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落地銑鏜床換刀機構故障分析及解決措施

2023-4-4 來源：海申機電總廠作者：王佳燕李峰鄧利偉

摘要：主要介紹了落地銑鏜（táng）床在對離心機進行機加（jiā）工過程中換刀機構（gòu）的常見故障及原因，並提出行之有效的（de）解決方案。通過方案的有效實施，極大地減少了（le）落地銑（xǐ）鏜床（chuáng）的故（gù）障停機時間，確保了離心機的（de）正常交付使用。

關鍵詞：換刀機構原因分析解決措施

近年來，LW 係列（liè）臥（wò）螺式離心機（jī）應用範圍不斷擴大，市場需求量不斷增加，對於生產進度、產量的要求不斷提升，因此，需要保證離心（xīn）機生產各工序正常有（yǒu）序開展，這對每道工序的操作人員及（jí）設備完好性提出了更高的要求。機械加工在離心機生產中不可或缺，而在機械（xiè）加工（gōng）中，其中關鍵工序所涉及的重大精（jīng）密關鍵設備落地銑（xǐ）鏜床扮演著重要角色。[1-5]某廠（chǎng）目前（qián）使用的 TP6113 落地（dì）銑鏜床於 2005 年安裝

完（wán）成並投入生產，經過多年的頻繁使用，設備（bèi）各個機構故障頻發，故障停機（jī）時間日益增多，對離心機整體生產進度和正常交（jiāo）付造（zào）成了影響。

1、設備概況

某廠 TP6113 落地銑（xǐ）鏜床由齊（qí）齊哈爾二（èr）機床（集團）有（yǒu）限責任公司（原齊齊哈爾第二機床廠）出廠，其鏜軸直徑為 160 mm, 主軸箱垂直行程（chéng） 6 000mm，立柱橫向行程（chéng）可（kě）達 15 000 mm，主電動機功率為120 kW，機床重量約為 350 t，2005 年安裝（zhuāng）完成並投產使用，已運行近 17 年（nián）。

2、設備運（yùn）行情況

該設備有足夠的強度和剛性，能滿足大切削量的銑削與鏜削要求：具（jù）有 X，Y ，Z，W4 個進給，X，Y方向進給均有數字顯示及夾緊裝置（zhì）。該設備性能優良，工藝範圍廣泛（fàn），精度及生產效率較高，通過配（pèi）合旋轉平台一（yī）次（cì）裝夾（jiá）可（kě）完成鑽孔、擴孔、鏜孔、切溝槽以及平（píng）麵等繁雜加工麵。

通過對近一年來落地銑鏜床的故障以及故障時間進行統（tǒng）計分析，發（fā）現落地銑鏜床停（tíng）機的故障主要（yào）集中在（zài） 3 個方麵，分別是換刀機構故障、液壓機構故障、電器機構故障。對（duì）具體故（gù）障停機時間進行分層統計，具體如表 1 所（suǒ）示（shì）。由表 1 可以看出，換刀（dāo）機構故障對落地銑鏜床的正常運行影響較大。

表 1 故障停機時間分布

3、換刀機構故障原因分析

對落地銑鏜床換刀機構故障特（tè）征的研究發現，主軸銑刀拉杆機構最容易出現拉刀（dāo）杆折斷、彈簧底（dǐ）座斷裂、拉（lā）刀杆（gǎn）緊（jǐn）刀螺紋滑絲等故障。在故（gù）障現象分析過程中，可以明顯發現換刀機構部位的損（sǔn）壞均為（wéi）過載造成的機械損壞（huài）。運行中（zhōng）的換刀機構，換（huàn）刀盤和鬆緊盤出現了不同程度的反轉，即按下換刀按鈕時有不同程度（dù）的鬆緊動作，且二者（zhě）之間的運行方（fāng）向正好相反，因（yīn）此產生了兩個相反的作用力。在（zài）反向力的（de）長期作用（yòng）下，自然出現了刀（dāo）杆折斷、彈簧底座斷裂、拉（lā）刀杆緊（jǐn）刀螺（luó）紋滑絲等現象。

針對這個根（gēn）源，對該台落地銑鏜床各個（gè）係統進（jìn）行了檢（jiǎn）查，並對可能的原因（yīn）進行了模擬分析。

3.1 操作錯誤

根據設備操作說明書中操作步驟與操作者的行為對比，發現操作者每次均正確操作，且設備各護鎖指令周密，從根源上杜絕了誤操作現象（xiàng）。然而實際工作中（zhōng）發現，即使未同時啟動換刀按鈕和緊刀按鈕，仍然會出現換刀盤和鬆（sōng）緊盤不同程度的反轉現象。因此，排除了操作錯誤導致的換刀機構故障。

3.2 接（jiē）線異常

通常，接線異常會（huì）對設備各個部件（jiàn）正常動作有一定（dìng）影響。通過對落地銑鏜床各（gè）點（diǎn）位的接線情況（kuàng）進行詳盡檢查，確認各處接線均完（wán）好，未出現接線錯誤或鬆動（dòng）脫離現象。因此，排除了接線異常（cháng）導致的換刀機構故障。

3.3 程序未（wèi）關聯

通過啟動換刀開關對（duì）落地銑鏜床的原有可（kě）編程邏輯控製器（PLC）控製係統程序進行分析（xī），發現原有的主軸轉動程序和鬆緊刀（dāo）程序雖然各自獨立，但是依然出現二者均運行的現象，程序的獨立不足以保證動作的分離。可見（jiàn），獨立的換刀（dāo）機（jī）構程序和鬆緊刀程序（xù）在一（yī）定程度上影響了換刀機構故障。

