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1 主轴松紧刀具控制显示
本文以瑞士DIXI加工中心为例，论述该系列加工中心主轴松紧刀具原理及动作失效原因。该加工中心具有强大的刀具管理功能，能够满足多种工艺加工刀具的要求，在自动换刀功能中，通过类似机械手的机构，将刀具从刀库传送到主轴。
此加工中心在换刀过程中，若机械手将刀具插入主轴锥孔的时候，出现报警"主轴夹紧松开错误"，通常需要此部分原理来分析。报警无法清除，设备不能动作。手动松刀、紧刀按键，主轴也无动作。通过手动控制主轴松刀液压阀，可以实现主轴松紧刀动作。
此系列加工中心在主轴松紧刀具检测方面，在主轴刀具的不同状态设定了一定的数值范围，在主轴拉刀机构上，有一个刀具检测开关安装在主轴后部，是一个模拟量的接近开关，就是后面介绍的QB78.2。根据检测开关实际检测拉刀距离，与参数设定值比较，反馈给系统主轴的实际状态。拉到距离以模拟值数值表示。当在操作面板上，选择KEY.EXT 键，依次选择SYSTEM CONFIG--SPINDLE，观察该界面右上方的主轴松紧距离参数。如下图所示。
图1 主轴参数界面
观察界面主轴松紧距离参数，MAX FOR CLAMP WITHOUT TOOL、NOMINAL FOR CLAMP WITH TOOL、MIN FOR UNCLAMP，实际距离ACTURL DISTANCE显示当前检测开关所测量的距离。主轴无刀夹紧时，距离应小于MAX FOR CLAMP WITHOUT TOOL，有刀夹紧时，距离应介于NOMINAL FOR CLAMP WITH TOOL和MAX FOR CLAMP WITHOUT TOOL之间，主轴松开时，距离应大于MIN FOR UNCLAMP，也就是在这台设备上应当大于1.85。
手动控制主轴松刀液压阀，令主轴执行松紧刀动作。观察界面上主轴的实际状态。此案例中，发现在主轴执行动作时，状态始终不变。状态不变，有可能是检测开关出现问题，或者是主轴内部机械结构出现问题，无法动作或者是动作后某些部件功能失效。
具机电原理分析
在这个问题中，要判断是否是检测开关出现问题。通过观察，状态显示中，检测距离始终不变，也就是主轴动作状态始终不变。这就需要拆下检测开关，手动试验开关状态，通过试验，开关工作正常。
打开主轴壳体上的工艺堵，在手动主轴松紧动作时观察主轴内部，发现松紧刀具检测面所在的套松动。查阅主轴机械图，原理如下图所示。
1-距离检测开关BQ78.2 2-固定螺钉 3-滑槽 4-拉刀杆 5-锥形套 6-外部壳体
结构图中，当主轴松紧刀时，拉刀杆就会通过固定螺钉带动锥形套，锥形套的锥形表面就是检测开关BQ78.2的检测面，松刀、紧刀动作时，锥形套前后动作与检测开关距离发生相应的变化，从而检验刀具状态。
在这个案例中，图中的固定螺钉由于设备长时间工作、震动等因素而脱落在壳体内部，拉刀杆动作时，不能带动锥形套一起动作，检测开关无法检测出状态变化。当检测状态与实际动作不符时，系统随即发出"主轴夹紧松开错误"的报警。
3 失效恢复方法
根据故障原因，制定出几种主要的方案，来恢复此类主轴松紧刀问题。
第一种方法，在锥形套附近的壳体上钻开一个孔。通过孔与自带的工艺孔配合使用。找到脱落的螺钉，安装到合适的位置。不需拆卸，完成故障修复。但是在实际操作中，存在寻找螺钉困难和安装空间有限的问题，可能会对维修产生一定的难度。
第二种方法，需要根据结构原理图，逐步拆卸，直到故障部位，将故障恢复。
若采用此方法拆卸分解时，首先断开后部液压缸油管、电线、检测开关信号线等管线，再依次打开螺钉防护帽，拧下螺钉，拆下端盖，如下图（图3）。
当找到螺钉后，结合第一种方法，将螺钉安装在滑槽内。最后将拆下的部分按原样装配回去。装配过程中注意安装顺序和清洁度控制，以保证主轴正常动作。
当修复故障点后，将主轴动作到松刀或拉刀的某一状态，手动旋转调节距离检测开关BQ78.2的位置，使检测状态与当前主轴状态相一致。
最后，一定要从主轴锥孔侧调节主轴拉刀距离，使其达到松刀、拉刀的最佳位置。同时，应检测拉刀力，保证拉刀后，有足够的拉刀力。
这样，通过故障现象分析、判断检查、机械结构分解排故，逐一分析和排查了可能造成此类故障的原因，最终完成了这类主轴松紧刀具失效问题恢复。
4 结语
数控机床主轴松紧刀具对主轴动作实现和性能具有很重要的意义。松紧刀具错误，设备就无法正常换刀，不能工作。在工厂生产的实际应用中，主轴松紧刀具问题是较为常见的一类问题，原因通常集中在检测、拉倒杆、碟簧等方面。此案例中，通过研究该设备主轴的松刀位置检测结构，可以彻底的修复此类故障，有助于将来对类似故障更好更快的排除。可以使专业人员更好的开展对电主轴的维修工作，具有重要的现实意义。
论文作者:马英坤
论文发表刊物:《中国西部科技》2019年第1期
论文发表时间:2019/3/13
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