ＭＸ加工中心自主維修（xiū）與氣路優化設計
2016-7-27 來（lái）源： 安微理工大學研（yán）究生 作者：陶高群
1、回轉台分配器故障分析與自主維修
1.1ＭＸ回轉台竄油故（gù）障分析
ＭＸ回轉台作為數控加工中也Ｂ回轉軸的同時，也起到了承載工件、裝（zhuāng）夾工件的功能，故要重視對其的維護（hù）保養。但在多年的連續工作（zuò）中出現竄油故障、耗油現象具體現場（chǎng）工況如圖１．１所示。
（ａ） （ｂ）
圖1.1ＭＸ回轉台漏油現場圖
（ａ）ＭＡ加（jiā）工中心外部；（ｂ）ＭＡ加工中心內部
對上述現（xiàn）象，經作者與機工人員對一起對ＭＸ加工中也的回轉台進行拆（chāi）除，並進行測（cè）繪。初步分析漏油可（kě）能源於分配（pèi）器中密封件磨損所致，如圖１．２所（suǒ）示（shì）。
（ａ） （ｂ）
圖１．２ＭＸ回（huí）轉台分配器
（ａ）定子；（ｂ）分度（齒端盤）
分配器作為回轉台的關鍵部件，其對液壓台麵的抬起鎖緊（jǐn）、端齒盤的鬆開鎖緊、吹（chuī）氣清潔（jié）、夾具及（jí）分度的氣檢等都起到了關鍵作用（yòng）ＩＷ。在廠家沒有（yǒu）提供關於回轉台分配器部分的（de）詳細裝配圖（tú）情況下，作者對分配器進（jìn）行Ｈ維、及二維（wéi）建模。但由於保密性要求，隻能提供簡化分配器（qì）二維結構供（gòng）讀者理解，分配器結構示意圖如圖１．３所示。
回轉台２．蝸（wō）杆３．騎輪４．分油軸（zhóu）５．鎖刹裝油麵缸體６．媒形（xíng）彈黃７．分油套８．上端蓋９．過渡板
１０．油路Ｉ１１．法蘭軸１２．油路ＩＩ１３．定位（wèi）夾裝裝置上腔油路１４．定位錐銷１５．定位（wèi）錐套（tào）１６．格蘭圈（quān）
１７．清潔氣（qì）路１８．定位夾接裝置下腔油路１９．光刪尺２０．軸承（chéng）２１．連接環２２．調（diào）整板
圖１．３分配器內部結構示意圖（tú）
分配器擁有分（fèn）油軸和（hé）分油套兩部（bù）分，分油軸（zhóu）固定在整個回轉台的殼體上不隨Ｂ軸轉動。回轉台（tái）所需的（de）各類氣、液、油通過（guò）Ｘ軸坦克鏈內的軟管連接到分配器定子（zǐ）的底部。轉動套內腔（qiāng）設計加工有１０道油槽，每一條槽分別對應分油套的一條通路１－Ｍ１。由於油槽為內孔壁圓（yuán）周上一整圈，因此（cǐ）無論轉動套隨Ｂ軸如何轉動，流體（tǐ）都（dōu）能通過定（dìng）子的（de）通（tōng）路進入相（xiàng）對應的油槽，進而進入Ｂ軸旋轉部分（fèn）。從而對液壓台麵的抬起鎖緊、端巧盤的鬆開鎖（suǒ）緊、吹氣清潔、夾具Ｗ及分度的氣檢等都起到了關鍵作用。
由於分油軸（zhóu）和分油套需要相對運動，兩者問的油槽（cáo）也隨著相對（duì）運動，故相鄰路之間的密封問題很關鍵。所選用的密封材料摩擦係（xì）數要相對較低，而且所處工況在油腔（qiāng）狀態下材料本（běn）身的粘度係數要低。根據這樣的（de）工況要求，機床廠（chǎng）家采用了格蘭圈來解決密封問題。格蘭圈由ＰＴＦＥ密封圈（聚（jù）四氣藝帰）和（hé）０形圈組成，如圖１．４所示。
圖１．４格蘭（lán）圈不意圖
如格蘭圈示意圖所示，ＰＴＦＥ密（mì）封圈（聚四（sì）氣（qì）乙帰）具有極低的摩擦係（xì）數且動靜摩擦（cā）係數幾乎相等（自潤滑（huá）性好）；此外（wài）該材質（zhì）表麵（miàn）的粘度係數極低，幾乎所有粘性物質都不能粘到它的表麵。但為保證分油軸和分油套油槽間的油路暢通，它們在相對（duì）運動的同（tóng）時還要保證兩者間隙足夠小。在這樣的工況條件下ＰＴＦＥ密封圈由於具有＂冷流性＂，在長時間連續載荷作（zuò）用下發生的塑性（xìng）變形（蠕變）而被壓扁（biǎn）。雖然這項（xiàng）缺點可通過加入（rù）適（shì）當的填料及改進密封結構等方法來（lái）克服（fú），比如本密封結構就采用在ＰＴＦＥ外部（bù）添加０形圈來提供足夠的密（mì）封（fēng）預緊力和對ＰＴＦＥ環的磨損進行一定範圍內的補償（cháng）作用（yòng）。但在長期載荷作用下０型圈的補償超出極限後就會出現漏油現象。
