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本文结合加工中心机械系统故障实例,对加工中心机械系统常见故障进行归纳和阐述,全面分析了故障产生的原因,系统介绍了检修的具体步骤,提出了相应的维修、保养措施。

一、主轴系统常见故障

1.主轴发热,旋转精度下降

某立式加工中心镗孔精度下降,圆柱度超差,主轴发热,噪声大,但用手拨动主轴转动阻力较小。

(1)故障分析。主轴部件解体检查,发现故障原因如下:①主轴轴承润滑脂内混有粉尘和水分,这是因为该加工中心用的压缩空气无精滤和干燥装置,故气动吹屑时少量粉尘和水气窜入主轴轴承润滑脂内,造成润滑不良,导致发热且有噪声;主轴内锥孔定位表面有少许碰伤,锥孔与刀柄锥面配合不良,有微量偏心;②前轴承预紧力下降,轴承游隙变大;③主轴自动夹紧机构内部分碟形弹簧疲劳失效,刀具未被完全拉紧,有少许窜动。

(2)故障处理。更换前轴承及润滑脂,调整轴承游隙,轴向游隙0.003mm,径向游隙士0.002mm;自制简易研具,手工研磨主轴内锥孔定位面,用涂色法检查,保证刀柄与主轴定心锥孔的接触面积大于85%;更换碟形弹簧。将修好的主轴装回主轴箱,用千分表检查径向跳动,近端小于0.006mm,远端150mm处小于0.010mm。试加工,主轴温升和噪声正常,加工精度满足加工工艺要求,故障排除。

(3)改进措施:

①增加压缩空气精滤和干燥装置,过滤器要定期排水,定期清洗或更换滤芯;

②随时检查主轴锥孔、刀柄的清洁和配合状况,检查空气干燥器工作是否正常;

③合理安排加工工艺,避免材料切除率陡变;

④严禁超负荷运行,有故障应及时报修,不得带病运行。

2.主轴部件的拉杆钢球损坏

(1)故障现象。某立式加工中心主轴内刀具自动夹紧机构的拉杆钢球和刀柄拉紧螺钉尾部锥面经常损坏。

(2)故障分析。检查发现,主轴松刀动作与机械手拔刀动作不协调。这是因为限位开关挡铁装在气液增压缸的气缸尾部,虽然气缸活塞动作到位,增压缸活塞动作却没有到位,致使机械手在刀柄还没有完全松开的情况下强行拔刀,损坏拉杆钢球及拉紧螺钉:

(3)故障处理。清洗增压油缸,更换密封环,给增压油缸注油,气压调整至0.5~0.8MPa,试用后故障消失。

(4)改进措施:

①定期检查并清洁气液增压油缸,监测刀具自动夹紧机构各部分的运行状况,及时消除故障隐患;

②定期检查调整气压和液压系统压力,检验液压油质,如氧化变质应及时更换。

3.主轴部件的定位键损坏

(1)故障现象。某立式加工中心换刀时冲击响声大,主轴前端拨动刀柄旋转的定位键局部变形。

(2)故障分析。响声主要出现在机械手插刀阶段,故障初步确定为主轴准停位置误差和换刀参考点漂移。本机床采用霍尔元件检测定向,引起主轴准停位置不准的原因可能是主轴准停装置电气系统参数变化、定位不牢靠或主轴径向跳动超差。首先检查霍尔元件的安装位置,发现固定螺钉松动,机械手插刀时刀柄键槽未对正主轴前端定位键,定位键被撞坏。主轴换刀参考点接近开关的安装位置同样有松动现象,使换刀参考点微量下移,刀柄插人主轴锥孔时锥面直接撞击主轴定心锥孔,产生异响。

(3)故障处理。调整霍尔元件的安装位置后拧紧并加防松胶。重新调整主轴换刀参考点接近开关的安装位置,更换主轴前端的定位键,故障消失。

(4)改进措施定期检查清洁主轴准停装置和主轴换刀参考点定位装置,注意观察刀柄插入主轴锥孔时的状态,及时消除故障隐患。

二、进给传动系统常见故障

1. Y轴运动中断

(1)故障现象某CINCINNATI立式加工中心,Y轴运动到某点后中断。

(2)故障分析。经检查,Y轴断路器跳闸,复位后Y轴仍不能运动。初步确定为Y轴卡死或伺服驱动系统故障。首先检查Y向滑座导轨及镶条间隙,无问题。断电后用手不1fed能转动Y轴滚珠丝杆螺母机构,确认系因日常维护保养不当,致使Y轴丝杆螺母卡死。

