Z3163型万向摇臂钻床故障分析

张顺廷 赵 丽 赵 杰 何玉柱

（1.葫芦岛滨海水电大件制造有限责任公司 辽宁葫芦岛 2.渤海造船厂集团有限公司 辽宁葫芦岛）（3.商丘质量技术监督检验测试中心 河南商丘）

Z3163型万向摇臂钻床，天津第四机床厂制造（图1）。目前仍是国内最大的普通万向摇臂钻床。主要用于大型零部件上360°钻孔、扩孔、铰孔及攻螺纹等机加工序。主轴箱能做回转、倾斜和移动，刀具能从各个方面进行加工。钻床能被吊运到工件旁、工件上及安装在大型工件中间。

图1 Z3163型万向摇臂钻床

1.横臂上升、下降无微动

使用过程中，将操作箱上扳把开关打到微动位置，横臂上升、下降出现无微动故障。微动是指横臂点动一次大约行走1～3 mm。此种功能必须有，用于水平钻孔找正。检查横臂电气主回路，发现控制横臂上升（或下降）交流接触器只是瞬间动作一下，横臂升降电机微动或不动，横臂无微动。将立柱套筒外壁表面浇注润滑油，不起作用；更换同型号交流接触器（CJ0-10A）或更换较好的西门子交流接触器（3TB4122-0X），横臂仍然无微动。进而研究钻床实现横臂微动原理是接触器三相触头瞬间接触，电源瞬间供给电机，实现横臂微动功能。检查其主回路、控制回路，未发现有异常。因此分析是由于接触器线圈得电时间太短，决定尽量延长接触器触头接触时间，来恢复钻床横臂微动功能。通过研究在接触器线圈上并联交流电容，这样接触器触头释放慢些，电容越大释放的就越慢，因为电容有储能作用。经过反复试验：在横臂上升接触器线圈上并联一组交流（3个2 μF/400 V电容串联），当线圈断电后，交流电容放电，延长接触器触头接触时间；同时在横臂下降接触器线圈上并联一组交流电容（3个1.5 μF/400 V电容串联），解决了横臂上升、下降无微动故障。

2.主轴正向寸动不停

主轴钻孔时，有时要求主轴寸动。寸动就是比点动更慢，主轴可以寸动1/4转，方便找到钻孔中心点。钻床已经使用20多年，出现主轴正向寸动时不能停止，一直旋转。按反转寸动按钮或按总停按钮，主轴才停止，万向摇臂钻床无法正常使用。

图2 万向摇臂钻床寸动液压原理图

万向摇臂钻床寸动液压原理见图2，启动主电机后，油泵供油。将操作箱上扳把开关打到微动位置，按下主轴正转（或反转）寸动按钮，接通电磁铁YA1（或YA2）动作，带动三位四通阀1C（34D-10BH）正向（反向）接通油路。第Ⅸ轴（拨叉轴）油路上腔（下腔）供油，拨叉压紧离合器上摩擦片（或下摩擦片）来实现主轴的正反向旋转，但电磁铁YA1（或YA2）不能自锁，手松开按钮，主轴自动停止旋转。按寸动时间长短，决定主轴寸动多少。

图3 万向摇臂钻床部分电气原理图

从电气回路查找故障（图3），检查寸动按钮、电磁铁YA1、YA2及其连接线，未发现问题，同时电磁铁YA1、YA2动作顺序无误。

从油路阀件查找故障，检查油泵油压2 MPa，同时主轴反向寸动正常，说明油路中油压正常。主轴正反向寸动时，检查上下油腔及离合器拨叉，都有动作，且动作顺序正常，未发现问题。

检查清洗或更换新的三位四通电磁阀1C，主轴正向寸动仍然不能停止。同时检查中发现主轴无法变挡，主轴共有16个挡位，转速范围12.5～1000 r/min。

检查离合器、上下摩擦片及增加上摩擦片数，均未解决主轴正向寸动不停故障。

通过分析机械、液压油路：主轴正向寸动时主轴旋转，说明第Ⅱ轴上摩擦片受力。因此怀疑第Ⅸ轴拨叉不在中间位置，决定拆解第Ⅸ轴。在拆解中发现第Ⅸ轴中间有一销轴，规格Φ10×70 mm，已经折断。此销轴损坏后藏在拨叉内部，外观检查不易被发现，所以拨叉未在第Ⅸ轴中间位置。此销轴是起到定位和推动上下油缸活塞作用。重新更换一根材质是40Cr同型号销轴后，主轴寸动不停故障排除。

3.主轴不变速

表1 主轴转速与电磁铁通断对照表

主轴变速是主轴变速鼓轮控制4个微动开关，进而控制4个二位三通电磁阀YV5、YV6、YV7、YV8。主轴转速与电磁铁通断对照表见表1，表1中“+”号表示接通。每个电磁阀控制一个差动油缸。按下变速按钮，压力油进入变速油缸，带动滑移齿轮变速。在变速过程中，正反转油缸也通过节流阀进入高压油，由于机床设计原因，正反转油缸面积不等（正转大于反转），使压紧摩擦片的拨叉有较小的压力压紧正转摩擦片，使传动链缓慢移动，保证滑移齿轮顺利啮合。为防止高压油影响变速，利用时间继电器KT1延时触头，延时断开变速4个二位三通电磁阀，以保证变速准确、可靠。

主轴不变速原因：鼓轮动作不灵敏；鼓轮带动4个微动开关中的个别开关损坏，造成油缸误动作；变速电磁铁YA3、电磁阀YV5、YV6、YV7、YV8损坏及控制线路故障；油路中油压不能高也不能过低，调整在2 MPa；时间继电器KT1故障；变速电磁阀2C（22D-10BH）损坏；个别油缸密封圈损坏等。

4.工作中油路油管爆裂

齿轮油泵由变速箱内的第Ⅱ轴带动旋转，系统中的压力是装在油泵上溢流阀弹簧调整控制的。工作压力在2 MPa，流量3 L/min。工作中由于溢流阀内弹簧损坏或弹簧弹力问题，造成输出油压过高，致使供第Ⅸ轴上（或下）腔油管爆裂。更换同型号弹簧，重新调整溢流阀上螺丝（调整油压大小螺丝），使输出油压力在2 MPa，钻床正常也运转。

5.操作箱漏电

万向摇臂钻床本体与操作箱中间有一根长1.2 m绝缘胶管连接，控制线在操作箱入口处绝缘未处理完善。操作箱长期使用，不定时旋转，时间长了，将入口处的控制电线磨损，造成操作箱上漏电。重新将操作箱入口控制电线做绝缘处理，操作箱内增加一根接地线，保证操作者人身安全。

6.电磁阀上的电磁铁损坏

钻床运转过程中变速箱内冒烟。经过检查，发现三位四通电磁阀1C上电磁铁YA2损坏，电磁铁行程5 mm。查找原因是由于电磁阀内部阀芯卡阻，造成电磁铁内铁芯无法吸合到位，产生较大电流，烧损电磁铁。用煤油重新清洗电磁阀内部零件，组装、更换新的电磁铁后，故障排除。

7.要求横臂前后微动时仍是快速移动

横臂前后移动要求微动，操作箱上扳把开关已经打到微动位置，但实际操作时横臂还是快速移动，钻床无法正常运转。检查电气控制回路，发现控制线路中一个微动开关（带常开、常闭点）不能自动复位，已经损坏。造成线路中73#-75#两点短接，致使横臂前后移动无微动故障，更换故障微动开关后正常。