ＭＸ加工中心自主維修與氣路優(yōu)化設(shè)計(jì)
2016-7-27 來(lái)源： 安微理工大學(xué)研究生 作者：陶高群
1、回轉(zhuǎn)臺(tái)分配器故障分析與自主維修
1.1ＭＸ回轉(zhuǎn)臺(tái)竄油故障分析
ＭＸ回轉(zhuǎn)臺(tái)作為數(shù)控加工中也Ｂ回轉(zhuǎn)軸的同時(shí)，也起到了承載工件、裝夾工件的功能，故要重視對(duì)其的維護(hù)保養(yǎng)。但在多年的連續(xù)工作中出現(xiàn)竄油故障、耗油現(xiàn)象具體現(xiàn)場(chǎng)工況如圖１．１所示。
（ａ） （ｂ）
圖1.1ＭＸ回轉(zhuǎn)臺(tái)漏油現(xiàn)場(chǎng)圖
（ａ）ＭＡ加工中心外部；（ｂ）ＭＡ加工中心內(nèi)部
對(duì)上述現(xiàn)象，經(jīng)作者與機(jī)工人員對(duì)一起對(duì)ＭＸ加工中也的回轉(zhuǎn)臺(tái)進(jìn)行拆除，并進(jìn)行測(cè)繪。初步分析漏油可能源于分配器中密封件磨損所致，如圖１．２所示。
（ａ） （ｂ）
圖１．２ＭＸ回轉(zhuǎn)臺(tái)分配器
（ａ）定子；（ｂ）分度（齒端盤）
分配器作為回轉(zhuǎn)臺(tái)的關(guān)鍵部件，其對(duì)液壓臺(tái)面的抬起鎖緊、端齒盤的松開鎖緊、吹氣清潔、夾具及分度的氣檢等都起到了關(guān)鍵作用ＩＷ。在廠家沒有提供關(guān)于回轉(zhuǎn)臺(tái)分配器部分的詳細(xì)裝配圖情況下，作者對(duì)分配器進(jìn)行Ｈ維、及二維建模。但由于保密性要求，只能提供簡(jiǎn)化分配器二維結(jié)構(gòu)供讀者理解，分配器結(jié)構(gòu)示意圖如圖１．３所示。
回轉(zhuǎn)臺(tái)２．蝸桿３．騎輪４．分油軸５．鎖剎裝油面缸體６．媒形彈黃７．分油套８．上端蓋９．過(guò)渡板
１０．油路Ｉ１１．法蘭軸１２．油路ＩＩ１３．定位夾裝裝置上腔油路１４．定位錐銷１５．定位錐套１６．格蘭圈
１７．清潔氣路１８．定位夾接裝置下腔油路１９．光刪尺２０．軸承２１．連接環(huán)２２．調(diào)整板
圖１．３分配器內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖
分配器擁有分油軸和分油套兩部分，分油軸固定在整個(gè)回轉(zhuǎn)臺(tái)的殼體上不隨Ｂ軸轉(zhuǎn)動(dòng)。回轉(zhuǎn)臺(tái)所需的各類氣、液、油通過(guò)Ｘ軸坦克鏈內(nèi)的軟管連接到分配器定子的底部。轉(zhuǎn)動(dòng)套內(nèi)腔設(shè)計(jì)加工有１０道油槽，每一條槽分別對(duì)應(yīng)分油套的一條通路１－Ｍ１。由于油槽為內(nèi)孔壁圓周上一整圈，因此無(wú)論轉(zhuǎn)動(dòng)套隨Ｂ軸如何轉(zhuǎn)動(dòng)，流體都能通過(guò)定子的通路進(jìn)入相對(duì)應(yīng)的油槽，進(jìn)而進(jìn)入Ｂ軸旋轉(zhuǎn)部分。從而對(duì)液壓臺(tái)面的抬起鎖緊、端巧盤的松開鎖緊、吹氣清潔、夾具Ｗ及分度的氣檢等都起到了關(guān)鍵作用。
由于分油軸和分油套需要相對(duì)運(yùn)動(dòng)，兩者問(wèn)的油槽也隨著相對(duì)運(yùn)動(dòng)，故相鄰路之間的密封問(wèn)題很關(guān)鍵。所選用的密封材料摩擦系數(shù)要相對(duì)較低，而且所處工況在油腔狀態(tài)下材料本身的粘度系數(shù)要低。根據(jù)這樣的工況要求，機(jī)床廠家采用了格蘭圈來(lái)解決密封問(wèn)題。格蘭圈由ＰＴＦＥ密封圈（聚四氣藝帰）和０形圈組成，如圖１．４所示。
