SLD系列數(shù)控刀架提高性能降低故障率的措施

孫慶春 李中明 魏蘭杰

（沈陽(yáng)機(jī)床（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，遼寧 沈陽(yáng) 110141）

當(dāng)前市場(chǎng)上經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床配備的數(shù)控刀架絕大部分為立式電動(dòng)數(shù)控刀架，“沈陽(yáng)機(jī)床”生產(chǎn)的“SLD系列立式電動(dòng)數(shù)控刀架”又是其主要力量。隨著市場(chǎng)環(huán)境的變化，對(duì)SLD系列刀架提出了新的要求，例如:要求產(chǎn)品性能與產(chǎn)出效率提升而同時(shí)故障率下降。這便要求我們從源頭上對(duì)刀架結(jié)構(gòu)優(yōu)化，提升產(chǎn)品性能，使零件加工更加方便，裝配更加便捷，為此我們對(duì)SLD系列產(chǎn)品進(jìn)行了全面的改善。

1 SLD系列刀架主要外部故障

SLD系列刀架原結(jié)構(gòu)如圖1、圖2所示，產(chǎn)生的主要外部故障如下:

（1）刀架密封性能低引起的故障:初定位銷銹蝕、編碼器銹蝕、刀架定位精度不準(zhǔn)等。

（2）刀架傳動(dòng)效率低引起的故障:負(fù)載過(guò)大電動(dòng)機(jī)燒毀、換刀緩慢、刀架剛性低、重復(fù)定位精度低等。

（3）編碼器松動(dòng)引起的刀架故障:系統(tǒng)選刀錯(cuò)誤，刀架無(wú)法啟動(dòng)等。

2 降低外部故障率提升性能措施

2.1 刀架密封性能

2.1.1 存在的問(wèn)題

（1）刀臺(tái)與底座之間密封性能低下

如圖1中3所指處，方刀臺(tái)與底座之間為O型密封圈徑向旋轉(zhuǎn)密封，由此對(duì)相對(duì)運(yùn)動(dòng)零件的同軸度及密封槽的尺寸要求相對(duì)較高。SLD系列刀架大批量生產(chǎn)，滿足上述兩個(gè)要求較困難。另外由于刀架工作環(huán)境對(duì)O型圈自身性能要求較高，而普通丁晴橡膠O型密封圈經(jīng)常是質(zhì)量上不夠可靠。由此刀臺(tái)與底座之間的密封效果欠佳。

（2）法蘭盤與底座之間，法蘭盤與立柱之間進(jìn)水

圖1中1、2所指處，法蘭盤與立柱之間，法蘭盤與底座之間無(wú)密封。

2.1.2 改善措施

（1）改善刀臺(tái)與底座之間的密封方式

如圖3中3所指處，方刀臺(tái)與底座之間把O型圈密封改為VA型密封圈密封。VA型密封圈為徑向與軸向同時(shí)密封，密封唇具有良好的活動(dòng)性和適應(yīng)性，同時(shí)可以彌補(bǔ)旋轉(zhuǎn)軸偏心問(wèn)題，對(duì)零件的加工、裝配要求相對(duì)較低，完全可以滿足產(chǎn)品大批量的生產(chǎn)要求。

（2）改善法蘭盤等處的密封

圖3中1、2所指處，法蘭盤與立柱之間裝配時(shí)涂抹密封膠，底座與法蘭盤之間增加密封膠墊。

2.1.3 改善效果

通過(guò)以上兩點(diǎn)改善，SLD系列刀架密封性能有了長(zhǎng)足的進(jìn)步，經(jīng)驗(yàn)證刀架各處防水性能良好，外部故障率有了明顯的下降。

2.2 刀架傳動(dòng)性能

2.2.1 存在的問(wèn)題

（1）刀架功率損失大

如圖1中4所指處，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與鎖緊機(jī)構(gòu)重合，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中的蝸輪在鎖緊機(jī)構(gòu)中，由此要求傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與鎖緊機(jī)構(gòu)中的底座、蝸輪、絲桿套、推力球軸承的精度較高，否則當(dāng)鎖緊機(jī)構(gòu)中的背帽鎖緊后，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中的蝸輪、蝸桿傳動(dòng)中心將錯(cuò)位，刀架在蝸輪蝸桿傳動(dòng)副中將消耗大量的能量，從而刀架動(dòng)齒盤鎖緊力減小，刀架剛性下降。

