數(shù)控機(jī)床液壓系統(tǒng)可能出現(xiàn)的故障足多種多樣的．不同的數(shù)控機(jī)床由于所用的液壓裝置的組合元件不同，出現(xiàn)的故障也就不同，即使同類數(shù)控機(jī)床閃裝配淵整等諸多外界因素影響，所出現(xiàn)的故障也不盡相同。如有的是某一液壓元件失靈而引起的，有的是系統(tǒng)中各液壓元件綜合因素所造成的，而機(jī)械、電器以及外界因素也會(huì)引起液壓系統(tǒng)出現(xiàn)故障。

　　液壓系統(tǒng)的故障往往閎為液壓裝置內(nèi)部的情況觀察不到。所以不能像有些機(jī)械故障那樣一目了然，這就給故障診斷及后續(xù)的維修帶來困難，但是液壓系統(tǒng)中一些帶有共性特點(diǎn)的問題能為故障診斷及維修時(shí)提供參照。

1 VMC300加工中心故障現(xiàn)象

　　當(dāng)機(jī)床按程序自動(dòng)加工時(shí)．機(jī)械手把刀拔出后繼而向上升起，再進(jìn)行順時(shí)針方向180。旋轉(zhuǎn)，此時(shí)發(fā)生報(bào)警。查報(bào)警內(nèi)容得知，機(jī)械手旋轉(zhuǎn)不到位，機(jī)械手回轉(zhuǎn)動(dòng)作遲緩，刀具不到位。該機(jī)床在使用中曾一度出現(xiàn)機(jī)械手回轉(zhuǎn)動(dòng)作遲緩，角速度明顯降低。直接影響機(jī)械手抓刀、放刀的準(zhǔn)確性，有時(shí)還出現(xiàn)刀具不到位或掉刀現(xiàn)象。

2 故障診斷與分析

　　VMC300加下中心是瑞典SAJO公司的產(chǎn)品，刀庫容納18把刀，配置日本FANUC 6M—MODEL B數(shù)控系統(tǒng)。機(jī)械手的叫轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)及液壓缸的工作原理如圖1所示．當(dāng)油壓進(jìn)入液壓缸的油腔時(shí)，活寒開始以”速前進(jìn)．并由齒條帶動(dòng)齒輪回轉(zhuǎn)180°，使機(jī)械手由主軸位置旋轉(zhuǎn)到刀庫位置，或由刀庫位置旋轉(zhuǎn)至主軸位置．完成抓刀、放刀工作。這一動(dòng)作的控制時(shí)問是很嚴(yán)格的，如果時(shí)間出現(xiàn)快或慢時(shí)，刀具就會(huì)不到位，下一個(gè)動(dòng)作就無法進(jìn)行。計(jì)算機(jī)將報(bào)警停機(jī)．因此它是機(jī)械手全套動(dòng)作中不可分割的一部分。

　　從故障的表面現(xiàn)象上看．不管是順時(shí)針還是逆時(shí)針回轉(zhuǎn)180°時(shí)動(dòng)作遲緩。即控制時(shí)間出現(xiàn)誤差，當(dāng)出現(xiàn)刀具不到位或掉刀現(xiàn)象后．整個(gè)機(jī)床立即停機(jī)，不能繼續(xù)工作。機(jī)械手的回轉(zhuǎn)是由液壓控制液壓缸實(shí)現(xiàn)的，根據(jù)推力液壓缸的工作原理可知，當(dāng)該液壓缸正常工作時(shí)活塞的速度為：

　　從式(1)、(2)中可以看出，影響液壓缸速度”及同轉(zhuǎn)角速度w的只能是流量Q，而工作時(shí)Q也是一定的，只有在活塞出現(xiàn)內(nèi)泄漏時(shí)。流量口出現(xiàn)了損失．從而造成了角速度的降低。

