德国进口的卧式加工中心113号NC报警，111、112、114号报警的维修

故障现象：1984年从德国进口的卧式加工中心，设备长期运行都比较正常。直到1990年5月，机床因频繁出现113号NC报警，间或出现111、112、114号报警而使机床停机。

分析及处理过程：
1．故障分析
   从上述报警号可以断定，故障发生在Y轴，进而从机床操作手册中找出这几个报警号的解释：113是轮廓误差监视，111是静态误差监视，112是给定速度太高，114是监视测量系统硬件。上述报警出现，表示机床发生下列故障：113号报警的出现，提示正在运动轴的实际位置超出了TEN 346机床参数规定的公差带；111号报警，提示坐标轴定位时的实际位置与给定位置之差，超过TEl01规定的准停极限：112或114报警，是由于要消除误差，调整NC运动速度而引起。
   Y轴是一个闭环位置控制系统，与其他轴的不同之处是：为抵消主轴箱的重量，Y轴增加了一套液压平衡系统；且Y轴的伺服电动机具有断电制动功能。
   Y轴控制系统大致可分为：NC系统(SINUMERIK8系统)、光栅位置检测系统(HEIDE—NHAIN公司的LSl07光栅)、速度调节系统(1NDRAMAT伺服系统)和机械(包括液压)系统4部分。这4部分中哪个系统出现故障，都会影响到机床运动误差，从而导致机床报警。
   我们检修机床是按逐一否定法进行的。具体做法是，把各种故障因素中怀疑最大的，先作为故障环节对待，其他部位则暂定完好无故障。对有怀疑的环节先进行全面检查，直至排除所有故障疑点后，将此定为无故障环节，再寻求下一个故障环节，直至排除。以此类推，直到机床全部运行完好。
   在Y轴闭环位置控制的4大系统中，由于NC系统检修比较复杂，更换组件时又会造成RAM存储器中的数据丢失，因此必须做好重新输入数据的准备，否则很难恢复机床的原有功能。通常这部分留待最后解决。速度调节系统出现故障引起报警，常常是由于驱动电动机转速不稳定造成的。这部分检修最简单的办法是更换速度调节器和伺服电动机。如果没有备件，可用X轴的调节器和电动机替换(因X轴是正常的)。换用时要注意调节器调零。用X轴的调节器和电动机时，要把Y轴调节器的编程板换到X轴调节器上；由于X轴电动机无制动装置，更换电动机时要把主轴箱支撑好，开机后再去掉支撑。经交换检查电器系统和光栅位置检测系统正常。问题可能在机械(包括液压)系统方面。
   这部分涉及的零件较多，能直接影响运动误差的有液压平衡系统、丝杠螺母间隙、丝杠预拉伸力、主轴箱与导轨的纵、横向间隙等。这方面的检修我们采取先易后难的原则进行。

2．故障诊断及处理
   (1)拆卸平衡液压缸，清洗调整液压阀  Y轴主轴箱的液压平衡系统如图8-12所示。液压平衡力的大小及其变化，直接影响着驱动电动机的工作电流及运动误差。检查平衡力是否合适，最有效的办法是检查驱动电动机的电流。平衡良好时，机床主轴箱上升和下降时的电动机电流值相差不大。当机床用100％快速上升时，电动机电流达4.6A左右，以同样速度下降时平衡液压缸的第二级液压缸工作，电动机电流就由5A突然上升到8～9A。拆下电动机，用转矩扳手转动丝杠，当转矩值在正常范围，且上升时的转矩略大于下降时的转矩，则说明下降时电动机电流增大的原因，是由于小液压缸工作时回油不畅造成的。进一步分析，回油不畅与调压阀、溢流阀和液压缸有关。在没有平衡液压缸具体结构图的情况下，为了进一步核算平衡力和完善资料，我们对液压缸进行了拆卸测绘。与此同时，为排除油路堵塞的可能性，对调压阀和溢流阀进行了清洗，对压力进行了重新调整。
