带机械臂的HAAS 加工中心换刀故障诊断与维修

孙进军

（连云港杰瑞自动化有限公司，江苏连云港 222006）

0 引言

某单位使用的进口加工中心设备皆为美国HAAS 公司设计生产，设备的操作系统和设计理念与国产设备存在不少差异，机床厂家提供的与机床维修相关资料也很少，缺少电气电路说明书和机械资料。机床经过长时间使用或经常进行重载加工，设备可能出现各种状况，即使小故障也需联系或等待厂家维修人员到现场解决，不仅浪费大量的宝贵生产时间，还需承担高额的维修费用。有时因厂家维护人员忙等诸多因素，设备甚至出现几个月无法使用的现象。针对上述情况，以带有机械手臂HAAS 立式加工中心换刀故障为例，总结相关诊断思路和排除方法，为机床相关人员提供维修指导和参考。

1 HASS 机床换刀

要解决HAAS 机床换刀故障，首先要熟悉和牢记正常的换刀动作流程：主轴向上抬起回到换刀零点，刀库盘同时将要更换刀具旋转到位，刀套向下翻转到竖直状态，机械手臂旋转180°，同时卡住两端刀具，主轴微向上抬起，主轴内卡簧在气压作用下松刀，机械手臂向下运动同时拔下主轴和刀库刀套端的刀具，手臂继续旋转180°，并向上运动至换刀零点，主轴落下紧刀，机械手臂反向回转180°，刀套在气缸作用下收回。换刀动作完成。

当HAAS 加工中心执行换刀指令后，机床主板会调用固化在存储器中的换刀宏程序，通过数据线将控制信号传递到机床的I/O 板，该电路板执行机床大部分的辅助指令，在机床换刀时的作用很重要（表1）。以下介绍HAAS 机床换刀故障维修实例。

表1 I/O 板上与换刀相关的常用控制信号

2 刀具甩（掉）出

换刀时刀具从机械手臂卡爪甩（掉）出，此时机床可能出现的报警号：113#～115#。

2.1 故障现象

换刀手臂在换刀转动的过程中经常甩（掉）刀，甩（掉）刀多发生转动过程中，而不是在主轴正拔刀或在向装刀套装刀时。

2.2 诊断分析

此类故障一般是由于换刀机械手臂上的锁紧销锈死或手臂内的弹簧断裂，导致手臂端部的卡爪夹不紧刀具，致使刀具在手臂转动过程中由于惯性甩（掉）出。

2.3 维修

先按下述流程操作：①按机床操作面板上的红色复位键，然后按“TOOL CHANGER RESTOR”键；②根据机床屏幕上出现的提示，一直按“Y”键，直到出现按键选择页面的提示后，利用操作面板上的“ATC FWD”和“ATC REV”键，使换刀手臂转动到方便的位置；③用手按压手臂上的锁紧销，看动作是否灵活，若按压很费力，表明锁紧销锈死，需拆下清洗；④若锁紧销没有问题，需将手臂平面上的盖板拆开，检查手臂内的弹簧有无问题，手臂弹簧在手臂两端垂直和水平方向上各有2 个，一个是推动手臂卡爪处的锁紧块的，另一个是推动手臂上的锁紧销的；⑤若弹簧没有断裂，则需清洗弹簧，并清除安装槽内杂物。通过上述的方法，此类故障即可解决。

3 换刀主轴定向失效

换刀主轴端部定向键角度不对、无法定向或定向位置容易跑偏，可能出现的报警号：116#。

3.1 故障现象

（1）在自动换刀之前，主轴必须转动到固定方位，固定其端部的定位键朝向。但是在出现上述报警后主轴不转动，或主轴一直慢速转动停不下来，直至出现报警。

（2）主轴定向的位置每次都会发生少许变动。

3.2 诊断分析

（1）自动换刀指令发出并执行后，主轴不执行定向动作，可以确定是编码器的同步齿形带断裂。对于主轴一直慢速旋转，找不到定位方向的情况，多为主轴端或编码器电机端的齿轮磨损严重。

（2）对于主轴定位方向总是会发生轻微偏移的现象，一般为编码器的螺钉固定不紧。

3.3 维修

针对上述故障现象（1）的解决方法是先将主轴外罩拆下，检查编码器处的连接情况及齿轮的状况。

针对故障现象（2）的解决方法是面向主轴时，拆下右手边侧面中间的观察窗端盖，使用专业的加长内六角扳手，将编码器安装座上螺钉固定紧，然后按下述流程操作：按操作面板急停键，按“PARAM DGNOS”键，进入参数诊断界面，输入数字“257”，按向下光标键，调整257#参数值后，按“WRITE ENTER”键，松开急停按钮，按复位键。按照2.3 所述操作流程，将手臂位置一端调整到最接近主轴下方位置，观察主轴上的定位键与手臂卡刀处定位槽的偏差，然后反复执行故障现象（2）的操作流程，直至自动换刀时，换刀手臂与主轴定位键无明显的撞击声音为止。