　　處于這種分析．對(duì)液壓缸的兩個(gè)活塞的密封裝置進(jìn)行檢查和試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)造成內(nèi)泄漏的原因是活塞的密封裝置有磨損。然而從機(jī)械手的外部看不出泄漏現(xiàn)象，因?yàn)閺臋C(jī)械手的總體結(jié)構(gòu)上分析，機(jī)械手的外部密封，特別是該回轉(zhuǎn)液壓缸的外部密封是良好的．也就是說，如果活塞出現(xiàn)內(nèi)泄漏，當(dāng)左端液壓缸進(jìn)入油壓后，壓力油將從兩活塞的密封磨損處進(jìn)入右端液壓缸而流回油管。同樣，右端液壓缸進(jìn)入油壓后，壓力油義將從兩活塞的密封磨損處進(jìn)入左端液壓缸而流同油管，如果當(dāng)密封元件磨損嚴(yán)重，液壓缸的外部密封裝置承受不住液壓油的內(nèi)部壓力時(shí)�；蛞簤焊椎耐獠棵芊馐�效后。外泄漏才有可能出現(xiàn)。

　　再檢查NC系統(tǒng)、PLC指示的發(fā)光二極管．均很正常。用手強(qiáng)制電磁換向閥動(dòng)作，機(jī)械手能夠順時(shí)針或逆時(shí)針方向180°或0°自由旋轉(zhuǎn)，并且經(jīng)手動(dòng)換向閥后．一切動(dòng)作義恢復(fù)正常，這時(shí)故障并沒有排除，還處于隱蔽狀態(tài)。當(dāng)多次發(fā)生這種故障時(shí)，發(fā)現(xiàn)電磁閥上的發(fā)光二極管不亮，說明交流100V電壓沒有供給電磁閥或者發(fā)光管損壞。打開電磁閥測量檢查，的確無交流100V電壓，而接線并不松動(dòng)．插頭也完好，發(fā)光管也沒損壞，其它各接線盒內(nèi)端子板上的接線也均無松動(dòng)，但PLC輸出指示器上有表示機(jī)械手順時(shí)針180°旋轉(zhuǎn)指示。測量結(jié)果表明，從PLC的輸出到電磁閥的連線是通路的，并無斷線處．那么按照一般的PLC控制理論來講．只要PLC的輸出發(fā)光二極管燃亮，就說明PLC有輸出，電磁閥就應(yīng)該有電，相應(yīng)的機(jī)械手動(dòng)作就應(yīng)該執(zhí)行。另外PLC的輸出發(fā)光二極管亮．則說明NC有信號(hào)到達(dá)PLC，即輸入信號(hào)是正確的．并且送不同的動(dòng)作指令，PLC均有相應(yīng)的指示．這說明來自NC的信號(hào)是完全沒有問題的，故障不會(huì)發(fā)牛在NC部分。由于沒有PLC各指示部分的電路網(wǎng)，給分析故障帶來了一定的嘲難．而該控制柜是板后接線．所有的控制插板均需拆下．再按照板卜的元件和印制電路板上的印制電路．對(duì)照插座細(xì)細(xì)查找。這是很費(fèi)時(shí)間的，也是很用難的。PLC部分共有6塊印制電路板．一塊CPC板。一塊ROM板．一塊電源板．還有3塊輸出板即NP-44板、NN-62板、AC-3板。根據(jù)故障的現(xiàn)象，可不考慮前3塊板，問題只能出在3塊輸出板上。而且接控制機(jī)械手旋轉(zhuǎn)輸出的是AC-3板．岡此首先應(yīng)查找這塊電路板。

3 技術(shù)論證

　　故障點(diǎn)確定后，具體的就是要解決活塞的密封問題和PLC上印制電路板的AC-3板輸出問題。

　　3.1 活塞的密封問題

　　該活塞的密封是采用一個(gè)以Y形橡膠圈為主和一個(gè)特殊硬塑料制成的密封環(huán)為輔進(jìn)行密封的(如圖2所示)。但Y形密封圈和密封環(huán)的尺寸規(guī)格均屬瑞典國家的標(biāo)準(zhǔn)系列，與我國的標(biāo)準(zhǔn)系列不符。因此，主要的問題就是要找到合適的密封元件來代替上述密封元件。然而，這對(duì)于該機(jī)械手的工作性質(zhì)來說，這并不是一個(gè)簡單交換密封元件的問題，而必須從機(jī)械手的全部動(dòng)作和數(shù)控機(jī)床的整體t作要求全面考慮時(shí)間匹配問題，這就要進(jìn)行必要的技術(shù)論證，以滿足機(jī)械手的角速度和精度，從而達(dá)到整個(gè)機(jī)械手動(dòng)作的協(xié)調(diào)一致。