經過作者和工藝工程師分析判斷（duàn）後，認為ＭＸ加工中也發生回轉台竄油可能是因為ＰＴＦＥ密封磨（mó）損而導致（zhì）的，並提出更換該（gāi）密封的建議。
２、ＭＸ回轉台的自主維修
更換格蘭圈（quān）需要將整個分油套拆（chāi）除，這其中時柵的拆除、蝸輪蝸杆傳動（dòng）機構的拆除、轉動套與液壓刹車的分離等步驟，在拆裝時既要保（bǎo）證零件不受損耗，又要保證零件的安（ān）裝精度等多項技術難點需（xū）要攻克。因此，作者（zhě）與（yǔ）工藝小（xiǎo）組一起，在沒有任何國（guó）外廠家的技術支持下，借助（zhù）於（yú）多年的拆裝經（jīng）驗，製定了詳細的維（wéi）修方案，在維（wéi）修過（guò）程中作者對每個拆裝細節進行（háng）詳細記錄，並在此技改項目完成後將整個拆裝過程編寫成《ＭＸ加工中也回轉（zhuǎn）台（tái）維修（xiū）標準作業指導書》（注明：由於廠裏有（yǒu）保密（mì）要求，不能在文中體現（xiàn）。）指（zhǐ）導Ｗ後類似（sì）回轉台拆裝維修工作。
３、ＭＸ加（jiā）工中心（xīn）光柵尺氣密封優化設計
根據缸（gāng）體生產（chǎn）線工段同誌反映，ＭＸ加工中屯、在加工過程中近期常出現表麵粗趟度（dù）高，尺寸（cùn）精度不達標的現象。作者與工（gōng）藝組人員在對回轉台拆（chāi）裝後分（fèn）析，表麵粗髓度高可能是（shì）源於將回（huí）轉台分配器內夾具吹氣（qì）孔供氣回路封閉，導致夾具吹氣功能的喪失，在加工過程中增加了（le）因未及時吹掉夾具表麵的切屑而導致缸體加工精度失真的隱患（huàn）。而尺寸（cùn）精度不達標可能源於光柵尺的標尺光柵受（shòu）油氣霧的汙染（rǎn），直接（jiē）導致光柵尺的功能損壞１２６１。為此作者對光柵尺１＾＞１及其氣密封裝置進行分析改進。
４、光柵尺現狀分析及改進
光柵尺作為測量部件，對於機（jī）加工設備各運動軸位移的精（jīng）確測量，為實現伺服係（xì）統的閉環控製具有重要意義。本回轉台光柵尺采（cǎi）用海德紋公司的（de）ＥＲＭ係列絕對式角度光柵尺，如圖（tú）１．５所示。
圖１．５ＥＲＭ係列絕對式角度光柵尺示意圖
ＥＲＭ係（xì）列（liè）絕對（duì）式角度光柵（shān）尺使用了單軌絕對編碼技術（shù），簡化光柵製造並解決了編碼量程問題；使用了集成（chéng）電子（zǐ）技（jì）術，單個探測器上集成圖像傳感器Ｗ及（jí）光電池陣列，能同時接（jiē）收位置編碼和莫爾條紋；運用單光源照明，在大大降低體積的同時使用數字電子技術，在光柵尺讀數頭內直（zhí）接（jiē）計算出位置，直接就能（néng）發出位（wèi）置信息心１。由（yóu）於（yú）工況條件的限製，讀數頭需隨轉子部分往複運動，因此光柵尺不可能做成完全（quán）密封的形式（shì），所以本回轉工作台采用氣密封（fēng）形式。所謂氣密封就（jiù）是將一定量的壓縮空氣長時間持續通入光柵尺體內，使光柵尺內部壓為始終大於（yú）外部大氣壓力，從而減小（xiǎo）外界汙染物進入光（guāng）柵尺的情況產生。光柵尺氣（qì）密（mì）封要（yào）能上述工作要求，最關鍵的就是保證氣源的純潔性和穩定性口７＞。計對這一問題（tí），ＭＸ加工中也使用一套費斯托氣源處理裝置實現對壓縮（suō）空氣進行過濾、調壓、除油（yóu）、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（yuán）理圖
圖１．７ＭＸ氣源處理裝置現場實圖
根（gēn）據ＭＸ氣源處理（lǐ）裝置（zhì）原理圖所（suǒ）示，ＭＸ加工中必的供氣係統采用分（fèn）級遞進式過濾方（fāng）式，Ｗ得到理想潔淨的壓縮空氣。供氣經過兩個低精度過濾器粗濾後引致夾（jiá）具吹氣，再經過兩個高精度過濾器精濾後引入光柵尺供（gòng）氣中（zhōng）。
