進(jìn)口數(shù)控立式加工中心主軸平衡的改善

■南車戚墅堰機(jī)車車輛工藝研究所有限公司（江蘇常州 213011）丁 忠 蔡 進(jìn) 王亞山 李 陽

1.故障現(xiàn)象分析

公司兩臺(tái)德國進(jìn)口的數(shù)控立式加工中心MAG FTV850/1050，主要用于進(jìn)行齒輪的鉆孔和鏜孔工序，在加工的過程中經(jīng)常出現(xiàn)機(jī)床主軸突然下墜的故障，故障發(fā)生后機(jī)床主軸刀具頂在加工工件表面，絲錐斷在工件內(nèi)部，導(dǎo)致工件報(bào)廢。假如機(jī)床操作人員在對(duì)刀時(shí)主軸突然下墜，就有可能發(fā)生人身傷亡，因此，我們認(rèn)為此設(shè)備存在很大的安全隱患。

經(jīng)過仔細(xì)地檢查和認(rèn)真地分析后發(fā)現(xiàn)，機(jī)床在突發(fā)故障的瞬間，Z軸電動(dòng)機(jī)的剎車滯后，主軸電動(dòng)機(jī)等因自重而下墜，從而故障發(fā)生。為了機(jī)床使用安全和產(chǎn)品加工可靠，我們提出給機(jī)床Z軸安裝平衡液壓缸，用于平衡Z軸絲杠上面的主軸電動(dòng)機(jī)等重量，使機(jī)床故障時(shí)主軸不會(huì)出現(xiàn)突然下墜的情況，從而達(dá)到安全生產(chǎn)的目的。

2.改善措施

通過仔細(xì)地查閱設(shè)備采購檔案、機(jī)床說明書等資料，得知該機(jī)床平衡裝置在出廠時(shí)是可以選裝的，安裝位置已預(yù)留（見圖1），向廠家詢問報(bào)價(jià)，購買的費(fèi)用近13萬元，而且發(fā)貨要等三個(gè)月。為了減少停機(jī)時(shí)間、降低維修成本，我們決定自行研制內(nèi)置式平衡系統(tǒng)。

圖1

我們對(duì)平衡液壓缸在機(jī)床上的位置進(jìn)行測(cè)量，確定了液壓缸的安裝位置，同時(shí)確定液壓缸行程、缸徑，計(jì)算平衡壓力及氮?dú)馄咳萘浚?jīng)過多次的修改，機(jī)床內(nèi)置式兩根平衡液壓缸的圖樣終于確定了下來（見圖2、圖3）。我們自行設(shè)計(jì)制作了液壓缸的固定支架，也是經(jīng)過多次修改。

圖2

圖3 自動(dòng)補(bǔ)償平衡系統(tǒng)

3.安裝調(diào)試

調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)平衡液壓缸安裝在機(jī)床上，上電開機(jī)，此時(shí)主軸就開始往上移動(dòng)，原因是買來的氮?dú)馄繅毫_(dá)到8.0MPa，設(shè)計(jì)壓力只有5.6MPa。關(guān)機(jī)將氮?dú)馄繅毫φ{(diào)整到設(shè)計(jì)壓力，開機(jī)正常，但是在Z軸往下移動(dòng)時(shí)有異響，而且在停下來時(shí)Z軸坐標(biāo)會(huì)往上走幾毫米再停止。我們認(rèn)可理論和實(shí)際的誤差，但是應(yīng)該把壓力設(shè)在多少才是正常的？既要滿足主軸不會(huì)突然下墜，又要滿足機(jī)床的正常使用，如何來調(diào)整呢？

首先，我們將氮?dú)馄恐械膲毫M(jìn)行調(diào)整，然后將電動(dòng)機(jī)剎車松開，檢查Z軸坐標(biāo)是否發(fā)生變化（見表1）。

表1

從表1 中可以看出：①平衡液壓缸的系統(tǒng)壓力不能高于4.5MPa，也不能低于3.5MPa。②不能影響機(jī)床的正常使用，在什么情況下會(huì)影響平衡液壓缸的使用？主要是機(jī)床Z軸的負(fù)載（這臺(tái)機(jī)床是通過各軸有效電流來反映的）。③機(jī)床Z軸的移動(dòng)速度。

機(jī)床在沒有加裝平衡液壓缸之前，Z軸的伺服監(jiān)控畫面如圖4和表2所示。

圖4

表2

可以看出，Z軸在以G00（及40m/min）的速度上下移動(dòng)時(shí)，有效電流接近一致。

在加裝平衡液壓缸之后，在移動(dòng)速度不變的情況下，在調(diào)整不同的氮?dú)馄繅毫r(shí)，發(fā)現(xiàn)機(jī)床無法正常運(yùn)行，伴隨著機(jī)床振動(dòng)和異響。當(dāng)壓力降到2Mpa時(shí)，機(jī)床才恢復(fù)了正常運(yùn)行（見表3）。

表3

這種況下，平衡液壓缸起不到應(yīng)有的作用。只有降低機(jī)床的移動(dòng)速度，將Z軸的移動(dòng)速度G00調(diào)整為20m/min，再配合平衡液壓缸的壓力進(jìn)行調(diào)試（見表4）。

表4

經(jīng)過上述嘗試，平衡液壓缸的壓力設(shè)定值可以設(shè)定在3.5～4.5MPa，所以我們將壓力設(shè)定在4.5MPa。但是操作人員在機(jī)床上進(jìn)行鉆孔作業(yè)時(shí)，機(jī)床出現(xiàn)了振動(dòng)。再經(jīng)過多次的嘗試，最終壓力調(diào)整在3.5MPa，Z軸的G00最快速度設(shè)定由原來的40m/min調(diào)整為20m/min，此時(shí)機(jī)床加工才一切正常。

改裝后的加工中心經(jīng)過手動(dòng)斷電測(cè)試，主軸再無自行墜落的現(xiàn)象，設(shè)備使用過程中安全性得到了保證。

4.結(jié)語

進(jìn)口設(shè)備維修專業(yè)性強(qiáng)，技術(shù)資料收集困難，每一次成功的修理都能為企業(yè)節(jié)約成千上萬的經(jīng)費(fèi)。我們經(jīng)過這次的研制，不僅掌握了立式機(jī)床平衡系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理及調(diào)試步驟，為公司節(jié)省了20萬元以上的購買費(fèi)用，同時(shí)也為設(shè)備維修同行提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)，充分認(rèn)識(shí)了知識(shí)創(chuàng)造價(jià)值的內(nèi)涵。