　　根據(jù)該機(jī)械手的具體要求：①密封元件要密封好；②密封處的摩擦阻力要合適。密封的好壞是在液壓缸體和活塞沒出現(xiàn)問題的情況下由密封元件本身保證的，而密封元件的摩擦阻力就成了要解決問題的關(guān)鍵。對(duì)于一般機(jī)床液壓缸活塞的密封元件的摩擦阻力可以不必過多考慮，因?yàn)槊芊馓幍哪Σ磷枇εc其它阻力相比是較小的，動(dòng)作時(shí)間也沒有嚴(yán)格要求，所以，往往與機(jī)械效率合并為一起考慮。而在此處就不同了，因?yàn)槊芊馓幍哪Σ磷枇Φ母淖儠?huì)影響機(jī)械手的回轉(zhuǎn)角速度，活塞動(dòng)作的快或者慢．都不能正常工作，都有可能相互造成時(shí)間差和時(shí)間累積誤差，從而影響到整個(gè)機(jī)械手的協(xié)調(diào)動(dòng)作。在試驗(yàn)中就出現(xiàn)過機(jī)械手動(dòng)作慢，使刀具不能及時(shí)歸位，嚴(yán)重時(shí)還出現(xiàn)了掉刀現(xiàn)象。

　　液壓缸的推力是由工作液體的壓力作用在液壓缸有效作用面積上所產(chǎn)生的，用以克服負(fù)載來實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的回轉(zhuǎn)動(dòng)作，這時(shí)活塞前進(jìn)的推力為：

　　由于同油是直接到油箱的，所以回油背壓可近似為零。液壓缸活塞的推力不但要克服由于負(fù)載帶來的阻力．同時(shí)還必須克服其它一些阻力，即：

　　這里P_T、P_慣、P_密是一定的，而需要改變的是P_密 ，即原有的Y形密封圈和密封環(huán)要用合適的國產(chǎn)密封元件取而代之，那就要用上述分析的理論來對(duì)新、舊密封元件的p女進(jìn)行計(jì)算和證明。并加以比較和修正，以保證機(jī)械手的摩擦阻力在合適的丁作范圍內(nèi)，使之能夠正常工作。
　　首先對(duì)原舊的液壓缸活塞密封處的Y形橡膠密封圈的摩擦阻力計(jì)算如下：

　　再對(duì)舊的液壓缸活塞密封處的密封環(huán)的摩擦阻力計(jì)算如下：

　　對(duì)于選擇新的密封元件，根據(jù)上述分析和論證�？紤]了多種密封兀件．又經(jīng)反復(fù)計(jì)箅P密，找出最合適的密封元件是以一個(gè)Y形密封罔為主、兩個(gè)往復(fù)式O形密封罔為輔進(jìn)行密封(如同3所示)，它們的摩擦阻力分別計(jì)算如下：

新的Y形密封圈的摩擦阻力：

　　這樣舊的密封元件摩擦阻力之和為157.8N。新的密封元件摩擦阻力之和為157.2N，相差甚微。再對(duì)液壓缸兩端活塞的結(jié)構(gòu)分別進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)計(jì)。并將這嶼密封元件在活塞上進(jìn)行合理分布。裝配后，經(jīng)實(shí)測和現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)，機(jī)械手各動(dòng)作匹配可靠，時(shí)間控制準(zhǔn)確，達(dá)到了理想的技術(shù)要求，機(jī)械手回轉(zhuǎn)動(dòng)作遲緩，刀具不到位的故障排除。

