進口數控立式加工中心主軸平衡的改善

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

1.故障現象分析

公司兩臺德國進口的數控立式加工中心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，Z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Z軸安裝平衡液壓缸，用于平衡Z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。

圖1

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。

圖2

圖3 自動補償平衡系統

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Z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Z軸坐標是否發生變化（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Z軸的負載（這臺機床是通過各軸有效電流來反映的）。③機床Z軸的移動速度。

機床在沒有加裝平衡液壓缸之前，Z軸的伺服監控畫面如圖4和表2所示。

圖4

表2

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

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

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Z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

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，Z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。

4.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。