进口数控立式加工中心主轴平衡的改善
1. 故障现象分析公司两台德国进口的精工立 式加工中心MAG FTV850/1050, 主要用于进行齿轮的钻孔和镗孔 工序，在加工的过程中经常出现 机床主轴突然下坠的故障，故障 发生后机床主轴刀具顶在加工工 件表面，丝锥断在工件内部，导 致工件报废。假如机床操作人员 在对刀时主轴突然下坠，就有可 能发生人身伤亡，因此，我们认 为此设备存在很大的安全隐患。经过仔细地检查和认真地分 析后发现，机床在突发故障的瞬 间，2轴电动机的刹车滞后，主轴 电动机等因自重而下坠，从而故 障发生。为了机床使用安全和产 品加工可靠，我们提出给机床2轴 安装平衡液压缸，用于平衡2轴丝 杠上面的主轴电动机等重量，使 机床故障时主轴不会出现突然下 坠的情况，从而达到安全生产的 目的。2. 改善措施通过仔细地查阅设备采购 档案、机床说明书等资料，得知 该机床平衡装置在出厂时是可以 选装的，安装位置已预留（见图1) ，向厂家询问报价，购买的费 用近13万元，而且发货要等三个 月。为了减少停机时间、降低维 修成本，我们决定自行研制内置 式平衡系统。我们对平衡液压缸在机床上 的位置进行测量，确定了液压缸 的安装位置，同时确定液压缸行 程、缸径，计算平衡压力及氮气 瓶容量，经过多次的修改，机床 内置式两根平衡液压缸的图样终 于确定了下来（见图2、图3)。 我们自行设计制作了液压缸的固定支架，也是经过多次修改。3. 安装调试调试过程中发现，当平衡 液压缸安装在机床上，上电开 机，此时主轴就开始往上移动， 原因是买来的氮气瓶压力达到 8.0MPa,设计压力只有5.6MPa。关机将氮气瓶压力调整到设计压 力，开机正常，但是在透轴往下移 动时有异响，而且在停下来时Z 轴坐标会往上走几毫米再停止。 我们认可理论和实际的误差，但 是应该把压力设在多少才是正常 的？既要满足主轴不会突然下 坠，又要满足机床的正常使用， 如何来调整呢？首先，我们将氮气瓶中的压 力进行调整，然后将电动机刹车 松开，检查2轴坐标是否发生变化 (见表1)。 表1 平衡液压缸 的压力/MPa 5.0 4.5 4.0 3.5 3.0 2轴坐标 是否变化 增加 不变 不变 不变 减少 是否下坠 否 否 否 否 是 从表1中可以看出：①平 衡液压缸的系统压力不能高于 4.5MPa，也不能低于3.5MPa。② 不能影响机床的正常使用，在什 么情况下会影响平衡液压缸的使 用？主要是机床2轴的负载（这台 机床是通过各轴有效电流来反映 的）。③机床2轴的移动速度。机床在没有加装平衡液压缸 之前，2轴的伺服监控画面如图4 和表2所示。可以看出，2轴在以G00 (及40m/min)的速度上下移动时， 有效电流接近一致。 2轴向上移动时 有效电流负荷（％) 31 〜32 2轴向下移动时 有效电流负荷（％) 28 〜29 在加装平衡液压缸之后，在 移动速度不变的情况下，在调整 不同的氮气瓶压力时，发现机床 无法正常运行，伴随着机床振动 和异响。当压力降到2Mpa时，机 床才恢复了正常运行（见表3 )。 表3 平衡液压缸 的压力/MPa 4.5 4.0 3.5 2轴向上移动时 有效电流（％) 7〜8 9〜10 11 〜12 2轴向下移动时 有效电流（％) 2〜3 4〜5 5〜6 这种况下，平衡液压缸起不 到应有的作用。只有降低机床的 移动速度，将2轴的移动速度G00 调整为20m/min，再配合平衡液 压缸的压力进行调试（见表4 )。 表4 平衡液压缸 的压力/MPa 4.5 4.0 3.5 3.0 2.5 2.0 2轴移动是 否正常 否 否 否 否 否 是 经过上述尝试，平衡液压缸 的压力设定值可以设定在3.5 ~ 4.5MPa，所以我们将压力设定在 4.5MPa。但是操作人员在机床上 进行钻孔作业时，机床出现了振 动。再经过多次的尝试，最终压 力调整在3.5MPa，2轴的G00最快 速度设定由原来的40m/min调整 为20m/min，此时机床加工才一 切正常。改装后的加工中心经过手动 断电测试，主轴再无自行坠落的 现象，设备使用过程中安全性得 到了保证。1. 结语进口设备维修专业性强，技 术资料收集困难，每一次成功的 修理都能为企业节约成千上万的 经费。我们经过这次的研制，不 仅掌握了立式机床平衡系统的设 计原理及调试步骤，为公司节省 了 20万元以上的购买费用，同时 也为设备维修同行提供了宝贵经 验，充分认识了知识创造价值的 内涵。