SAJO 加工中心液压原理及故障检修

黄智勇，刘志红，刘志勇

（中国航发贵州黎阳航空发动机有限公司，贵州贵阳 550000）

0 引言

SAJO10000 加工中心为瑞典萨耀公司生产的5轴联动加工中心，机床的精度及自动化程度高，机床尺寸大，各轴的行程：X=1600 mm；Y=1500 mm；Z=1750 mm；A=0～110°；B=0～360°工作台尺寸1000×1000 mm，该设备使用方便，适应范围广。

1 SAJO10000 加工中心液压系统的原理分析

SAJO10000 加工中心机床的故障率较高，特别是液压系统。就液压系统的工作原理作简要论述说明。SAJO10000 加工中心的主液压原理如图1 所示。机床的液压系统由以下5 个部分组成：①动力部分；②机床自动换刀控制部分；③主轴平衡控制部分；④轴制动控制；⑤主轴刀具松刀控制。

1.1 动力部分

由油箱、过滤器、液压泵等组成。在油箱的上部装有温度及液位传感器（ST1、SL2），用以监测油位及温度。油液经液压泵加压输出，图中在泵的左边有一电磁阀YV5B，用来切换泵的高、低压工作状态。以达到系统对油压的不同要求。在泵的主出口油路上装有主过滤器，并配有压力继电器SP1，用以监测油滤器的状态。当过滤器太脏、堵塞时油压升高，左侧的单向阀被打开，通过单向阀为系统补油。同时SP1 被触发，系统出现过滤器太脏需清洗或更换的报警。

1.2 机床自动换刀控制部分

机床自动换刀部分包括1 个伺服轴和在轴上的机械臂和机械爪。这部分的控制包括：机械爪的松开及夹紧、机械臂的旋转、机械臂的伸缩、机械臂的上下运动。现简要说明各控制功能的组成及特点。

（1）机械爪的松开及夹紧。由二位四通电磁阀YV54、YV55 及油缸组成。系统油液经8.5 MPa 溢流减压控制后通过单向阀进入电磁阀，通过对电磁阀YV54、YV55 的控制来实现机械爪的松开及夹紧。

图1 SAJO10000 加工中心主液压原理

（2）机械臂的旋转。由三位四通电磁阀YV52、YV53，整体式旋转油缸，二位二通电磁阀YV66，及一个节流阀组成。压力油首先进入三位四通电磁阀YV52、YV53，通过电磁阀YV52、YV53 的切换控制机械臂的正反向旋转。在回油支路中串入二位二通电磁阀YV66 和节流阀的并联回路，此设计可通过二位二通电磁阀YV66 的通断和节流阀的作用来达到改变机械臂旋转速度的目的。另外，三位四通电磁阀YV52、YV53 中位的封闭状态可保持机械臂在旋转中意外停机时，保持原位不变的状态。以免开机时意外的旋转，造成事故。

（3）机械臂的伸缩。由三位四通电磁阀YV56、YV57 及油缸组成。由于机械臂的伸缩是水平方向的运动，没有其他外力影响，因此这部分的三位四通电磁阀YV56、YV57 的中位为油缸的左右腔与油箱相通。

（4）机械臂的上下运动。由三位四通电磁阀YV50、YV51，上下油缸，回油路的单向阀及溢流阀组成。机械臂的上下运动是在垂直方向，重力对他的运动产生影响。因此在回油路中设置了用于特殊控制的单向阀和溢流阀。当机械臂由下向上运动时，油液通过三位四通电磁阀的右位再通过单向阀进入油缸的右腔使机械臂向上运动。向下运动时油液从油缸的左边进入的同时也进入到溢流阀，触发溢流阀打开，将并联的单向阀旁路掉，使油缸右腔的油带阻力的通过溢流阀回油箱，从而能够控制机械手下降速度。当运动中意外停机时，由于溢流阀的触发油压消失，溢流关断。机械臂不会自由下落。

1.3 主轴平衡控制部分

由于这台机床的主轴箱重达数吨，必须在垂直运动的Y 方向上设有平衡装置。液压平衡部分的线路在图1 中的右下方，由供油开关、单向阀、压力继电器、10 MPa 溢流阀、2 个大平衡油缸、储能罐S、压力表和节流开关组成。压力油由供油开关进入，经单向阀到压力继电器及限压溢流阀后对储能罐加压，达到要求的压力后推动两平衡油缸，实现主轴的平衡状态。储能罐的一个重要作用是在机床停机状态下，仍可保持该支路的油压，保持主轴箱一直处于平衡状态。此回路的单向阀作用是外油路只能补压，内油路对外封闭。