圖１．４格蘭圈不意圖
如格蘭圈示意圖所示，ＰＴＦＥ密封圈（聚四氣乙?guī)ⅲ┚哂袠O低的摩擦系數(shù)且動(dòng)靜摩擦系數(shù)幾乎相等（自潤(rùn)滑性好）；此外該材質(zhì)表面的粘度系數(shù)極低，幾乎所有粘性物質(zhì)都不能粘到它的表面。但為保證分油軸和分油套油槽間的油路暢通，它們?cè)谙鄬?duì)運(yùn)動(dòng)的同時(shí)還要保證兩者間隙足夠小。在這樣的工況條件下ＰＴＦＥ密封圈由于具有＂冷流性＂，在長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)載荷作用下發(fā)生的塑性變形（蠕變）而被壓扁。雖然這項(xiàng)缺點(diǎn)可通過(guò)加入適當(dāng)?shù)奶盍霞案倪M(jìn)密封結(jié)構(gòu)等方法來(lái)克服，比如本密封結(jié)構(gòu)就采用在ＰＴＦＥ外部添加０形圈來(lái)提供足夠的密封預(yù)緊力和對(duì)ＰＴＦＥ環(huán)的磨損進(jìn)行一定范圍內(nèi)的補(bǔ)償作用。但在長(zhǎng)期載荷作用下０型圈的補(bǔ)償超出極限后就會(huì)出現(xiàn)漏油現(xiàn)象。
經(jīng)過(guò)作者和工藝工程師分析判斷后，認(rèn)為ＭＸ加工中也發(fā)生回轉(zhuǎn)臺(tái)竄油可能是因?yàn)椋校裕疲琶芊饽p而導(dǎo)致的，并提出更換該密封的建議。
２、ＭＸ回轉(zhuǎn)臺(tái)的自主維修
更換格蘭圈需要將整個(gè)分油套拆除，這其中時(shí)柵的拆除、蝸輪蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的拆除、轉(zhuǎn)動(dòng)套與液壓剎車的分離等步驟，在拆裝時(shí)既要保證零件不受損耗，又要保證零件的安裝精度等多項(xiàng)技術(shù)難點(diǎn)需要攻克。因此，作者與工藝小組一起，在沒有任何國(guó)外廠家的技術(shù)支持下，借助于多年的拆裝經(jīng)驗(yàn)，制定了詳細(xì)的維修方案，在維修過(guò)程中作者對(duì)每個(gè)拆裝細(xì)節(jié)進(jìn)行詳細(xì)記錄，并在此技改項(xiàng)目完成后將整個(gè)拆裝過(guò)程編寫成《ＭＸ加工中也回轉(zhuǎn)臺(tái)維修標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)指導(dǎo)書》（注明：由于廠里有保密要求，不能在文中體現(xiàn)。）指導(dǎo)Ｗ后類似回轉(zhuǎn)臺(tái)拆裝維修工作。
３、ＭＸ加工中心光柵尺氣密封優(yōu)化設(shè)計(jì)
根據(jù)缸體生產(chǎn)線工段同志反映，ＭＸ加工中屯、在加工過(guò)程中近期常出現(xiàn)表面粗趟度高，尺寸精度不達(dá)標(biāo)的現(xiàn)象。作者與工藝組人員在對(duì)回轉(zhuǎn)臺(tái)拆裝后分析，表面粗髓度高可能是源于將回轉(zhuǎn)臺(tái)分配器內(nèi)夾具吹氣孔供氣回路封閉，導(dǎo)致夾具吹氣功能的喪失，在加工過(guò)程中增加了因未及時(shí)吹掉夾具表面的切屑而導(dǎo)致缸體加工精度失真的隱患。而尺寸精度不達(dá)標(biāo)可能源于光柵尺的標(biāo)尺光柵受油氣霧的污染，直接導(dǎo)致光柵尺的功能損壞１２６１。為此作者對(duì)光柵尺１＾＞１及其氣密封裝置進(jìn)行分析改進(jìn)。
４、光柵尺現(xiàn)狀分析及改進(jìn)
