盧 龍
(中國航發西安動力控制科技有限公司,陜西西安 710077)
某型號五軸加工中心是由德國德瑪吉公司生產,此種型號的加工中心可以進行自動立臥轉換,集立式、臥式加工中心于一身。可以進行多坐標聯動,自動化程度高,加工精度高。一次裝夾可以完成空間各種復雜形面的加工,提高工件的加工效率并且消除工件多次裝夾產生的誤差。
由于機床加工零件類型繁多,機床長時間高頻率過度使用,且加工工藝流程沒有優化,以及操作失誤引起的碰撞等原因,造成銑頭內部部件磨損、應力疲勞變形,銑頭喪失精度,使機床不能滿足正常生產要求,給企業造成極大的經濟損失。由于進口設備的技術保密性,在技術資料、技術圖紙殘缺的情況下,對銑頭的工作原理進行分析研究,通過對銑頭各部件進行分解,精度進行分析,解決加工中遇到的此類問題。
旋轉銑頭的主要功能是進行立臥轉換,旋轉銑頭由釋放油缸、齒輪齒條機構、傳動油缸、端面齒盤嚙合裝置組成,各部件互相配合共同完成立臥轉換功能。銑頭立臥轉換是在鎖緊機構松開時,通過傳動油缸推動齒輪齒條機構來實現的,傳動油缸推動齒條帶動齒輪將直線運動轉換為旋轉運動,使銑頭旋轉至立式或者是臥式狀態,當銑頭旋轉至立式或者是臥式狀態時,鎖緊機構將銑頭鎖緊,同時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。
此類型的五軸加工中心使用的是先進的電主軸,主軸幾何精度靠銑頭來保證,銑頭精度主要由傳動元件和定位裝置來保證。銑頭結構與市場上常見的進口設備的旋轉銑頭機構一樣,具有相同的工作原理。
此類型銑頭優點是結構緊湊,效率高,穩定性好,分度定位精度高;缺點是銑頭每進行1 次立臥轉換,整個銑頭機構都要承受很大的形變力,容易發生應力疲勞損壞,因此銑頭在使用一定時期后發生故障的概率很高。旋轉銑頭結構見圖1。
圖1 銑頭傳動結構
機床在使用過程中頻繁出現E424 報警,報警內容“Lim.Sw.Clamping Clamped Not High(銑頭夾緊信號錯誤)”,報警不能消除,機床不能正常使用。
旋轉銑頭立臥轉換流程見圖2。
銑頭立臥轉換動作由機械、電氣兩部分互相配合來完成。這兩方面內容分別如下:
電氣方面:包括機床控制單元、伺服驅動、信號采集觸點、PLC、I/O 點、各種電磁閥以及控制元件等。
機械方面:銑頭油缸、蝶形簧、齒輪齒條機構、傳動油缸、端面齒盤嚙合裝置等。
圖2 銑頭立臥轉換流程
首先從電氣控制方面入手,機床控制系統使用的是海德漢MILLPLUS 數控系統,進入I/O 界面,觀察銑頭夾緊、釋放所對應I/O 點。銑頭鎖緊裝置上有兩個位置檢測開關,E0-05B51、E0-05B71,通過感應感應塊來檢測油缸運動時所處的位置,同時把檢測信號放松到NC,兩個檢測開關依次對應I/O 點中的E88、E89,其具體關系如圖3 所示:
圖3 銑頭夾緊信號顯示
銑頭夾緊,信號檢測開關E0-05B51 亮,把信號輸入NC,I/O 點中E88 亮顯示;銑頭松開,信號檢測開關E0-05B71 亮,把信號輸入NC,I/O 點中E89 亮顯示;
手動進行銑頭松開、夾緊動作試驗,發現當NC 發出夾緊指令后,銑頭不能正常鎖緊,且I/O 點中E88 不亮,檢查I/O 點以及上述信號檢測開關均顯示正常。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。
機械方面入手,拆卸旋轉銑頭步驟:首先拔掉定位銷,松開四個緊固螺釘,分開上下端齒盤,取出鎖緊裝置和傳動機構(圖4)。
由于此類銑頭特有的鎖緊裝置和定位裝置,根據其工作原理及結構形式依次檢查各部件,發現當銑頭處于鎖緊狀態時實際并沒有定位鎖緊,用手能推動銑頭,這說明蝶形簧出現問題。拆卸分解出蝶形簧,發現部分已碎裂,更換蝶形簧,重新安裝鎖緊裝置以及銑頭,然后進行銑頭夾緊釋放試驗,整個動作正常。
圖4 銑頭分解
旋轉銑頭立臥轉換是由齒輪齒條機構、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造成旋轉銑頭精度誤差,所以安裝調試后要進行幾何精度檢測和空間點誤差補償。若精度誤差很大,需要重新調整齒輪齒條及端齒盤上下端齒面齒位嚙合位置,達到恢復精度要求。
3.3.1 主軸軸線與導軌的平行度
銑頭立式狀態下主軸軸線與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。
修理前側母線:0.16 mm/300 mm,修理后側母線: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。
修理前側母線:0.42 mm/300 mm,修理后側母線:0.012 mm/300 mm,滿足出廠精度允差0.02 mm/300 mm。
3.3.2 空間點檢測與參數補償
回轉中心檢測:打表找正標準刀具,記錄下找正后的RP Position(參考點位置)X 、Y 值。用標準量塊找正Z 值,記錄找正后的RP Position Z 值。計算出RP Position X、Y、Z 值,分別補償進參數N503C、N515C、N527C。
立臥轉換檢測及參數補償:檢測立式、臥式X 方向的偏差,記錄下立式、臥式X 方向的坐標值,將立式、臥式偏差值ΔX、ΔX/2 分別補償進參數N875C、N567C。檢測立式、臥式Y 方向的偏差,記錄下立式、臥式Y 方向的RP Position Y 值,將立式、臥式偏差值ΔY 補償進參數N876C。檢測立式、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 補償進參數N877C,將ΔY/2-ΔZ/2 偏差值補償進參數N587C。
旋轉銑頭的精度修復與調整是一項繁雜而又需要細致精神的工作,需要對機械、電氣圖紙進行分析研究,找出故障所在,一步步進行拆卸、安裝、調試,直到滿足使用要求為止。在維修過程中,對維修說明書及參考資料學習,用到實際維修過程中去,對機械修理、精度調整、電氣調試進行深度研究,做到備件國產化,打破壟斷,起到降本增效的作用。