進口數控立式加工中心主軸平衡的改善
1. 故障現象分析公司兩臺德國進口的精工立 式加工中心MAG FTV850/1050, 主要用于進行齒輪的鉆孔和鏜孔 工序，在加工的過程中經常出現 機床主軸突然下墜的故障，故障 發生后機床主軸刀具頂在加工工 件表面，絲錐斷在工件內部，導 致工件報廢。假如機床操作人員 在對刀時主軸突然下墜，就有可 能發生人身傷亡，因此，我們認 為此設備存在很大的安全隱患。經過仔細地檢查和認真地分 析后發現，機床在突發故障的瞬 間，2軸電動機的剎車滯后，主軸 電動機等因自重而下墜，從而故 障發生。為了機床使用安全和產 品加工可靠，我們提出給機床2軸 安裝平衡液壓缸，用于平衡2軸絲 杠上面的主軸電動機等重量，使 機床故障時主軸不會出現突然下 墜的情況，從而達到安全生產的 目的。2. 改善措施通過仔細地查閱設備采購 檔案、機床說明書等資料，得知 該機床平衡裝置在出廠時是可以 選裝的，安裝位置已預留（見圖1) ，向廠家詢問報價，購買的費 用近13萬元，而且發貨要等三個 月。為了減少停機時間、降低維 修成本，我們決定自行研制內置 式平衡系統。我們對平衡液壓缸在機床上 的位置進行測量，確定了液壓缸 的安裝位置，同時確定液壓缸行 程、缸徑，計算平衡壓力及氮氣 瓶容量，經過多次的修改，機床 內置式兩根平衡液壓缸的圖樣終 于確定了下來（見圖2、圖3)。 我們自行設計制作了液壓缸的固定支架，也是經過多次修改。3. 安裝調試調試過程中發現，當平衡 液壓缸安裝在機床上，上電開 機，此時主軸就開始往上移動， 原因是買來的氮氣瓶壓力達到 8.0MPa,設計壓力只有5.6MPa。關機將氮氣瓶壓力調整到設計壓 力，開機正常，但是在透軸往下移 動時有異響，而且在停下來時Z 軸坐標會往上走幾毫米再停止。 我們認可理論和實際的誤差，但 是應該把壓力設在多少才是正常 的？既要滿足主軸不會突然下 墜，又要滿足機床的正常使用， 如何來調整呢？首先，我們將氮氣瓶中的壓 力進行調整，然后將電動機剎車 松開，檢查2軸坐標是否發生變化 (見表1)。 表1 平衡液壓缸 的壓力/MPa 5.0 4.5 4.0 3.5 3.0 2軸坐標 是否變化 增加 不變 不變 不變 減少 是否下墜 否 否 否 否 是 從表1中可以看出：①平 衡液壓缸的系統壓力不能高于 4.5MPa，也不能低于3.5MPa。② 不能影響機床的正常使用，在什 么情況下會影響平衡液壓缸的使 用？主要是機床2軸的負載（這臺 機床是通過各軸有效電流來反映 的）。③機床2軸的移動速度。機床在沒有加裝平衡液壓缸 之前，2軸的伺服監控畫面如圖4 和表2所示。可以看出，2軸在以G00 (及40m/min)的速度上下移動時， 有效電流接近一致。 2軸向上移動時 有效電流負荷（％) 31 ?32 2軸向下移動時 有效電流負荷（％) 28 ?29 在加裝平衡液壓缸之后，在 移動速度不變的情況下，在調整 不同的氮氣瓶壓力時，發現機床 無法正常運行，伴隨著機床振動 和異響。當壓力降到2Mpa時，機 床才恢復了正常運行（見表3 )。 表3 平衡液壓缸 的壓力/MPa 4.5 4.0 3.5 2軸向上移動時 有效電流（％) 7?8 9?10 11 ?12 2軸向下移動時 有效電流（％) 2?3 4?5 5?6 這種況下，平衡液壓缸起不 到應有的作用。只有降低機床的 移動速度，將2軸的移動速度G00 調整為20m/min，再配合平衡液 壓缸的壓力進行調試（見表4 )。 表4 平衡液壓缸 的壓力/MPa 4.5 4.0 3.5 3.0 2.5 2.0 2軸移動是 否正常 否 否 否 否 否 是 經過上述嘗試，平衡液壓缸 的壓力設定值可以設定在3.5 ~ 4.5MPa，所以我們將壓力設定在 4.5MPa。但是操作人員在機床上 進行鉆孔作業時，機床出現了振 動。再經過多次的嘗試，最終壓 力調整在3.5MPa，2軸的G00最快 速度設定由原來的40m/min調整 為20m/min，此時機床加工才一 切正常。改裝后的加工中心經過手動 斷電測試，主軸再無自行墜落的 現象，設備使用過程中安全性得 到了保證。1. 結語進口設備維修專業性強，技 術資料收集困難，每一次成功的 修理都能為企業節約成千上萬的 經費。我們經過這次的研制，不 僅掌握了立式機床平衡系統的設 計原理及調試步驟，為公司節省 了 20萬元以上的購買費用，同時 也為設備維修同行提供了寶貴經 驗，充分認識了知識創造價值的 內涵。