加工中心換刀機(jī)構(gòu)機(jī)械故障的維修

陳 凱，黃海魏

（上海汽車(chē)乘用車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)廠(chǎng)，上海 201306）

加工中心自動(dòng)換刀裝置中，刀庫(kù)、換刀臂、主軸三者之間的相互位置精度，直接影響機(jī)床自動(dòng)換刀的準(zhǔn)確性和可靠性。使用中常由于碰撞、定位緊固件松動(dòng)等原因，使刀庫(kù)的換刀位置發(fā)生變化，造成換不上刀、損壞機(jī)械手等故障的發(fā)生。針對(duì)COMAU臥式加工中心在使用過(guò)程中換刀機(jī)構(gòu)及刀庫(kù)發(fā)生的機(jī)械故障和排除此類(lèi)故障的方法做一些具體分析。

意大利COMAU公司生產(chǎn)的1GZ臥式加工中心系列是傳統(tǒng)的高速滾珠絲杠驅(qū)動(dòng)加工中心，主軸沿X、Y向運(yùn)動(dòng)，工件沿Z軸運(yùn)動(dòng)，30位的鏈?zhǔn)降稁?kù)，另一種型號(hào)的URANE25高速加工中心是采用直線(xiàn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，單刀庫(kù)可容納24把刀，雙刀庫(kù)48把刀。不用換刀臂，主軸直接去刀庫(kù)抓刀。以下介紹排除故障率較高的換刀機(jī)構(gòu)及刀庫(kù)故障的方法，對(duì)于維修加工中心具有參考價(jià)值。

一、URANE刀庫(kù)故障現(xiàn)象及分析

1.存在的問(wèn)題

COMAU的一臺(tái)URANE加工中心報(bào)出70 1758 DB2.DBX323.2 Warning frequen cycontrol magazine adjustment。刀庫(kù)需要調(diào)整的原因是刀庫(kù)的圓盤(pán)載體材料薄件，即刀盤(pán)易變形而導(dǎo)致?lián)Q刀位置偏移，如不定期校正刀庫(kù)中每把刀的實(shí)際換刀坐標(biāo)位置，長(zhǎng)期偏位裝卸刀會(huì)導(dǎo)致主軸內(nèi)密封圈的頻繁損壞，以及輕微的碰撞造成夾爪損壞同時(shí)會(huì)產(chǎn)生“650301機(jī)械碰撞監(jiān)測(cè)（%4）”的報(bào)警。其中主軸內(nèi)密封圈的損壞會(huì)導(dǎo)致刀具內(nèi)乳化液因高壓進(jìn)入到主軸前端軸承，造成主軸內(nèi)的陶瓷軸承因缺少油霧潤(rùn)滑燒掉。在該設(shè)備投入前兩年，調(diào)用刀庫(kù)調(diào)整程序（CMAMES_QX.SPF），運(yùn)行結(jié)束后會(huì)自動(dòng)生成結(jié)果保存確認(rèn)。隨著設(shè)備使用的時(shí)間增加，這個(gè)調(diào)整程序就不能每次都順利完成。

這次調(diào)整就是維修人員在嘗試三次后，仍然不能完成，做到第一把刀或做到一半數(shù)量刀爪測(cè)量后，就出現(xiàn)程序終止的問(wèn)題。

2.問(wèn)題的分析

該程序運(yùn)行內(nèi)容是將主軸移到換刀區(qū)域，并沿X、Y方向各移動(dòng)五次，然后開(kāi)始打開(kāi)刀庫(kù)到選定的刀位，用主軸前端的鋁合金圈從Y軸上下、X軸外側(cè)三個(gè)方向去接觸刀柄，再得出X、Y坐標(biāo)點(diǎn)后，Z方向再緩慢貼近刀柄直至到位。在其過(guò)程中受到明顯的阻力或真實(shí)碰到刀柄，電流值超過(guò)前五次的平均值主軸即退回。程序終止。然后它計(jì)算得出測(cè)量的距離為鋁合金圈的半徑+刀柄的半徑，推算出圓心坐標(biāo)。如其中測(cè)出的距離≥半徑1.5mm時(shí)，程序既停止并出現(xiàn)提示信息。