1.4 A 轴制动控制

机床的A 轴是控制主轴箱的上下摆动，是一个可以联动的伺服轴。对于此轴在刚性和制动力的大小有较高的要求。A 轴的液压制动线路在图中的上部。他由两个单向阀、增压缸、两个电磁阀YV6 和YV7、溢流阀、储能罐S1、手动换向阀、节流阀及制动油缸组成。工作过程：油液经右边的单向阀进入增压缸的左侧，增压后的油液通过两个电磁阀YV6 和YV7 进入制动缸的左侧，推动活塞右移，实现制动。当A 轴旋转时电磁阀YV6 失电，制动油缸左侧油路连通油箱，泄压解除制动。当机床关机时，为保持A 轴不致在重力作用下搭头而造成碰伤零件或损坏刀具，在线路中设计了停机保压回路。当机床停机时，YV7 失电，阀的右位油路接通，在左边的由单向阀构成的封闭回路中（图中的节流阀处在关闭状态），油压靠储能罐来保持，从而达到A 轴停电保持制动状态。

1.5 主轴刀具松刀控制

加工中心的主轴刀具的拉紧方式同一般加工中心相同，采用蝶形弹簧，力量大，比较稳定，占空间小。他的松刀是靠松刀油缸克服蝶形弹簧力来实现，因此油缸的推力大。液压系统的油压比较大。机床液压泵的高压状态就是为他而设计。由于油缸及管路工作于高压状态，对油缸和管路及油温都有比较高的要求。因此这部分易出问题。

2 使用中典型故障的修理

机床的液压部分在使用中的故障率较高，因液压线路相对较复杂，排故难度也较大。就该机床在实际生产中出现的故障和排故经过举例如下。

2.1 主轴换刀出现的卡刀故障

故障现象：机床在运行程序自动换刀时当机械爪将新刀插入到主轴的装刀孔时出现碰撞声，刀具无法插入，出现报警。有时甚至出现刀具从机械爪上掉下来的情况。此故障多出现在下午，或气温较高时。

处理过程：首先对油压进行仔细的监测，发现在换刀中油压有明显的下降，对各管路及接头进行排查，没有发现有漏油现象。但出现故障时油温偏高达到40 ℃（机床正常时油温25 ℃）。对比同类型机床，发现油冷机偏小，重新改装加大油冷机。改装后稍有效果，但不明显。随后进一步查找原因，再仔细的对比同类型的其他机床，最后查明此机床的油压的高低压切换在出厂时设置错误，设置反了，他的低压最高值刚好处在高压正常工作的下临界点之上。起初机床在新机的状态下，各方面都正常，反映不出来。随着机床多年的使用，磨损增加，到最后出现故障。将机床的高低压切换反置后，机床工作正常。

2.2 主轴换刀出现无法执行故障

故障现象：机床在运行程序自动换刀时刀具不能从主轴上拔出，程序停止，报警。

处理过程：经过检查，换刀中没有松刀信号，油压等其他状态都正常。最后查明换刀油缸损坏，更换后正常。

2.3 A 轴出现的停机搭头故障

故障现象：A 轴在关机后搭头，造成碰伤零件或损坏刀具。

处理过程：通过对液压线路分析后认为一定是他的停机保压回路出现了泄漏。在停机保压回路中，涉及到的元件有制动缸、电磁阀、储能罐、手动换向阀、溢流阀、节流阀、及单向阀和管路等。在上述诸多的影响元件中首先对管路及各个接头进行排查，经过检查没有发现有渗、漏油的地方。紧接着对相对较易磨损的制动缸进行拆卸检查，特别对重点怀疑的油缸密封圈仔细的作了检查，没有发现问题。最后对认为不可能出故障的5 m高的机床上部的各元件的状况进行手动切换检查，当扳动节流阀的手柄时，发现手柄并没有关死，还能向闭死位置拧动半圈多。最后将此节流阀闭死后，A 轴掉头故障消失。此故障的出现是由于最初节流阀没有完全关闭，当初没有泄漏，经多年使用逐渐产生泄漏造成。