五軸加工中心旋轉(zhuǎn)銑頭結(jié)構(gòu)分析與調(diào)整

盧 龍

（中國航發(fā)西安動(dòng)力控制科技有限公司，陜西西安 710077）

0 引言

某型號(hào)五軸加工中心是由德國德瑪吉公司生產(chǎn)，此種型號(hào)的加工中心可以進(jìn)行自動(dòng)立臥轉(zhuǎn)換，集立式、臥式加工中心于一身?？梢赃M(jìn)行多坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)，自動(dòng)化程度高，加工精度高。一次裝夾可以完成空間各種復(fù)雜形面的加工，提高工件的加工效率并且消除工件多次裝夾產(chǎn)生的誤差。

由于機(jī)床加工零件類型繁多，機(jī)床長時(shí)間高頻率過度使用，且加工工藝流程沒有優(yōu)化，以及操作失誤引起的碰撞等原因，造成銑頭內(nèi)部部件磨損、應(yīng)力疲勞變形，銑頭喪失精度，使機(jī)床不能滿足正常生產(chǎn)要求，給企業(yè)造成極大的經(jīng)濟(jì)損失。由于進(jìn)口設(shè)備的技術(shù)保密性，在技術(shù)資料、技術(shù)圖紙殘缺的情況下，對(duì)銑頭的工作原理進(jìn)行分析研究，通過對(duì)銑頭各部件進(jìn)行分解，精度進(jìn)行分析，解決加工中遇到的此類問題。

1 旋轉(zhuǎn)銑頭結(jié)構(gòu)分析

1.1 旋轉(zhuǎn)銑頭工作原理

旋轉(zhuǎn)銑頭的主要功能是進(jìn)行立臥轉(zhuǎn)換，旋轉(zhuǎn)銑頭由釋放油缸、齒輪齒條機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)油缸、端面齒盤嚙合裝置組成，各部件互相配合共同完成立臥轉(zhuǎn)換功能。銑頭立臥轉(zhuǎn)換是在鎖緊機(jī)構(gòu)松開時(shí)，通過傳動(dòng)油缸推動(dòng)齒輪齒條機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)的，傳動(dòng)油缸推動(dòng)齒條帶動(dòng)齒輪將直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，使銑頭旋轉(zhuǎn)至立式或者是臥式狀態(tài)，當(dāng)銑頭旋轉(zhuǎn)至立式或者是臥式狀態(tài)時(shí)，鎖緊機(jī)構(gòu)將銑頭鎖緊，同時(shí)端面齒盤嚙合裝置嚙合，用于定位銑頭，保證銑頭的分度精度。

1.2 旋轉(zhuǎn)銑頭結(jié)構(gòu)分析

此類型的五軸加工中心使用的是先進(jìn)的電主軸，主軸幾何精度靠銑頭來保證，銑頭精度主要由傳動(dòng)元件和定位裝置來保證。銑頭結(jié)構(gòu)與市場(chǎng)上常見的進(jìn)口設(shè)備的旋轉(zhuǎn)銑頭機(jī)構(gòu)一樣，具有相同的工作原理。

此類型銑頭優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊，效率高，穩(wěn)定性好，分度定位精度高；缺點(diǎn)是銑頭每進(jìn)行1 次立臥轉(zhuǎn)換，整個(gè)銑頭機(jī)構(gòu)都要承受很大的形變力，容易發(fā)生應(yīng)力疲勞損壞，因此銑頭在使用一定時(shí)期后發(fā)生故障的概率很高。旋轉(zhuǎn)銑頭結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 銑頭傳動(dòng)結(jié)構(gòu)

2 問題陳述

機(jī)床在使用過程中頻繁出現(xiàn)E424 報(bào)警，報(bào)警內(nèi)容“Lim.Sw.Clamping Clamped Not High（銑頭夾緊信號(hào)錯(cuò)誤）”，報(bào)警不能消除，機(jī)床不能正常使用。

3 旋轉(zhuǎn)銑頭維修與調(diào)整

3.1 旋轉(zhuǎn)銑頭立臥轉(zhuǎn)換流程

旋轉(zhuǎn)銑頭立臥轉(zhuǎn)換流程見圖2。

3.2 旋轉(zhuǎn)銑頭故障分析

銑頭立臥轉(zhuǎn)換動(dòng)作由機(jī)械、電氣兩部分互相配合來完成。這兩方面內(nèi)容分別如下：

電氣方面：包括機(jī)床控制單元、伺服驅(qū)動(dòng)、信號(hào)采集觸點(diǎn)、PLC、I/O 點(diǎn)、各種電磁閥以及控制元件等。

機(jī)械方面：銑頭油缸、蝶形簧、齒輪齒條機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)油缸、端面齒盤嚙合裝置等。

圖2 銑頭立臥轉(zhuǎn)換流程

首先從電氣控制方面入手，機(jī)床控制系統(tǒng)使用的是海德漢MILLPLUS 數(shù)控系統(tǒng)，進(jìn)入I/O 界面，觀察銑頭夾緊、釋放所對(duì)應(yīng)I/O 點(diǎn)。銑頭鎖緊裝置上有兩個(gè)位置檢測(cè)開關(guān)，E0-05B51、E0-05B71，通過感應(yīng)感應(yīng)塊來檢測(cè)油缸運(yùn)動(dòng)時(shí)所處的位置，同時(shí)把檢測(cè)信號(hào)放松到NC，兩個(gè)檢測(cè)開關(guān)依次對(duì)應(yīng)I/O 點(diǎn)中的E88、E89，其具體關(guān)系如圖3 所示：