3.4 工頻控製

目前使用的落地銑鏜床為（wéi）工頻控製（zhì），當按下各個按鈕時均為高速啟動運轉，使得啟動過程中的正向扭矩和反向扭矩增（zēng）大，長期作用導致強度極限斷崖式下降，影響換刀機構各部件的使用壽命。由此可見（jiàn），工頻控製在一定（dìng）程度上影響了換刀（dāo）機構故障（zhàng）。通過上述分析，確定了兩項影響因（yīn）素，即 PLC係統程序存在一定不足和（hé）使用工頻控製。

4、換刀機構故障解決措（cuò）施（shī）

針對 PLC 係統程序存在的不足以及使用工頻控製，經過討論分析，主要（yào）采取（qǔ）了兩項措施。

4.1 增加 PLC 控製（zhì）係統程序（xù）互鎖

對原（yuán）來的 PLC 控製係統程序（xù）進行拷貝並備份，對原來（lái）的換刀電機控製程序和主軸控製程序進行了改進，將二者設置了互鎖。通過修改，實現換刀電機動作時主（zhǔ）軸不會動作，主軸動作時換刀（dāo）電機不會動作，二者之間形成互鎖。

4.2 增設變頻控製

在原（yuán）有電器主控製箱安裝了變頻器以及變頻 /工頻控製轉換開關（guān），對變頻（pín） / 工（gōng）頻控（kòng）製轉換開關線路、變頻器（qì）線（xiàn）路、主機線路等進行檢（jiǎn）查，梳理（lǐ）連（lián）接，使目前（qián）使用的落地銑鏜床增（zēng）加了變頻控製。

換刀電機工、變（biàn）頻切換工作原理如下。

變頻控製：旋轉開關 SA1 打到變頻的位置，K1繼電器吸合，隨即控製 KM1，KM2 接觸器吸合，變頻（pín）器控製回路形成通路，KM4，KM5 接觸器的常開（kāi）觸點（diǎn）控製變頻器的正反轉，實（shí）現鬆、緊刀的目的（de）。

工頻控製：旋轉開關 SA1 打到工頻的位置，K2繼電器吸合，隨即控製 KM3 接觸器吸合（hé），工頻控製回路形成通路，KM4，KM5 接觸器控製換（huàn）刀電機的正反轉。

K1 與 K2 繼電器互鎖，實現 KM1，KM2 與 KM3接觸器互鎖，所以無論任何（hé）情況下隻存在一（yī）種控製模式（shì）。

5、改進後的效果

5.1 消除換刀盤和鬆緊（jǐn）盤正反轉的（de）現象

措施采（cǎi）取前，換刀電機控（kòng）製程序和主軸控製程序相互獨立，當出現（xiàn）線路（lù）鬆動等（děng）情（qíng）況時，可能出現換刀時緊刀（dāo），即換刀機構正反轉現象。增（zēng）加了 PLC 控製係統程序互鎖後，實現了換刀電機動作時（shí）主軸不（bú）動作、主軸動作時換刀電機不動（dòng）作，二者之間形成（chéng）互鎖，有效消除了換刀機構換刀盤和鬆緊盤正反轉的現象。

5.2 減（jiǎn）少設備損耗

分別增加了變頻（pín）器和變頻器旋鈕開關，作業（yè）時可以采取變（biàn）頻控製的方式，改變（biàn）供電頻率,調整主軸轉速，實現負載調節，從（cóng）而減少換刀機構各部件的損耗和故障。

5.3 減少故障停機（jī）時間

通過消（xiāo）除換刀盤和鬆緊盤正反轉現象，在很大程度上減少（shǎo）了拉刀杆折斷、彈簧底座斷（duàn）裂、拉刀杆緊刀螺紋滑絲的故（gù）障現象，進一步降低了（le）設備（bèi）損耗，從整體上減少了落地銑鏜床的（de）故障停機時間。

5.4 排除潛在事故隱患

措施采取（qǔ）之（zhī）前，原（yuán）來緊刀過程出現的刀盤正反轉會同時帶動夾緊的工（gōng）件轉動，存在潛在機械（xiè）傷害。通過改進，解決了緊刀過程刀盤正反轉（zhuǎn）的問（wèn）題，排除了事故隱患，降（jiàng）低（dī）了安全風險，提高了設備運行過（guò）程中的安全係數。

5.5 降低維修成本、提（tí）升生產進度

措施采取後，對換刀機構故障進行了（le）徹底排除，減少了落地銑鏜（táng）床的修理次數，降低（dī）了維修成本、提升了生產進度。根據型號不（bú）同，落地銑鏜床加（jiā）工一台離心機的時間在 4~32 台時之（zhī）間，改進後，總的故障時間預計（jì）能縮短 60 台時左右，理論上可以多加工機器 2~15 台，為離心機的提產提（tí）供了有利條件。

6、結語

對落地銑鏜床在對離心機（jī）進行（háng）機加工過程（chéng）中換刀機構常見故（gù）障的原因分析、解決方案的有效實施，以及在離心機加工中的實踐應用，極大地減少了落地銑鏜床的故障停機時間，確保了離心機的正常交付（fù）使用。

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