   1)检查蓄能器充氮压力。蓄能器的压力直接影响快速运动时液压缸的压力稳定。检修前，应先检查蓄能器的压力是否符合图样要求，经检查现有压力只有2.8MPa，远低于5MPa的规定。于是重新将蓄能器充到5MPa，开车试机，运动状况没有改善。
   2)拆卸液压缸，清洗调整液压阀。拆卸平衡液压缸之前，为防止电动机制动力不够而使主轴箱下滑，主轴箱下面垫一防落支撑。平衡液压缸是一伸缩式液压缸，共两级。第一级液压缸直径为?105mm~?90mm，第二级液压缸直径为?65mm-?36mm，两液压缸的有效工作面积均为23cm2，如按规定的调整压力5.5MPa计算，平衡力为12400N。装好清洗后的液压缸、调压阀和溢流阀，启动液压泵，把压力调到5.5MPa。用转矩扳手转动丝杠，测得主轴箱上升时转矩略大。故将压力调到5.7MPa以增加平衡力。这时液压缸的回油压力为5.9MPa，装上电动机试车后，测得电动机上升时的电流为4.5A，下降时为6~8A，两者的差值仍较大。由图8-12可知，快速下降时溢流阀参与了增加回油速度的工作，所以压力不宜调得太高，只要调到稍高于5.9MPa即可。我们用100％快速运动时，压力调到6MPa测量电动机上升时的电流为4.5A，下降时为6A。因两者相差较小，调至此压力是合适的。
   (2)拆装Y轴滚珠丝杠  图8-8c为Y轴滚珠丝杠结构图。滚珠丝杠与螺母间的间隙、丝杠预拉力的大小都直接影响着运动误差，所以决定：
①调整滚珠丝杠与螺母达到一定的预紧力。
②调整由于左、右端向心－推力组合轴承的磨损，使丝杠预拉力为3000N，使丝杠伸长0.02mm，从而减小产生的轴向间隙。
   1)拆卸步骤：①测出滚珠丝杠空载转矩。先起动液压系统，使平衡液压缸工作，拆下Y轴伺服电动机。用扭力扳手旋转丝杠，沿主轴箱上、中、下不同位置测量  (每隔200mm测一次，共测6点)，记下主轴箱在每个位置的上升、下降的转矩，以供重装时参考。②关闭液压系统，为防止主轴箱下滑，支撑Y轴滑座。③拆掉上护板与主轴箱联接螺钉，将护板推到上端，用绳拴牢。④拆下下护板。由于这台机床属加长导轨，Y轴滑座的行程为1250mm，护板不能从下端拆下，为松开丝杠下端轴承螺母，须将下护板的下端盖锯下来(为便于维修，可改为拆装的结构)，将下护板向上推至主轴箱，并用绳子拴牢。⑤用自制专用扳手松开上、下丝杠轴承螺母(先松防松螺母)。⑥旋转丝杠顶出上、下向心－推力组合轴承，检查其磨损情况。⑦拆除丝杠螺母法兰的固定螺栓，从上方旋出螺母(滚珠螺母为内循环双螺母，上下共8排176只滚珠)。⑧为便于检查丝杠与螺母的磨损情况及调整其间隙，需将上、下轴承座拆除，取出丝杠副。⑨调整丝杠与螺母的间隙(预紧力)。为了使丝杠与螺母在最大轴向载荷时不致产生过大的间隙，应对丝杠和螺母施加一定的预紧力。预紧力的大小，一般应等于或稍小于最大载荷的1/3。测量预紧力则是靠测量预紧后增加的摩擦力矩大小来换算，如：预紧力为3000N时，经换算，最后的附加摩擦力矩为0.43N?m。亦就是说，如果螺母的力矩是0.43N?m，预紧力即约为3000N。预紧力可通过上、下螺母端面间的垫片来调整。
   2)装配注意事项：①装配顺序基本上是拆卸顺序的颠倒。②旋上固定丝杠螺母法兰的固定螺栓，逐步将螺栓旋紧，最终旋紧要求的力矩为49N.m；为便于以后调整立柱导轨与主轴箱的间隙，暂不装上、下护板。③丝杠上轴承螺母(M40x1.5mm)的预紧力矩为1.5N.m。经计算预紧力约为3000~4000N，按轴预紧力不小于丝杠最大轴向载荷的1/3计算，丝杠最大轴向载荷约为10000N。④旋紧丝杠下轴承螺母之前，先将主轴箱摇到丝杠最上端位置，起动液压平衡液压缸工作，去掉主轴箱的防落支撑；为避免影响下螺母拉伸丝杠的固紧力，要将下轴承上端的螺母松几牙螺纹。