圖3 銑頭夾緊信號(hào)顯示

銑頭夾緊，信號(hào)檢測(cè)開關(guān)E0-05B51 亮，把信號(hào)輸入NC，I/O 點(diǎn)中E88 亮顯示；銑頭松開，信號(hào)檢測(cè)開關(guān)E0-05B71 亮，把信號(hào)輸入NC，I/O 點(diǎn)中E89 亮顯示；

手動(dòng)進(jìn)行銑頭松開、夾緊動(dòng)作試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)當(dāng)NC 發(fā)出夾緊指令后，銑頭不能正常鎖緊，且I/O 點(diǎn)中E88 不亮，檢查I/O 點(diǎn)以及上述信號(hào)檢測(cè)開關(guān)均顯示正常。檢查控制松刀油缸的各電磁閥、繼電器、PLC、以及線路，一切正常，所以排除電氣方面的原因。

機(jī)械方面入手，拆卸旋轉(zhuǎn)銑頭步驟：首先拔掉定位銷，松開四個(gè)緊固螺釘，分開上下端齒盤，取出鎖緊裝置和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)（圖4）。

由于此類銑頭特有的鎖緊裝置和定位裝置，根據(jù)其工作原理及結(jié)構(gòu)形式依次檢查各部件，發(fā)現(xiàn)當(dāng)銑頭處于鎖緊狀態(tài)時(shí)實(shí)際并沒有定位鎖緊，用手能推動(dòng)銑頭，這說明蝶形簧出現(xiàn)問題。拆卸分解出蝶形簧，發(fā)現(xiàn)部分已碎裂，更換蝶形簧，重新安裝鎖緊裝置以及銑頭，然后進(jìn)行銑頭夾緊釋放試驗(yàn)，整個(gè)動(dòng)作正常。

圖4 銑頭分解

3.3 旋轉(zhuǎn)銑頭精度分析及調(diào)整

旋轉(zhuǎn)銑頭立臥轉(zhuǎn)換是由齒輪齒條機(jī)構(gòu)、端齒盤嚙合裝置精密分度完成，齒輪、齒條及端齒盤上下端齒面位置變化會(huì)造成旋轉(zhuǎn)銑頭精度誤差，所以安裝調(diào)試后要進(jìn)行幾何精度檢測(cè)和空間點(diǎn)誤差補(bǔ)償。若精度誤差很大，需要重新調(diào)整齒輪齒條及端齒盤上下端齒面齒位嚙合位置，達(dá)到恢復(fù)精度要求。

3.3.1 主軸軸線與導(dǎo)軌的平行度

銑頭立式狀態(tài)下主軸軸線與Z 軸的平行度：

修理前正母線：0.24 mm/300 mm，修理后正母線：0.006 mm/300 mm，滿足出廠精度允差0.02 mm/300 mm。

修理前側(cè)母線：0.16 mm/300 mm，修理后側(cè)母線：0.016 mm/300 mm，滿足出廠精度允差0.02 mm/300 mm。

銑頭臥式狀態(tài)下主軸軸線與Y 軸的平行度：

修理前正母線：0.26 mm/300 mm，修理后正母線：0.018 mm/300 mm，滿足出廠精度允差0.02 mm/300 mm。

修理前側(cè)母線：0.42 mm/300 mm，修理后側(cè)母線：0.012 mm/300 mm，滿足出廠精度允差0.02 mm/300 mm。

3.3.2 空間點(diǎn)檢測(cè)與參數(shù)補(bǔ)償

回轉(zhuǎn)中心檢測(cè)：打表找正標(biāo)準(zhǔn)刀具，記錄下找正后的RP Position（參考點(diǎn)位置）X 、Y 值。用標(biāo)準(zhǔn)量塊找正Z 值，記錄找正后的RP Position Z 值。計(jì)算出RP Position X、Y、Z 值，分別補(bǔ)償進(jìn)參數(shù)N503C、N515C、N527C。

立臥轉(zhuǎn)換檢測(cè)及參數(shù)補(bǔ)償：檢測(cè)立式、臥式X 方向的偏差，記錄下立式、臥式X 方向的坐標(biāo)值，將立式、臥式偏差值ΔX、ΔX/2 分別補(bǔ)償進(jìn)參數(shù)N875C、N567C。檢測(cè)立式、臥式Y(jié) 方向的偏差，記錄下立式、臥式Y(jié) 方向的RP Position Y 值，將立式、臥式偏差值ΔY 補(bǔ)償進(jìn)參數(shù)N876C。檢測(cè)立式、臥式Z 方向的偏差，記錄下立式、臥式Z 方向的RP Position Z 值，將立式、臥式偏差值ΔZ 補(bǔ)償進(jìn)參數(shù)N877C，將ΔY/2-ΔZ/2 偏差值補(bǔ)償進(jìn)參數(shù)N587C。

4 結(jié)束語

旋轉(zhuǎn)銑頭的精度修復(fù)與調(diào)整是一項(xiàng)繁雜而又需要細(xì)致精神的工作，需要對(duì)機(jī)械、電氣圖紙進(jìn)行分析研究，找出故障所在，一步步進(jìn)行拆卸、安裝、調(diào)試，直到滿足使用要求為止。在維修過程中，對(duì)維修說明書及參考資料學(xué)習(xí)，用到實(shí)際維修過程中去，對(duì)機(jī)械修理、精度調(diào)整、電氣調(diào)試進(jìn)行深度研究，做到備件國產(chǎn)化，打破壟斷，起到降本增效的作用。