光柵尺作為測(cè)量部件，對(duì)于機(jī)加工設(shè)備各運(yùn)動(dòng)軸位移的精確測(cè)量，為實(shí)現(xiàn)伺服系統(tǒng)的閉環(huán)控制具有重要意義。本回轉(zhuǎn)臺(tái)光柵尺采用海德紋公司的ＥＲＭ系列絕對(duì)式角度光柵尺，如圖１．５所示。
圖１．５ＥＲＭ系列絕對(duì)式角度光柵尺示意圖
ＥＲＭ系列絕對(duì)式角度光柵尺使用了單軌絕對(duì)編碼技術(shù)，簡(jiǎn)化光柵制造并解決了編碼量程問(wèn)題；使用了集成電子技術(shù)，單個(gè)探測(cè)器上集成圖像傳感器Ｗ及光電池陣列，能同時(shí)接收位置編碼和莫爾條紋；運(yùn)用單光源照明，在大大降低體積的同時(shí)使用數(shù)字電子技術(shù)，在光柵尺讀數(shù)頭內(nèi)直接計(jì)算出位置，直接就能發(fā)出位置信息心１。由于工況條件的限制，讀數(shù)頭需隨轉(zhuǎn)子部分往復(fù)運(yùn)動(dòng)，因此光柵尺不可能做成完全密封的形式，所以本回轉(zhuǎn)工作臺(tái)采用氣密封形式。所謂氣密封就是將一定量的壓縮空氣長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)通入光柵尺體內(nèi)，使光柵尺內(nèi)部壓為始終大于外部大氣壓力，從而減小外界污染物進(jìn)入光柵尺的情況產(chǎn)生。光柵尺氣密封要能上述工作要求，最關(guān)鍵的就是保證氣源的純潔性和穩(wěn)定性口７＞。計(jì)對(duì)這一問(wèn)題，ＭＸ加工中也使用一套費(fèi)斯托氣源處理裝置實(shí)現(xiàn)對(duì)壓縮空氣進(jìn)行過(guò)濾、調(diào)壓、除油、除水等功能，如圖１．６及圖１．７所示。
圖１．６ＭＸ氣源處理裝置原理圖
圖１．７ＭＸ氣源處理裝置現(xiàn)場(chǎng)實(shí)圖
根據(jù)ＭＸ氣源處理裝置原理圖所示，ＭＸ加工中必的供氣系統(tǒng)采用分級(jí)遞進(jìn)式過(guò)濾方式，Ｗ得到理想潔凈的壓縮空氣。供氣經(jīng)過(guò)兩個(gè)低精度過(guò)濾器粗濾后引致夾具吹氣，再經(jīng)過(guò)兩個(gè)高精度過(guò)濾器精濾后引入光柵尺供氣中。
但是，ＭＸ加工中心的光柵尺對(duì)所供氣體的潔凈度的要求非常嚴(yán)苛，如果遇到ＭＸ加工中屯、回轉(zhuǎn)臺(tái)分配器在長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)工作狀態(tài)下再次發(fā)生竄油故障事故。如圖１．３所示，由于分配器內(nèi)高壓油路（壓力１２ｂａｒ）的臨近一路就是壓縮空氣回路，如果高壓油和壓縮空氣之間發(fā)生竄油則液壓油必然會(huì)進(jìn)入壓縮空氣回路內(nèi)。根據(jù)現(xiàn)有的ＭＸ氣源處理裝置原理圖所顯示，如果一次進(jìn)入的油量較大，則液壓油必然會(huì)倒流至巧縮空氣處理單元中，進(jìn)而被高壓空氣壓入光柵尺導(dǎo)致其損壞。此外，生產(chǎn)線工作現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)用的往復(fù)式空氣壓縮機(jī)排出的壓縮空氣溫度在１３０°Ｃ左右，即使經(jīng)冷卻氣體溫度也能達(dá)到４５’Ｃ左右，此時(shí)空氣壓縮機(jī)氣缸中溫度更高達(dá)一百多度，其中部分潤(rùn)滑油也會(huì)隨之氣態(tài)，與空氣Ｗ及受冷卻的水氣等一道排出。直接供給光柵尺將可能產(chǎn)生嚴(yán)重影響ＰＷ。在引起管道培塞、導(dǎo)致光柵尺損壞的同時(shí)，隨著大量的油蒸汽聚集Ｗ及缸體缸蓋在加工過(guò)程中空氣中會(huì)含有一定量的金屬粉塵，兩者局部空間的結(jié)合也會(huì)存在易燃，甚至有爆炸的危險(xiǎn)。
