搖籃式五坐標加工中心 C 軸轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)故障原因分析與處理
2021-1-27 來源： 昌河飛機工業(yè)( 集團) 有限責任公司 作者：林超青
摘要: 針對 HS664ＲT，搖籃式五坐標加工中心力矩電動機驅(qū)動的 C 軸轉(zhuǎn)臺故障，介紹了故障排查、處理方法和力矩電動機相位角同步設(shè)置步驟。
關(guān)鍵詞: 力矩電動機; 相位角同步; 液壓抱閘裝置
1、 C 軸轉(zhuǎn)臺存在的故障和問題
HS664ＲT 搖籃式五坐標加工中心在運行過程中經(jīng)常發(fā)生 C 軸電動機過載過流報警，并伴有轉(zhuǎn)臺抖動現(xiàn)象。同時該機床在開機上電過程，經(jīng)常發(fā)生 A/C 液壓抱閘報警，機床無法上電，要反復(fù)多次才能上電。這種現(xiàn)象和故障持續(xù)一段時間后，C 軸轉(zhuǎn)臺徹底無法轉(zhuǎn)動，五軸機床只能當三軸機床使用。
2、 C 軸轉(zhuǎn)臺無法轉(zhuǎn)動的原因分析
2．1 C 軸轉(zhuǎn)臺的結(jié)構(gòu)
HS664ＲT 搖籃式五坐標加工中心 C 軸轉(zhuǎn)臺主要是由轉(zhuǎn)臺本體( 框架) 、工作臺、軸承、液壓抱閘組件、力矩電動機( 定子和轉(zhuǎn)子組成) 、圓光柵和冷卻水道幾大主要部件組成，主要部件如圖 1 所示。力矩電動機定子、液壓抱閘組件安裝在轉(zhuǎn)臺本體上，力矩電動機轉(zhuǎn)子、工作臺安裝在軸承上，圓光柵安裝在工作臺上，力矩電動機轉(zhuǎn)子帶動工作臺旋轉(zhuǎn)，圓光柵測量旋轉(zhuǎn)角度和速度。
圖1 C軸轉(zhuǎn)臺
2．2 C 軸轉(zhuǎn)臺無法轉(zhuǎn)動的可能原因
根據(jù)轉(zhuǎn)臺的結(jié)構(gòu)可以分析得到 C 軸轉(zhuǎn)臺無法轉(zhuǎn)動可能的原因有如下幾個方面:
( 1) 力矩電動機損壞。轉(zhuǎn)子和定子之間有異物，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子和定子間隙不符合要求，定子線圈短路，電流增大，電流超過額定電流，致使伺服系統(tǒng)報警，電動機無法旋轉(zhuǎn)，使得 C 軸轉(zhuǎn)臺無法旋轉(zhuǎn)。
( 2) 圓光柵出現(xiàn)故障，導(dǎo)致工作臺旋轉(zhuǎn)角度和旋轉(zhuǎn)速度測量不準確，從而導(dǎo)致機床工作臺無法旋轉(zhuǎn)。
( 3) 轉(zhuǎn)臺的自調(diào)心平面軸承損壞，軸承無法旋轉(zhuǎn)，由于機械卡死，將導(dǎo)致力矩電動機輸出扭矩超過規(guī)定值而出現(xiàn)電流、扭矩報警，機床工作臺無法旋轉(zhuǎn)。
( 4) 液壓抱閘組件變形損壞。由于 C 軸轉(zhuǎn)臺的鎖緊和松開采用液壓抱閘系統(tǒng)，液壓抱閘組件由磷青銅彈性變形圓環(huán)和圓環(huán)塑料油槽組成，工作臺液壓鎖緊是往塑料油槽充油，油槽變形，推動磷青銅彈性變形圓環(huán)變形，從而鎖緊工作臺。轉(zhuǎn)臺松開時，液壓油泄壓，磷青銅彈性變形圓環(huán)和圓環(huán)塑料油槽恢復(fù)原狀，轉(zhuǎn)臺就可以轉(zhuǎn)動了。如果磷青銅彈性變形圓環(huán)和圓環(huán)塑料油槽損壞，或彈性失效，導(dǎo)致磷青銅彈性變形圓環(huán)與工作臺的間隙過小，就會出現(xiàn)轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)動困難，力矩電動機出現(xiàn)電流過載，扭矩過大和旋轉(zhuǎn)過程抖動的情況。