3.問(wèn)題的解決

（1）解決Y軸負(fù)載

方法一較簡(jiǎn)單和直觀(guān)：將主軸分別停在Y600，500，400，300，200區(qū)域面板斷電，觀(guān)察主軸是否有上竄和下墜的現(xiàn)象，調(diào)節(jié)平衡汽缸的氣壓（設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)是0.4MPa）使設(shè)備斷電的時(shí)候主軸在Y方向不能上下移動(dòng)，如果調(diào)節(jié)氣壓無(wú)效就要檢查平衡汽缸，根據(jù)情況更換平衡汽缸的密封件。

方法二是監(jiān)控電流值：選擇測(cè)量程序操作界面Program→Workpieces→Mesure→BAL-Y→Select→Cycle Start（注意觀(guān)察機(jī)床狀態(tài)是否安全，可以啟動(dòng)此程序，程序是否被正確調(diào)用，都確定后，將倍率打開(kāi)至100%，Y軸會(huì)移動(dòng)到機(jī)床中心并上下移動(dòng)） 對(duì)Y軸進(jìn)行監(jiān)控，在操作界面START UP→Drivesservo→Servotrace進(jìn)入Servo trace measurement界面→File functions里選擇Parameter項(xiàng)目里選擇BAL-Y回車(chē)確定LOAD（應(yīng)用）→measurement Servo trace measure-ment界面，看Trace1，2，3，4項(xiàng)里是否顯示Y數(shù)值（不要更改任何選項(xiàng)里的值）→確定后在Y軸下降到最下方時(shí)按Start開(kāi)始監(jiān)控Y軸移動(dòng)時(shí)候的電流值，結(jié)束后按Display(參數(shù)表格)根據(jù)表格內(nèi)顯示的參數(shù)，范圍是直至上下之差小于5。調(diào)整好后進(jìn)入File functions→Parameter，保存此次結(jié)果。

（2）解決Z軸負(fù)載，面板上斷電后，站在設(shè)備后部人工推Z軸，正常情況下應(yīng)該很輕松地推動(dòng)，如感覺(jué)阻力很大就應(yīng)該檢查主軸的外殼，應(yīng)該光滑；檢查防護(hù)平板與主軸外殼之間的密封圈，不應(yīng)該有破損和變形。

（3）檢查刀庫(kù)輸出電機(jī)到刀盤(pán)已經(jīng)存在多大的間隙。方法是將刀庫(kù)門(mén)打開(kāi)，用絲表檢測(cè)刀盤(pán)的往復(fù)間隙，不應(yīng)超過(guò)1mm。此外還要檢查主軸前端的鋁合金圈不應(yīng)該有變形。如中途終止程序，檢查做不出坐標(biāo)的刀號(hào)上的刀爪。當(dāng)圓盤(pán)平面度誤差超過(guò)3mm時(shí)，需要更換刀盤(pán)。

（4）當(dāng)程序完成后，再核對(duì)刀庫(kù)坐標(biāo)值。如果數(shù)值偏差超過(guò)2mm時(shí)，就必須做個(gè)刀庫(kù)零位設(shè)定，因?yàn)椴换謴?fù)零位就說(shuō)明該設(shè)備在零位時(shí)，刀庫(kù)門(mén)不處于關(guān)閉狀態(tài)。

4.效果

能順利地定期完成刀庫(kù)調(diào)整，也無(wú)需手動(dòng)設(shè)置每把刀爪位置。排除了設(shè)備向重大停機(jī)事故發(fā)展的隱患。

二、1GZ換刀臂

1.提出問(wèn)題

1GZ加工中心換刀機(jī)械手換刀經(jīng)常卡住或是換好刀回不了原位，出現(xiàn)故障后要手動(dòng)恢復(fù)原位，時(shí)而造成刀庫(kù)信息錯(cuò)位，故障率居高不下。

2.分析問(wèn)題

1GZ加工中心的換刀機(jī)構(gòu)是由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)減速機(jī)帶動(dòng)曲軸箱的運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的換刀工作，每次換好刀后回到原點(diǎn)有信號(hào)開(kāi)關(guān)來(lái)確定一個(gè)換刀動(dòng)作結(jié)束。換刀動(dòng)作分六個(gè)步驟。當(dāng)走到第六步機(jī)械手旋轉(zhuǎn)-90°時(shí)經(jīng)常多走了5～15°，造成原位開(kāi)關(guān)接收不到信號(hào)報(bào)警。在維修過(guò)程中總結(jié)出故障產(chǎn)生的原因：由于主軸與機(jī)械手對(duì)刀位置偏差，在換刀時(shí)撞擊產(chǎn)生過(guò)載，損壞減速器致使制動(dòng)失效。

