加工中心换刀机构机械故障的维修

陈 凯，黄海魏

（上海汽车乘用车发动机厂，上海 201306）

加工中心自动换刀装置中，刀库、换刀臂、主轴三者之间的相互位置精度，直接影响机床自动换刀的准确性和可靠性。使用中常由于碰撞、定位紧固件松动等原因，使刀库的换刀位置发生变化，造成换不上刀、损坏机械手等故障的发生。针对COMAU卧式加工中心在使用过程中换刀机构及刀库发生的机械故障和排除此类故障的方法做一些具体分析。

意大利COMAU公司生产的1GZ卧式加工中心系列是传统的高速滚珠丝杠驱动加工中心，主轴沿X、Y向运动，工件沿Z轴运动，30位的链式刀库，另一种型号的URANE25高速加工中心是采用直线电机驱动，单刀库可容纳24把刀，双刀库48把刀。不用换刀臂，主轴直接去刀库抓刀。以下介绍排除故障率较高的换刀机构及刀库故障的方法，对于维修加工中心具有参考价值。

一、URANE刀库故障现象及分析

1.存在的问题

COMAU的一台URANE加工中心报出70 1758 DB2.DBX323.2 Warning frequen cycontrol magazine adjustment。刀库需要调整的原因是刀库的圆盘载体材料薄件，即刀盘易变形而导致换刀位置偏移，如不定期校正刀库中每把刀的实际换刀坐标位置，长期偏位装卸刀会导致主轴内密封圈的频繁损坏，以及轻微的碰撞造成夹爪损坏同时会产生“650301机械碰撞监测（%4）”的报警。其中主轴内密封圈的损坏会导致刀具内乳化液因高压进入到主轴前端轴承，造成主轴内的陶瓷轴承因缺少油雾润滑烧掉。在该设备投入前两年，调用刀库调整程序（CMAMES_QX.SPF），运行结束后会自动生成结果保存确认。随着设备使用的时间增加，这个调整程序就不能每次都顺利完成。

这次调整就是维修人员在尝试三次后，仍然不能完成，做到第一把刀或做到一半数量刀爪测量后，就出现程序终止的问题。

2.问题的分析

该程序运行内容是将主轴移到换刀区域，并沿X、Y方向各移动五次，然后开始打开刀库到选定的刀位，用主轴前端的铝合金圈从Y轴上下、X轴外侧三个方向去接触刀柄，再得出X、Y坐标点后，Z方向再缓慢贴近刀柄直至到位。在其过程中受到明显的阻力或真实碰到刀柄，电流值超过前五次的平均值主轴即退回。程序终止。然后它计算得出测量的距离为铝合金圈的半径+刀柄的半径，推算出圆心坐标。如其中测出的距离≥半径1.5mm时，程序既停止并出现提示信息。

3.问题的解决

（1）解决Y轴负载

方法一较简单和直观：将主轴分别停在Y600，500，400，300，200区域面板断电，观察主轴是否有上窜和下坠的现象，调节平衡汽缸的气压（设定标准是0.4MPa）使设备断电的时候主轴在Y方向不能上下移动，如果调节气压无效就要检查平衡汽缸，根据情况更换平衡汽缸的密封件。

方法二是监控电流值：选择测量程序操作界面Program→Workpieces→Mesure→BAL-Y→Select→Cycle Start（注意观察机床状态是否安全，可以启动此程序，程序是否被正确调用，都确定后，将倍率打开至100%，Y轴会移动到机床中心并上下移动） 对Y轴进行监控，在操作界面START UP→Drivesservo→Servotrace进入Servo trace measurement界面→File functions里选择Parameter项目里选择BAL-Y回车确定LOAD（应用）→measurement Servo trace measure-ment界面，看Trace1，2，3，4项里是否显示Y数值（不要更改任何选项里的值）→确定后在Y轴下降到最下方时按Start开始监控Y轴移动时候的电流值，结束后按Display(参数表格)根据表格内显示的参数，范围是直至上下之差小于5。调整好后进入File functions→Parameter，保存此次结果。

（2）解决Z轴负载，面板上断电后，站在设备后部人工推Z轴，正常情况下应该很轻松地推动，如感觉阻力很大就应该检查主轴的外壳，应该光滑；检查防护平板与主轴外壳之间的密封圈，不应该有破损和变形。