鑒于上述安全隱患，以及光柵尺供氣部分與氣動(dòng)部件供氣部分之間沒有物理隔離而可能存在的問(wèn)題，作者及工藝組人員根據(jù)氣動(dòng)部件與光柵尺氣密封供氣要求的不同，決定在原有氣源處理裝置的基礎(chǔ)上，再為光柵尺氣密封部分重新安裝一套氣源處理裝置進(jìn)行單獨(dú)供氣，并在現(xiàn)有的氣動(dòng)部件供氣部分的進(jìn)口處安裝一個(gè)Ｈ－１／２－Ｂ型號(hào)的單向閥，確保兩者之間擁有單向物理隔離功能，即使回轉(zhuǎn)臺(tái)在Ｗ后長(zhǎng)期連續(xù)工作中存在液壓油倒灌現(xiàn)象，也不會(huì)對(duì)光柵尺Ｗ及對(duì)氣源部件有損害。具體情況，如圖１．８所示：
圍１．８改進(jìn)后供氣氣動(dòng)原理圖
５、改進(jìn)效果
通過(guò)新増氣源供氣與處理裝置，有效地對(duì)氣動(dòng)部件的供氣與光柵尺供氣實(shí)施了物理隔離，使得兩路互不干擾，避免了單一氣源供氣導(dǎo)致光柵尺供氣不足的現(xiàn)象。同時(shí)新増單向閥有效地保證了氣源不受氣路中可能存在的雜質(zhì)的污染，從根本上減小了光柵尺被泄漏的液壓油倒灌而損壞的安全隱患。
為了匹配么前ＭＸ加工中也使用的一套費(fèi)斯托氣源處理裝置，本次改進(jìn)方案所需的氣源處理裝置仍然選用費(fèi)斯托廣家的Ｄ系列產(chǎn)品。作者根據(jù)改進(jìn)后供氣氣動(dòng)原理圖，負(fù)責(zé)氣源處理裝置的選型、詢價(jià)并聯(lián)系代理商。氣源處理裝置設(shè)備清單如表１．１所示：
表１．１氣源處理裝置設(shè)備清單
改進(jìn)設(shè)計(jì)后的實(shí)物安裝圖如圖１．９所示：
圖１．９改造后實(shí)物安裝圖
６、本章小結(jié)
經(jīng)上述工作內(nèi)容，完成了兩項(xiàng)任務(wù)，具體如下：
１）確定了液壓油泄漏的故障根源，完成了對(duì)ＭＸ系列加工中也漏油事故排除。在此過(guò)程中完成了對(duì)ＭＸ系列加工中也回轉(zhuǎn)臺(tái)分配器部分的測(cè)繪，并且編寫的《ＭＸ加工中也回轉(zhuǎn)臺(tái)分配器維修標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)指導(dǎo)書》對(duì)車間其他進(jìn)口設(shè)備的維修具有積極的指導(dǎo)意義。
２）通過(guò)研巧夾具供氣部件與光柵尺供氣系統(tǒng)的氣動(dòng)回路，結(jié)合氣壓理論與生產(chǎn)實(shí)際，確定了氣路升級(jí)改造方案。一定程度上解決了加工精度失真的問(wèn)題，同時(shí)也有效地避免了化體生產(chǎn)線上其他價(jià)格昂貴的光柵尺被液壓油污染的潛在隱患。
通過(guò)上述兩項(xiàng)任務(wù)的完成，不僅提高了整個(gè)車間的生產(chǎn)效率，而且也為公司降低了維修的成本。更關(guān)鍵的是對(duì)新型進(jìn)口設(shè)備實(shí)現(xiàn)了自主維修及氣路改造，對(duì)公司未來(lái)實(shí)施全過(guò)程質(zhì)量管理的戰(zhàn)略具有深遠(yuǎn)的意義。
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