( 5) 開機上電過程，經(jīng)常發(fā)生 A /C 液壓抱閘報警，導(dǎo)致機床轉(zhuǎn)臺無法轉(zhuǎn)動的可能原因一個是液壓抱閘組件或液壓管路有泄漏，導(dǎo)致鎖緊壓力達不到設(shè)定值，從而導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)液壓鎖緊故障。另外可能的原因是液壓控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障，導(dǎo)致液壓系統(tǒng)無法正常工作，鎖緊壓力達不到設(shè)定值，出現(xiàn)故障，機床無法上電。
3、 C 軸轉(zhuǎn)臺無法轉(zhuǎn)動可能原因的處理
3．1 電動機損壞可能原因
拆開轉(zhuǎn)臺密封蓋，露出力矩電動機的轉(zhuǎn)子和定子，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子和定子之間部分區(qū)域有明顯的銹蝕現(xiàn)象，如圖 2 所示。冷凝水多，定子( 線圈) 有多處明顯短路燒焦如圖 3 所示，可以判斷力矩電動機已經(jīng)短路燒蝕損壞。冷凝水多的原因可能是冷卻水的溫度設(shè)定，使電動機內(nèi)外溫差過大，因此在電動機外部出現(xiàn)冷凝水。
圖2 電動機銹蝕
圖3 電動機燒蝕
檢查電動機水冷控制系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)冷凝水的溫度設(shè)定在17 ℃ ，而室溫有 28 ℃ 左右，所以會出現(xiàn)冷凝水現(xiàn)象。把水冷溫度設(shè)定在 24 ℃后，冷凝水現(xiàn)象消失。由于力矩電動機短路燒壞，所以要更換力矩電動機組件( 由定子和轉(zhuǎn)子組成，如圖 4) 。
圖4 力矩電動機（定子和轉(zhuǎn)子）
更換力矩電動機后進行試車，發(fā)現(xiàn) C 軸轉(zhuǎn)臺還是無法旋轉(zhuǎn)。因此 C 軸轉(zhuǎn)臺無法旋轉(zhuǎn)不止力矩電動機損壞一個因素，還有其他原因。
3．2 C 軸圓光柵出現(xiàn)問題
如果 C 軸圓光柵出現(xiàn)問題，C 軸旋轉(zhuǎn)速度和角度測量不準確，也會導(dǎo)致 C 軸無法轉(zhuǎn)動。該機床采用的是海德漢圓光柵，所以可以使用 PWT18 海德漢光檢測儀對光柵進行測試。測試結(jié)果表明，圓光柵信號正常，旋轉(zhuǎn)靈活，圓光柵故障的可能性排除。
3．3 轉(zhuǎn)臺的自調(diào)心平面軸承損壞
如果轉(zhuǎn)臺的自調(diào)心平面軸承損壞，軸承無法旋轉(zhuǎn)或旋轉(zhuǎn)不靈活，那工作臺的轉(zhuǎn)動也會出現(xiàn)轉(zhuǎn)動困難和抖動，導(dǎo)致力矩電動機電流和扭矩增大超限，出現(xiàn)報警，甚至燒壞電動機。把電動機和工作臺拆除后，露出自調(diào)心平面軸承( 如圖 5) ，發(fā)現(xiàn)軸承外觀完好，旋轉(zhuǎn)靈
活。因此自調(diào)心平面軸承損壞的可能性可以排除。
圖5 自調(diào)心平面軸承
3．4 液壓抱閘組件變形損壞
對于液壓抱閘組件變形損壞，導(dǎo)致工作臺無法旋轉(zhuǎn)的可能性，進行下面的一些測試和檢查。把工作臺和力矩電動機安裝完好，斷開電動機電纜和液壓管路，此時液壓抱閘組件沒有壓力，處于無變形自由狀態(tài)，根據(jù) C 軸轉(zhuǎn)臺的結(jié)構(gòu)，此時轉(zhuǎn)臺可以人為盤動旋轉(zhuǎn)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)臺無法人為盤動，甚至用撬杠也無法盤動轉(zhuǎn)臺。由于力矩電動機是新購置的，沒有問題，所以出現(xiàn)問題可能是液壓抱閘組件變形損壞。為驗證，把力矩電動機拆下，此時僅僅只有工作臺、自調(diào)心平面軸承、液壓抱閘組件，再次人為盤動轉(zhuǎn)臺，發(fā)現(xiàn)故障依舊。所以可以確認，轉(zhuǎn)臺無法旋轉(zhuǎn)的另外一個原因是液壓抱閘組件損壞。拆下液壓組件，發(fā)現(xiàn)磷青銅彈性變形圓環(huán)表面有明顯的摩擦痕跡，因此可以確定磷青銅彈性變形圓環(huán)變形不正常。