⑤将千分表座吸在靠近下轴承座端面的丝杠上，表头触及下轴承座端面，用专用扳手和弹簧秤旋紧下端螺母，同时观看千分表读数达到丝杠伸长0.02mm时为止。该螺母旋紧、松开要反复几次，以便使0.02mm值准确无误。经计算，此时丝杠的预拉伸力约为3500~3950N，比要求的3000N略大些。这是因为：a)主轴箱与立柱间有摩擦力的作用，b)有碟形弹簧起作用。转动螺母使丝杠拉伸的同时，碟形弹簧也被压缩。所以，旋下端轴承螺母的角度与碟形弹簧的强力有直接关系。在无碟形弹簧处于刚性联接的情况下，确保丝杠伸长0.02mm就够了，否则很难补偿由于轴承磨损而引起的预拉伸力的降低。最后旋紧下轴承的上端螺母。⑥滚珠丝杠预紧前的空载转矩应在10~15N?m以下，当施加3000N预紧力时，预紧后的附加摩擦力矩为0.43N?m。⑦检查电动机与丝杠联轴器的键槽和爪槽，其配合不得松动。⑧拆装时注意保护轴承座内的挡油圈，不得撕裂。
   (3)调整主轴箱与Y轴立柱导轨镶条和夹紧滚轮  如主轴箱与立柱之间有间隙，在主轴箱移动时，会造成移动速度的瞬时变化，过大就导致报警。为此在主轴箱上X轴方向置放水平仪，上、下移动主轴箱，水平仪在上、下不同位置上的读数差为0.054/1000mm，发现此值过大；在Z轴方向置放水平仪，上、下移动主轴箱，水平仪在不同位置(每隔200mm测一次，共测6点)的读数差为0.07/1000mm，上升、下降各测一次，取其平均值，发现此值也较大。由于X、Z轴两个方向测得的主轴箱上、下移动的差值均较大，说明主轴箱与立柱结合面存有间隙，导致立柱导轨的直线性变差，因而造成运动速度瞬间变化出现报警。
   1)调整主轴箱在Y轴立柱上沿X轴方向的间隙。在Y轴立柱右导轨的左右两侧，装有4套循环式直线运动滚动块(德国INA公司产的RUS 26126，Cr3；厚26mm，宽42mm)，右侧上、下两套滚动块由镶条用M8×1.25mm×70mm的螺钉拉紧，借此调整间隙：左侧两套滚动则不能调整。图样要求调整螺钉用60~80N?m转矩旋紧(该值远大于我国旋紧M8螺纹28N．m的规定)。经计算，当用60N?m旋紧M8螺母时，M8螺钉所受的拉力为25000N，从而使每套滚动块承受的压力为7000N。为避免螺钉被拉断，我们用54N?m扳手旋了2转，便出现了令人满意的效果。此时平衡液压缸工作，旋转丝杠上、下移动主轴箱，Y轴全长上的转矩在8~11N?m之间，比调紧镶条前(10~15N?m)小，水平仪读数差也由原来的0.054/1000mm降至0.032~0.04/1000mm，测得Y轴中心在X轴方向偏移为0.08mm。
   2)调整主轴箱在Y轴立柱导轨Z轴方向的压紧滚轮。Y轴立柱导轨Z轴方向共有8只压紧滚轮，左右导轨各4只，其相对导轨正面的是不可调整的直线运动滚动块(RUS26126)，8只滚轮实际上是8只圆偏心夹紧机构(偏心距为1.3mm)。滚轮为INA公司产NUTR30，为圆弧角，允许滚轮中心线与Y轴立柱导轨面有一不大的偏斜。该压紧机构在任何位置上夹紧后均能自锁。滚轮的压紧转矩规定为10N?m，经计算每个滚轮的压紧力约为2500N左右，8只滚轮的压紧力共约20000N，与立柱侧面(Z轴方向)的镶条相比，压紧力小得多。我们按图纸规定用10N?m的转矩压紧偏心滚轮，测得丝杠空载转矩在14N?m以下。将主轴箱摇到立柱最上端，将丝杠螺母法兰上的固定螺钉用49N?m转矩旋紧。最后装好上、下护板。
   经过上述的检查、调整、试车后，故障消除。这说明报警主要是由于机械部分间隙造成的。由于间隙使坐标轴在运动时的速度不再是恒速，而是在恒速上附加了一个间隙值，并通过实际位置检测系统放大了这个值，该值又使速度调节环节的输入电压发生变化，当这种循环超过一定误差范围时，就会导致上述各种报警。