4 机械手臂转动不到位

换刀时机械手臂转动不到位，可能出现的报警号：628#。

4.1 故障现象

在执行换刀指令时，手臂时常停留在不正确的位置，机床出现报警。

4.2 诊断分析与维修

（1）排除机床气压影响，如轻微漏气或机床进气压力调整略低。

（2）观察机床凸轮箱中的润滑油有无冻住或润滑油位是否偏低，将机床刀库侧面带有数字盘的盖板拆下，维修人员面对刀库盘，可以看到刀库盘辐条后有3 个光电式感应开关，在这些开关的附近有1 个凸轮箱润滑油位的观察窗口（图1）。在天气特别寒冷的环境中，润滑油可能会有冻住的现象，从而影响换刀手臂动作。排除油冻住情况后，观察油位是否偏低，若偏低需添加美孚634#油。

图1 凸轮箱油位观察窗口及手臂位置感应开关接口

（3）排除上述原因后，可拆开换刀手臂凸轮箱外罩，检查各控制信号插头有无松动或线路有无老化破皮等（图2）。使用多用表测量发现信号不对时，需循线路找到机床后部电气柜中的I/O 板的相应插头确认，也可更换同型号机床的I/O 板后再试机。

图2 凸轮箱顶部信号控制插头

（4）排除前3 种情况后，换刀手臂仍不能按正常位置转动到位的话，可检查图1 所示油位观察窗口旁边的3 个光电式感应开关，这3 个开关是用来检测换刀手臂是否转动到指定特殊位置的。开关的更换可能需要专用扳手，更换后测试新开关旋进凸轮箱的程度，确认感应效果最灵敏有效。装好开关后，在开关的外周涂上专用密封胶防止凸轮箱从开关处渗油。

（5）最后可能是机床凸轮箱的蜗轮蜗杆有磨损，这时候就只能拆下整个凸轮箱，对其内部零件进行专业研磨。

5 刀库盘转动受阻

换刀时刀库盘转动很慢或不转动情况，可能出现的报警号：627#或628#。

5.1 故障现象

当机床自动换刀，刀库盘旋转慢且无力，或转动1、2个刀套位后不动。

5.2 诊断分析与维修

（1）控制刀库盘的电机损坏，需拆开换刀凸轮箱外罩，找到刀库盘电机，用多用表检查电机线圈绕组有无断、短路情况（图3）。

图3 刀库盘电机

（2）刀盘电机下端的电机碳刷脏或有油污渗入，打开碳刷盖，清理干净，做好防油污措施。

（3）刀盘电机上方同步齿轮皮带张紧力不够、皮带即将断裂，可更换新皮带。

（4）刀盘电机与刀盘铸件间的方形开槽内有一大的黑色凸轮机构，其长时间使用，凸轮面有磨损，可通过紧固螺栓微调其位置和高度。

（5）图2 右边的I/O 控制信号插头油污严重或插接不良，需逐一检查。

上述所有原因排查后，如果仍无结果，可对调或更换同型号的I/O 电路板。

6 与换刀相关的机床参数说明和设置调整方法

在维修机床换刀或其他相关故障时，经常涉及到设置调整部分机床参数（表2）。

表2 机床维修与换刀相关参数

7 总结

在解决加工中心换刀故障前，不能盲目操作，应仔细分析，判断好机床出现的状况是属于机械、电气、操作、系统软件哪一种情况。然后结合机床正常的动作流程，分析出可能的原因，继而确定需检测的故障部位，纠正不正确的操作，修改相关系统参数等。

解决HAAS 机床换刀故障时，所有人员都应遵从下列事项：①在必须修改机床某些参数才能解决故障时，要先行记录，如拍照、录像、笔录等，以便于恢复；②拆装机床各部件时使用专门的收纳盒，分类收集，记录拆装顺序，装配前对零部件使用专业的清洗剂去污；③在检修机床各电气元件时，如驱动器、变频器等，确认是否需要采取防静电措施、是否需要断电、是否已经断电、是否放电完毕、是否需备份系统参数，拔插接头时记录位置，动作轻微防止损坏插针等，恢复安装前清扫元器件，安装后检查接地情况；④焊接线路时，检查有无虚焊、漏焊，铰接线路时避免出现尖端放电。