圖6 磷青銅彈性變形圓環(huán)
圖7 磷青銅彈性變形圓環(huán)加工
通過測量發(fā)現(xiàn)，彈性變形圓環(huán)( 圖 6) 變形不夠，導(dǎo)致工作臺無法旋轉(zhuǎn)。因此可以對彈性變形圓環(huán)進行加工( 圖 7) 保證足夠的變形余量。加工完成后，把彈性變形圓環(huán)、工作臺安裝完成后進行測試，結(jié)果表明，工作臺可以正常旋轉(zhuǎn)，故障排除。
3．5 液壓管路有泄漏或控制系統(tǒng)有問題
排除力矩電動機和液壓抱閘組件故障后裝機試車，發(fā)現(xiàn)工作臺無法正常液壓鎖緊和松開。液壓鎖緊的壓力達不到要求，C 軸鎖緊設(shè)定值為 4 MPa，但是實際值只有 2 MPa，給液壓系統(tǒng)保持壓力的蓄能器壓力也會降到2 MPa，正常值是 4 MPa。由于壓力達不到要求，可能的原因是液壓管路有泄漏或控制系統(tǒng)有問題。
通過檢查液壓管路，沒有發(fā)現(xiàn)泄漏，液壓抱閘組件也沒有發(fā)現(xiàn)漏油現(xiàn)象。因此液壓系統(tǒng)泄漏的可能性可以排除。
對于控制系統(tǒng)問題，在數(shù)控系統(tǒng)中強制給出 C 軸鎖緊信號，PLC 有信號輸出，但是壓力還是 20 MPa 沒有變化。通過檢查發(fā)現(xiàn)雖然 PLC 有信號輸出，但是控制 C 軸鎖緊/松開的電磁閥沒有得電，電磁閥沒有切換動作，人為切換電磁閥閥芯位置，則液壓壓力就可以馬上達到 4 MPa。檢查電磁閥控制電纜和控制中間繼電器，發(fā)現(xiàn)控制電磁閥動作的中間繼電器損壞，雖然PLC 有信號輸出，但是中間繼電器沒動作，導(dǎo)致故障。更換中間繼電器后，C 軸能正常鎖緊/松開。
3．6 力矩電動機相位角同步設(shè)置
由于 C 軸轉(zhuǎn)臺采用的永磁體同步力矩電動機，新安裝的力矩電動機要進行相位角同步設(shè)置，使轉(zhuǎn)子永久磁場與定子的電磁場同步。如果這個同步角度未測量或角度設(shè)定不對，將會導(dǎo)致電動機輸出力矩變小，出現(xiàn)無法帶動負載和機床抖動等故障。
相位角同步調(diào)試的步驟一般有以下幾個步驟: 第一步按伺服驅(qū)動調(diào)試軟件的要求，設(shè)置相關(guān)參數(shù)和狀態(tài)，把力矩電動機設(shè)置成相位角同步調(diào)試狀態(tài)，伺服驅(qū)動類型不同，則驅(qū)動調(diào)試軟件不同，參數(shù)和狀態(tài)設(shè)置要求也不同，力矩電動機相位角同步設(shè)置要根據(jù)驅(qū)動類型和調(diào)試軟件的要求進行設(shè)置; 第二步，自動旋轉(zhuǎn)工作臺或手動旋轉(zhuǎn)工作臺，此時驅(qū)動系統(tǒng)會檢測到相位角偏差; 第三步，把驅(qū)動系統(tǒng)檢測到的相位角偏差值設(shè)置到相關(guān)參數(shù)中; 第四步，把力矩電動機從相位角同步調(diào)試狀態(tài)恢復(fù)成正常工作狀態(tài)。圖 8 是伺服驅(qū)動調(diào)試軟件進行力矩電動機相位角同步設(shè)置的畫面。完成力矩電動機相位角同步設(shè)置后，對機床進行測試，結(jié)果表明，故障排除，力矩電動機設(shè)置正常，機床能夠正常運行。
圖8 力矩電動機相位角同步測量和設(shè)置
4 、結(jié)語
對于采用力矩電動機的轉(zhuǎn)臺故障，進行故障排查時，要綜合機械，液壓和電氣等多種手段，才能取得比較好的效果。特別是更換力矩電動機還要進行同步設(shè)置，如果不進行相應(yīng)參數(shù)和相位角同步設(shè)置，即使是新電動機也會出現(xiàn)輸出扭矩小，無法帶動負載和機床抖動等現(xiàn)象，機床無法正常運行。
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