通過(guò)拆卸分解蝸輪蝸桿減速器，發(fā)現(xiàn)蝸輪副的接觸面磨損嚴(yán)重。蝸輪的內(nèi)壁原本是平滑的錐面，和蝸桿的錐面相配，由碟型彈簧片壓緊，正常換刀動(dòng)作中蝸輪蝸桿的錐形接觸面是不做相對(duì)運(yùn)動(dòng)的，只有在換刀動(dòng)作有干涉時(shí)為了保護(hù)曲軸箱及主軸不被撞擊損壞才有相對(duì)運(yùn)動(dòng)。將機(jī)構(gòu)拆檢后發(fā)現(xiàn)蝸輪的錐面磨損嚴(yán)重，已失去制動(dòng)效果，因而造成高速換刀回原位時(shí)產(chǎn)生的慣性使機(jī)械手偏離了原點(diǎn)。

3.解決問(wèn)題

測(cè)繪蝸輪，用國(guó)產(chǎn)加工備件更換，試機(jī)換刀正常。為了規(guī)避以后機(jī)械手換刀時(shí)與主軸碰撞，根據(jù)使用手冊(cè)制定了詳細(xì)的對(duì)刀位置調(diào)整標(biāo)準(zhǔn)流程，消除換刀時(shí)機(jī)械手的額外負(fù)載，減少減速機(jī)蝸輪的磨損。

三、1GZ刀庫(kù)鏈同步誤差

1.提出問(wèn)題

刀庫(kù)驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)與編碼器同步超過(guò)設(shè)定值0.05°報(bào)警：低速同方向旋轉(zhuǎn)到庫(kù)時(shí)同步誤差＜0.05°，但以正常倍率旋轉(zhuǎn)到庫(kù)，或低速往返旋轉(zhuǎn)到庫(kù)同步誤差＞0.05°，有時(shí)達(dá)到0.26°以上。

2.分析問(wèn)題

刀庫(kù)驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)編碼器與反饋編碼器同步超差。常規(guī)的維修思路可以確定有以下辦法檢修。

（1）直接修改設(shè)定參數(shù)，將同步誤差范圍放大到0.3°，結(jié)果換刀時(shí)因誤差太大會(huì)干涉終止換刀。

（2）伺服電機(jī)編碼器或反饋編碼器損傷，兩編碼器位移值不一致，檢查電機(jī)和編碼器是否完好，排除故障原因。

（3）1GZ刀庫(kù)的驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)與編碼器的同步范圍設(shè)定的是0.05°，當(dāng)同步大于0.05°說(shuō)明電機(jī)與編碼器之間的傳動(dòng)部件出現(xiàn)了間隙，根據(jù)對(duì)刀庫(kù)機(jī)構(gòu)的分析可以確定間隙產(chǎn)生的部位為軸承、軸、傳動(dòng)齒輪、軸承座的機(jī)械磨損。拆卸檢修后并未發(fā)現(xiàn)有機(jī)械磨損產(chǎn)生＞0.02mm間隙，恢復(fù)后進(jìn)行下一步分析。

（4）伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)同步帶拉伸變形，編碼器的同步帶拉伸變形，也可能造成伺服電機(jī)與編碼器同步超差，更換皮帶后試機(jī)問(wèn)題依然存在。

（5）編碼器連接軸可能會(huì)產(chǎn)生松動(dòng)，造成編碼器的同步帶輪位移產(chǎn)生誤差，檢查編碼器連接軸，發(fā)現(xiàn)連接軸斷開(kāi)，更換連接軸后試機(jī)正常。分析原因是此連軸器受到了徑向負(fù)載而斷開(kāi)。徑向負(fù)載的來(lái)源是維修人員在安裝更換編碼器同步皮帶時(shí)將皮帶硬壓入同步帶輪造成。

（6）絲桿傳動(dòng)部件機(jī)械磨損產(chǎn)生間隙，造成兩編碼器不同步。檢查同步帶，同步帶輪、軸承、軸承座、傳動(dòng)齒輪，視磨損情況更換。

3.解決問(wèn)題

更換斷開(kāi)的編碼器連接軸及變形的同步皮帶。自動(dòng)開(kāi)機(jī)運(yùn)行刀庫(kù)正常。