫盤轉動受阻

換刀時刀庫盤轉動很慢或不轉動情況，可能出現(xiàn)的報警號：627#或628#。

5.1 故障現(xiàn)象

當機床自動換刀，刀庫盤旋轉慢且無力，或轉動1、2個刀套位后不動。

5.2 診斷分析與維修

（1）控制刀庫盤的電機損壞，需拆開換刀凸輪箱外罩，找到刀庫盤電機，用多用表檢查電機線圈繞組有無斷、短路情況（圖3）。

圖3 刀庫盤電機

（2）刀盤電機下端的電機碳刷臟或有油污滲入，打開碳刷蓋，清理干凈，做好防油污措施。

（3）刀盤電機上方同步齒輪皮帶張緊力不夠、皮帶即將斷裂，可更換新皮帶。

（4）刀盤電機與刀盤鑄件間的方形開槽內(nèi)有一大的黑色凸輪機構，其長時間使用，凸輪面有磨損，可通過緊固螺栓微調其位置和高度。

（5）圖2 右邊的I/O 控制信號插頭油污嚴重或插接不良，需逐一檢查。

上述所有原因排查后，如果仍無結果，可對調或更換同型號的I/O 電路板。

6 與換刀相關的機床參數(shù)說明和設置調整方法

在維修機床換刀或其他相關故障時，經(jīng)常涉及到設置調整部分機床參數(shù)（表2）。

表2 機床維修與換刀相關參數(shù)

7 總結

在解決加工中心換刀故障前，不能盲目操作，應仔細分析，判斷好機床出現(xiàn)的狀況是屬于機械、電氣、操作、系統(tǒng)軟件哪一種情況。然后結合機床正常的動作流程，分析出可能的原因，繼而確定需檢測的故障部位，糾正不正確的操作，修改相關系統(tǒng)參數(shù)等。

解決HAAS 機床換刀故障時，所有人員都應遵從下列事項：①在必須修改機床某些參數(shù)才能解決故障時，要先行記錄，如拍照、錄像、筆錄等，以便于恢復；②拆裝機床各部件時使用專門的收納盒，分類收集，記錄拆裝順序，裝配前對零部件使用專業(yè)的清洗劑去污；③在檢修機床各電氣元件時，如驅動器、變頻器等，確認是否需要采取防靜電措施、是否需要斷電、是否已經(jīng)斷電、是否放電完畢、是否需備份系統(tǒng)參數(shù)，拔插接頭時記錄位置，動作輕微防止損壞插針等，恢復安裝前清掃元器件，安裝后檢查接地情況；④焊接線路時，檢查有無虛焊、漏焊，鉸接線路時避免出現(xiàn)尖端放電。