美国哈斯(HAAS)加工中心主轴故障诊断分析与排除

摘 要:本文结合实际生产需要,针对美国哈斯VF-3数控加工中心在使用过程中主轴产生的典型故障,全面分析了故障产生的原因,系统介绍了有关的维修经验以及需要注意的事项。

关键词:加工中心;主轴系统;故障分析;振动分析

中图分类号:TG659 文献标识码:A 文章编号:1674-7712 (2012) 12-0196-01

VF-3加工中心是美国哈斯自动化公司生产,采用系统也是HAAS系统。在使用过程中,不可避免的产生各种各样的故障。现就我公司VF-3加工中心产生的主轴系统主要问题,进行汇总,以便能够在生产过程中及时解决,提供设备的利用率。

一、加工中心主轴组成及工作原理:

哈斯加工中心主轴由伺服电机、主轴、拉杆、钢球、松刀气缸、齿轮变速箱、传动皮带、位置感应开关、定位编码器、电磁阀、碟形弹簧等组成。在加工过程中,需要进行换刀,则由操作人员给机床输入换刀指令,主轴首先由定位编码器进行主轴定位,松刀电磁阀得电,气缸向下移动的一定位置(松刀位置),将拉杆钢球松开,然后换刀装置从刀库取刀,将刀具装入主轴孔内,停留一定时间(时间由内部参数设备,一般为0.2S),松刀电磁阀失电,锁紧电磁阀得电,气缸向上移动,拉杆在碟形弹簧的作用下拉杆钢球内缩,拉杆拉紧刀柄,气缸到达锁紧位置,换刀装置移离主轴。

二、典型故障诊断分析与排除

(一)在加工过程中,镗孔椭圆,盘刀铣平面有明显震纹,并且有时伴有“掉刀”现象

导致此类现象的因素很多,比如有以下几种:主轴孔有铁屑;感应开关失灵;刀柄拉钉松动;拉杆弹簧破损,无法拉紧刀柄。1.用丝绸擦拭主轴锥孔和刀柄,以免可能因切屑存在导致锥孔和刀柄有间隙。2.检查拉钉并重新拧紧,然后进行交换刀具。此故障现象无法消除。3.进行几次换刀,观察诊断页面中参数DRAWBAR OPEN和DRAWBAR CLOSED数据的变换情况。经过检查参数变换正常,并且报警记录中没有131报警,因此说明气缸感应开关没有问题。4.既然感应开关没有问题,那么需要检查主轴精度。将主轴检棒装到主轴上,用千分表进行精度主轴检测。主轴锥孔圆跳动0.002mm,检棒根部圆跳动0.002mm,此两项精度表明主轴轴承没有问题。而在离主轴端面250mm处,检测到的检棒圆跳动为0.06-0.08mm,反映出主轴拉杆可能产生问题。为了进一步确认,将一镗刀柄装到主轴上 ,将千分表压到镗刀柄上。用手一推一拉,观察千分表变化情况。经过几次观察,有0.03-0.04mm间隙。此数据说明拉杆弹簧有大量破损。在主轴上安装一刀柄,将松刀气缸取下,将主轴拉杆螺旋环取掉,将拉杆取出。经过检查,拉杆碟形弹簧1/2已经破损。联系美国哈斯,更换新拉杆。更换新拉杆后,需要检测拉杆拉力。针对VF-3加工中心7500RPM主轴,拉杆(碟形弹簧片数为79)拉力范围为1200—1450LBS。如果拉杆拉力不在此范围内,则需要调整松刀气缸垫片厚度。更换新拉杆后,在离主轴端面250mm处,主轴检棒圆跳动为0.012。装一刀柄,一推一拉,间隙为0.002mm。精度符合出厂要求,故障现象消除。

(二)主轴加工过程中突然停止旋转

查阅机床报警记录,机床产生126、117、118报警。126为主轴换挡故障。117为主轴高速挡故障。118为主轴低速挡故障。进入诊断页面发现换挡输出信号SPINDLE HIGH GEAR、SPINDLE LOW GEAR全部为0。也就是说主轴处于空挡状态。数控系统PLC是根据机床参数142:HIGH/LOW GEAR CHANG 设定值决定加工过程中主轴某个转速是处于高速还是处于低速。关闭电源,重新开机。诊断页面高低挡输入信号均为零。在MDI模式下分别执行指令M41(换高速)、M42(换低速),诊断页面输入信号均正常变化,但输出无变化。并且执行指令时,主轴摆动一段时间后并产生126报警。用万用表检测用来控制控制高低挡转换的电磁阀IOP12-4是否良好。经过检查,电磁线圈良好。用煤油清洗电磁阀,以免芯轴被颗粒堵塞影响正常工作。重新安装后,换挡失败。更换新电磁阀也不行。因为不管是从高速向低速转换还是低速向高速转换,都要经过主轴定向环节。为了排除主轴定向环节出错,采用人工办法进行手动转换。将控制高低挡转换的电磁阀气路断开,用气枪直接吹两根铜管,需要等一段时间才能转换。进行多次试验,发现两根铜管串气。因此判定变速齿轮箱换挡气缸出了问题。鉴于设计结构问题,需要将齿轮箱整体吊起才能拆掉换挡气缸。首先将齿轮箱传动气路、电路断开,将齿轮箱固定螺栓松开,将主轴皮带与主轴脱离。将齿轮箱整体吊起后,先将油箱拆下,然后取下换挡气缸。用一字螺丝刀取出密封圈,两大两小分别为20X15.6X2.4、16X11.6X2.4。经过检查,发现密封圈已扁平,需要更换。更换新的密封圈,重新安装换挡气缸,接气路、电路,重新安装主轴皮带。安装主轴皮带时一定要注意皮带张紧力,VF-3加工中心一般为159—165HZ。更换密封圈后,高低挡转换正常。无报警产生。

(三)哈斯设备在进行主轴以及齿轮变速箱故障分析时,一般都要用OCTAVIS振动分析仪对其进行振动分析

通过分析振动频率检测值,就能初步判定问题所在之处。以7500RPM主轴为例,主轴风扇(2600CPM)、皮带或皮带轮(3300CPM)、传动装置(3700CPM)、主轴电机(6000CPM)、主轴油泵(7200CPM)最大波形锋值(Mil,振幅大小)分别为0.08、0.08、0.08、0.08、0.02、0.2。若检测值超出最大范围,则相关部件可能被损坏,需要进一步确认。

三、结语

数控设备主轴故障涉及机械、低压电气、PLC等多学科知识,维修人员应熟悉设备的机械结构、控制原理以及基本操作方法,根据故障现象,分析原因,确定合理的诊断与检测步骤。维修方法到位与不到位直接影响机床维修的质量。一般情况下,数控设备的故障多是有小毛病引起的,维修时一定要注意设备动作的上下过程,充分利用报警页面和状态显示的自诊断功能解决一些技术问题。在维修过程中可以采用以下方法:初始化复位法;参数更改,程序更正法;备件替换法;维修信息跟踪法。设备维修完毕后,要详细记录维修过程及注意事项,以便以后产生类似情况,可以快速确定故障点。设备用油及密封部件需要定期及时检查。有时可能因为油脏或密封件泄漏,导致数控设备故障产生。建立完善的设备维护和保养制度,养成良好的维护保养习惯,可以减少机床停机率,有效提高生产率。

参考文献:

[1]铣床和车床维修手册(机械部分)96-0283B.哈斯自动化机械(上海)有限公司,2010

[2]铣床和车床维修手册(电气部分)96-0284B.哈斯自动化机械(上海)有限公司,2010