但是，ＭＸ加工中心的光柵尺對所供（gòng）氣（qì）體的潔淨度的要求非常嚴苛，如果遇到ＭＸ加（jiā）工中屯、回轉台分配器在長時（shí）間連（lián）續工作狀態下再次發生竄油故障事故。如圖１．３所示，由於（yú）分配器內高壓油路（壓力１２ｂａｒ）的臨近一路就（jiù）是壓（yā）縮空氣回路，如果高（gāo）壓油（yóu）和壓縮空氣之間發生竄油則液壓油必然會進入壓縮空（kōng）氣回路內。根（gēn）據現有的ＭＸ氣源處理裝置原理圖所顯示（shì），如果一次進入的油量較大，則液壓油必然會倒流（liú）至（zhì）巧縮空氣處理單元中，進而被高（gāo）壓空（kōng）氣壓入光柵尺導致其損壞。此外，生（shēng）產線工作現場運用的往複式空氣壓縮機排出的壓縮空氣溫度在１３０°Ｃ左右，即使（shǐ）經冷卻氣體溫度也能達到４５’Ｃ左右，此時空氣壓縮機氣缸中溫度（dù）更高達一百多度，其中部分潤滑油也會隨之（zhī）氣態，與（yǔ）空氣Ｗ及受（shòu）冷（lěng）卻的水（shuǐ）氣等一道排出。直接供給光柵尺將可能產生嚴重影響ＰＷ。在引起管道培塞、導致光柵尺損壞的同（tóng）時（shí），隨著大量的油蒸汽聚集Ｗ及缸體缸（gāng）蓋在加工過程中空氣中會含（hán）有（yǒu）一定量的金屬粉塵，兩者局部空間的結合也會存在易燃，甚至有（yǒu）爆炸的危險。
鑒（jiàn）於（yú）上（shàng）述安全隱患，以及光柵尺供（gòng）氣部分與氣動部件供氣部分（fèn）之間（jiān）沒有物理隔離而可能存在的問題（tí），作者及工藝組人員根據氣動部件與光柵尺（chǐ）氣密封供氣要（yào）求（qiú）的不同，決定在（zài）原有氣源處理裝置（zhì）的基礎（chǔ）上，再為光柵尺氣密（mì）封部分重新安裝一套氣源處理裝置進行單（dān）獨供氣（qì），並在現有的氣動部件供氣部分的進（jìn）口（kǒu）處安裝一個Ｈ－１／２－Ｂ型（xíng）號的單向閥（fá），確保兩者之間擁（yōng）有單向物理隔離功能，即使回轉台在Ｗ後長（zhǎng）期連續工作中存在液壓油倒灌現象，也不會對光柵尺Ｗ及對氣源部件有損害。具體情況，如圖１．８所示：
圍１．８改進後供氣（qì）氣動原（yuán）理圖
５、改進效果
通（tōng）過新増氣源供氣與處理裝置，有效地對氣動部件的供氣與光柵尺供氣實（shí）施了物理隔離，使得兩路互不幹擾，避免了單一（yī）氣源供氣導致光柵尺供氣不（bú）足的現象。同時新増單向閥有效（xiào）地保證了氣（qì）源不受氣路中可能存在的雜質的汙染，從根本上減小了光柵尺被泄漏（lòu）的液壓油倒灌而損壞的安全隱患。
為了匹配麽前ＭＸ加工中也（yě）使用的一套費斯托氣（qì）源處理裝置，本次改進方案所需的氣（qì）源處理裝置仍然選用費斯托廣（guǎng）家（jiā）的Ｄ係（xì）列產（chǎn）品。作者根據改進後供氣氣動原理圖，負責氣源處理裝置（zhì）的選型、詢價並聯係代理商。氣源處理裝置設備清（qīng）單如表１．１所示：
表１．１氣源（yuán）處理裝置設備清單
改進設計後的實物安裝圖如圖１．９所示：
圖１．９改造後實物安裝（zhuāng）圖
６、本章小（xiǎo）結
經上述工作內容，完成（chéng）了（le）兩項任務（wù），具體如（rú）下：
１）確定了液壓油泄漏的故（gù）障根源，完成了對ＭＸ係列加（jiā）工中也漏油事故排除。在此過程中完成了對ＭＸ係列加工中也（yě）回轉台分配（pèi）器部（bù）分的測繪，並且編寫的《ＭＸ加工中也回轉台分配器維修標（biāo）準作（zuò）業指導書》對車間其他進（jìn）口設備的維修具（jù）有積極的指（zhǐ）導意義。
２）通過研巧夾具供（gòng）氣部件與（yǔ）光柵尺（chǐ）供氣係統的氣動回路（lù），結合（hé）氣壓理論與生產實際，確定了氣（qì）路升級改造方案。一定程度上解決了加工精度失真的問題，同（tóng）時也有效地避免了化體生（shēng）產線上其（qí）他（tā）價格昂貴的光柵尺被液壓油汙染的（de）潛在隱患。
通過上述兩項任務的完成，不僅提高了整（zhěng）個（gè）車（chē）間的生產效率，而且也為公司降低了維修的成本。更（gèng）關鍵的是對（duì）新型進口設備實現（xiàn）了自主維（wéi）修及氣（qì）路改造，對公司（sī）未來實施全過程質量管理的戰略具有深遠的意（yì）義。
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