3.2 PLC的AC-3板輸出問題

　　日方提供的資料中只有梯型圖和電路的大致框圖．而無其它圖樣，因此只能利用狀態(tài)指示燈進(jìn)行論證。根據(jù)說明書上提供的捅頭號(hào)。對(duì)照印制電路板上的插座號(hào)，再沿印制電路板上的印制電路，查到機(jī)械手旋轉(zhuǎn)輸出繼電器Y23.2，這時(shí)檢查PLC輸出指示器，發(fā)現(xiàn)表示Y23.2的發(fā)光二極管亮．而測試Y23.2其管角不通，即不能輸出交流100V電壓。因此判斷問題出在Y23.2這個(gè)固體繼電器上，以及與之相連接的元件上，或者這個(gè)繼電器之前的電路E某個(gè)元件損壞所致。此時(shí)通過手動(dòng)方式送機(jī)械手動(dòng)作指令，PLC輸入指示器上有關(guān)的發(fā)光管亮．說明輸入止常。通過PLC指示器檢查與機(jī)械手旋轉(zhuǎn)有關(guān)的內(nèi)部繼電器C111.5和C111.4，當(dāng)送機(jī)械手逆時(shí)針00旋轉(zhuǎn)指令時(shí)，發(fā)現(xiàn)C111.4有電而C111.5無電。梯形圖中電路的接法正好是C111.4常開點(diǎn)與C111.5的常閉點(diǎn)串聯(lián)．然后驅(qū)動(dòng)輸出繼電器Y23.3，這時(shí)Y23．3通電動(dòng)作，說明電路工作正常。此時(shí)PLC輸m指示器上表示Y23.3的指示燈亮，經(jīng)測試Y23.3的負(fù)載端也確有交流100 V電壓輸出．電磁閥動(dòng)作，其上的指示燈亮。機(jī)械手完成逆時(shí)針0° 旋轉(zhuǎn)。而當(dāng)送機(jī)械手順時(shí)針180°旋轉(zhuǎn)指令時(shí)，經(jīng)檢查C111.5有電，而C111.4無電．由于C111.5的常開點(diǎn)與C111.4的常閉點(diǎn)串聯(lián)，說明電路是通路的，而由C11.5和C11.4驅(qū)動(dòng)的輸出繼電器Y23.2就應(yīng)該有電。檢查PLC輸出指示器，發(fā)現(xiàn)表示Y23.2的指示燈亮，而測試Y23.2繼電器的輸出端，并沒有交流100V電壓，其輸出只在零點(diǎn)幾伏。這說明該繼電器已損壞，換上一個(gè)同型號(hào)的繼電器，報(bào)警消失，故障徹底排除。

4 結(jié)論

　　1)機(jī)械手同轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)不外乎有兩類。一類是機(jī)械傳動(dòng)．一類是液壓傳動(dòng)。VMC300加工中心是20世紀(jì)80年代初的產(chǎn)品，采用液壓傳動(dòng)方式，即采用液壓馬達(dá)、電磁閥、流量控制閥等來驅(qū)動(dòng)機(jī)械手的運(yùn)轉(zhuǎn)。應(yīng)該說采用液壓傳動(dòng)較之采用變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的機(jī)械手回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)來講，就其電氣控制系統(tǒng)而肓，要簡單得多，也比較直觀，一般不容易出現(xiàn)故障。但也有它的特殊性，隨著設(shè)備的使用環(huán)境、加工條件、工件的復(fù)雜程序、所用刀具的數(shù)量多少而有所變化，尤其是刀具的長度．刀具的質(zhì)量以及刀具在刀庫的分布情況也是一個(gè)很重要的因素。

　　2)基于上述論證、分析和排故方法，對(duì)以后陸續(xù)出現(xiàn)的該機(jī)床機(jī)械手的其它幾個(gè)液壓缸的密封元件的類似故障，用上述方法進(jìn)行論證、計(jì)算和設(shè)計(jì)，使機(jī)械手上的全部4個(gè)液壓缸活塞上的密封元件都用國產(chǎn)的密封原件進(jìn)行了代替．實(shí)現(xiàn)了國產(chǎn)化，同時(shí)又將活塞的結(jié)構(gòu)重新設(shè)計(jì)和制造．使這臺(tái)加工中心機(jī)械手的全部動(dòng)作都達(dá)到所要求的技術(shù)指標(biāo)。這些棘手的故障得到了合理解決．正式投入使用后工作一直正常，從而使這臺(tái)設(shè)備在生產(chǎn)中繼續(xù)發(fā)揮重大作用。 

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本文標(biāo)題：加工中心機(jī)械手回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的液壓控制系統(tǒng)故障診斷與修復(fù)技術(shù)

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