(3)故障处理。取出Y轴滚珠丝杆螺母副,找一合适的钳台夹紧,将锁紧螺母退松,用手转动滚珠丝杆。彻底清洗后重装并调整丝杆螺母副的预紧力。预紧力一般为最大载荷的1/3,是靠测量预紧后增加的摩擦力矩来换算的。将滚珠丝杆螺母副装回加工中心,检查并调整丝杆两端向心推力组合轴承的预紧力,用手转动滚珠丝杆的松紧程度以初定预紧力大小,重新调整滑座导轨及镶条间隙。试车后故障排除。

(4)改进措施:

①及时、彻底清理加工中心各部分的切屑,防止灰尘或切屑进入滚珠丝杆螺母副;

②工作中应避免碰击滚珠丝杆螺母副防护装置,防护装置一旦损坏应立即更换;

③每半年清除一次滚珠丝杆上旧的润滑脂,涂上新的润滑脂。

2. X、Y两轴插补加工圆台(或内孔)时,圆度误差超差

(1)故障现象。某CINCINNATI立式加工中心X、Y两轴联动加工圆台时误差大,工件圆台在过象限处有一较明显的起伏。

(2)故障分析。初步判断是X、Y轴的定位精度差或是X、Y轴有关位置补偿参数变化。调出CNC系统X、Y轴位置补偿参数检查,均在要求范围。在JOG模式下低速转动Y轴,用千分表检查,发现Y轴轴向窜动达0.2mm。检查Y轴进给传动链前、后支承座,丝杆电机支架及电机轴承无异常,丝杆轴承座内轴承游隙及预紧正常,但轴承座压盖轻微松动。

(3)故障处理。调整丝杆轴承座压盖,使其压紧轴承外圈端面,拧紧锁紧螺母。重新检测Y轴轴向窜动,小于0.005mm。重装后试加工,故障排除。

(4)改进措施:

①加强进给传动链的日常检查维护,及时紧固松动部位;

②通过对加工零件的检测,及时对进给传动链进行调整;

③每年应检查一次进给传动链的反向间隙和丝杆螺距误差并及时补偿,作出详细记录存档。

三、ATC装置

1.刀具插入主轴锥孔未卡紧

(1)故障现象。某龙门加工中心主轴拉刀松动。

(2)故障分析。加工中心刀具是靠主轴上部的蝶形弹簧拉紧的,拉不紧刀的可能原因有:①蝶形弹簧变形或失效;

②刀柄尾拉紧螺钉松动。首先检查刀柄尾拉紧螺钉,发现与刀柄的螺纹联接松动退丝,后退了约一个螺距。蝶形弹簧未失效。

(3)故障处理。调整刀柄尾拉紧螺钉在刀柄的轴向位置并加装锁紧螺母,故障排除。

(4)改进措施:

①经常检查刀柄尾拉紧螺钉的紧固状况;

②在刀柄尾拉紧螺钉和刀柄间加装锁紧螺母。

2.刀具交换过程噪声较大

(1)故障现象。某龙门加工中心刀具自动交换过程速度过快,噪声较大。

(2)故障分析。经检查,机械手拔、插刀过程速度过快,缺少缓冲过程,产生较大的撞击。该机械手的拔、插刀运动由液压油缸驱动,导致液压油缸活塞速度过快的原因主要有:

①液压油氧化变质;

②液压系统冷却器工作不正常,油温过高;调速阀节流螺钉松动。检查发现液压系统冷却器周围堆积了很多灰尘,导致冷却效率降低,油温升高,调速阀节流效果差,机械手拔、插刀过程速度变快。而液压油无变质,调速阀节流螺钉亦未松动。

(3)故障处理。彻底清理冷却器周围堆积的灰尘,分析调节机械手拔、插刀油路的调速阀,使转向速度合适。为了减小拔、插刀过程的冲击,分别调节拔、插刀油缸两端的节流螺钉,增加油缸行程末端的缓冲行程。调节完毕后重新试车,故障排除。

(4)改进措施:

①严格执行液压系统定期调整、清洗、过滤和更换制度,确保液压系统压力、流量、流速稳定;

②定期清扫液压系统冷却器和冷却风扇上的灰尘。随时观察冷却器的工作状况,严格控制油液温升。

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