（3）检查刀库输出电机到刀盘已经存在多大的间隙。方法是将刀库门打开，用丝表检测刀盘的往复间隙，不应超过1mm。此外还要检查主轴前端的铝合金圈不应该有变形。如中途终止程序，检查做不出坐标的刀号上的刀爪。当圆盘平面度误差超过3mm时，需要更换刀盘。

（4）当程序完成后，再核对刀库坐标值。如果数值偏差超过2mm时，就必须做个刀库零位设定，因为不恢复零位就说明该设备在零位时，刀库门不处于关闭状态。

4.效果

能顺利地定期完成刀库调整，也无需手动设置每把刀爪位置。排除了设备向重大停机事故发展的隐患。

二、1GZ换刀臂

1.提出问题

1GZ加工中心换刀机械手换刀经常卡住或是换好刀回不了原位，出现故障后要手动恢复原位，时而造成刀库信息错位，故障率居高不下。

2.分析问题

1GZ加工中心的换刀机构是由伺服电机驱动减速机带动曲轴箱的运动来实现机械手的换刀工作，每次换好刀后回到原点有信号开关来确定一个换刀动作结束。换刀动作分六个步骤。当走到第六步机械手旋转-90°时经常多走了5～15°，造成原位开关接收不到信号报警。在维修过程中总结出故障产生的原因：由于主轴与机械手对刀位置偏差，在换刀时撞击产生过载，损坏减速器致使制动失效。

通过拆卸分解蜗轮蜗杆减速器，发现蜗轮副的接触面磨损严重。蜗轮的内壁原本是平滑的锥面，和蜗杆的锥面相配，由碟型弹簧片压紧，正常换刀动作中蜗轮蜗杆的锥形接触面是不做相对运动的，只有在换刀动作有干涉时为了保护曲轴箱及主轴不被撞击损坏才有相对运动。将机构拆检后发现蜗轮的锥面磨损严重，已失去制动效果，因而造成高速换刀回原位时产生的惯性使机械手偏离了原点。

3.解决问题

测绘蜗轮，用国产加工备件更换，试机换刀正常。为了规避以后机械手换刀时与主轴碰撞，根据使用手册制定了详细的对刀位置调整标准流程，消除换刀时机械手的额外负载，减少减速机蜗轮的磨损。

三、1GZ刀库链同步误差

1.提出问题

刀库驱动伺服电机与编码器同步超过设定值0.05°报警：低速同方向旋转到库时同步误差＜0.05°，但以正常倍率旋转到库，或低速往返旋转到库同步误差＞0.05°，有时达到0.26°以上。

2.分析问题

刀库驱动伺服电机编码器与反馈编码器同步超差。常规的维修思路可以确定有以下办法检修。

（1）直接修改设定参数，将同步误差范围放大到0.3°，结果换刀时因误差太大会干涉终止换刀。

（2）伺服电机编码器或反馈编码器损伤，两编码器位移值不一致，检查电机和编码器是否完好，排除故障原因。

（3）1GZ刀库的驱动伺服电机与编码器的同步范围设定的是0.05°，当同步大于0.05°说明电机与编码器之间的传动部件出现了间隙，根据对刀库机构的分析可以确定间隙产生的部位为轴承、轴、传动齿轮、轴承座的机械磨损。拆卸检修后并未发现有机械磨损产生＞0.02mm间隙，恢复后进行下一步分析。

（4）伺服电机驱动同步带拉伸变形，编码器的同步带拉伸变形，也可能造成伺服电机与编码器同步超差，更换皮带后试机问题依然存在。

（5）编码器连接轴可能会产生松动，造成编码器的同步带轮位移产生误差，检查编码器连接轴，发现连接轴断开，更换连接轴后试机正常。分析原因是此连轴器受到了径向负载而断开。径向负载的来源是维修人员在安装更换编码器同步皮带时将皮带硬压入同步带轮造成。

（6）丝杆传动部件机械磨损产生间隙，造成两编码器不同步。检查同步带，同步带轮、轴承、轴承座、传动齿轮，视磨损情况更换。

3.解决问题

更换断开的编码器连接轴及变形的同步皮带。自动开机运行刀库正常。