（2）推力軸承壽命下降

蝸輪、蝸桿傳動(dòng)中心錯(cuò)位，蝸輪上端推力球軸承必將是線受力，從而影響軸承的使用壽命，增加刀架的售后成本。

SLD系列刀架大批量生產(chǎn)，零件滿足要求較困難，因此刀架傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與鎖緊機(jī)構(gòu)重合已不適應(yīng)刀架的大批量生產(chǎn)。

2.2.2 改善措施

（1）傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與鎖緊機(jī)構(gòu)分離

蝸輪、蝸桿傳動(dòng)副傳動(dòng)中心靠蝸桿定位，如圖3中4所指處，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與鎖緊機(jī)構(gòu)分離，蝸輪的定位中心將不受刀架鎖緊機(jī)構(gòu)的限制，蝸輪、蝸桿傳動(dòng)副的中心平面由蝸桿控制蝸輪靠彈簧卡圈輔助支撐，由此大幅度降低了刀架能量的損耗，提高了刀架的鎖緊性能從而增強(qiáng)了刀架剛性;推力軸承由線受力改善為面受力，由此提高零件壽命，將大大降低刀架售后成本。

2.2.3 改善效果

經(jīng)驗(yàn)證SLD系列刀架（改善）與原SLD系列刀架相比，傳動(dòng)效率、鎖緊力矩和剛性有了明顯的提高，刀架剛性大幅度提升，市場(chǎng)反饋良好。

2.3 蝸桿軸承的預(yù)緊性能

2.3.1 存在的問(wèn)題

（1）頂絲預(yù)緊力大小控制困難

如圖2中虛線圓所圈處，蝸桿軸承的預(yù)緊為頂絲預(yù)緊。為防止角接觸球軸承在裝配中預(yù)緊力過(guò)大，要求裝配第一個(gè)頂絲后反轉(zhuǎn)半扣，再裝配第二個(gè)頂絲。第一個(gè)頂絲用于預(yù)緊軸承，第二個(gè)頂絲用于防止第一個(gè)頂絲松動(dòng)。而這種裝配方式中第一個(gè)頂絲軸向處于浮動(dòng)狀態(tài)，第二個(gè)頂絲裝配過(guò)緊必然帶動(dòng)第一頂絲轉(zhuǎn)動(dòng)，造成軸承軸向預(yù)緊力過(guò)大，軸承壽命降低。若第二個(gè)頂絲緊固力矩過(guò)小，又起不到防松效果，軸承軸向竄動(dòng)過(guò)大，必然影響軸承壽命。只有保證頂絲端面為球面，嚴(yán)格控制裝配流程才能達(dá)到預(yù)期效果，而SLD系列刀架大批量生產(chǎn)很難滿足要求。

（2）裝配效率低

在裝配兩個(gè)頂絲的過(guò)程中必須翻動(dòng)底座3次，裝配工人勞動(dòng)強(qiáng)度高，裝配效率低。

2.3.2 改善措施

如圖4中虛線圓所圈處，把蝸桿軸承的預(yù)緊改為彈簧預(yù)緊。

2.3.3 改善效果

經(jīng)裝配及產(chǎn)品市場(chǎng)反饋情況驗(yàn)證此種方式對(duì)軸承的預(yù)緊效果理想，從而將減少軸承的售后成本。裝配效率提升，從而提高了刀架的產(chǎn)出效率。

2.4 初定位穩(wěn)定性

2.4.1 存在問(wèn)題

（1）初定位銷卡銷

初定位銷卡銷主要原因有:初定位銷銹蝕、初定位銷導(dǎo)向性能差。

（2）動(dòng)齒盤上初定位銷導(dǎo)向孔加工成本過(guò)高

加工動(dòng)齒盤上初定位銷導(dǎo)向孔，我單位使用的是擴(kuò)孔鉆與定制的雙聯(lián)鉸刀在立加上加工。平均加工150件動(dòng)齒盤便需更換擴(kuò)孔鉆與雙聯(lián)鉸刀一套，一套工具160元人民幣，此處消耗工具成本巨大。

2.4.2 改善措施

（1）改善初定位銷工藝性

在初定位銷不受力的兩

側(cè)面銑缺面，用于含潤(rùn)滑脂，增加初定位銷的滑動(dòng)性，減少銹蝕機(jī)率，降低售后成本。

（2）增加初定位銷孔的導(dǎo)向長(zhǎng)度

增加動(dòng)齒盤初定位銷孔的導(dǎo)向長(zhǎng)度（圖5），從而降低動(dòng)齒盤上初定位銷孔上下兩孔同軸度的要求，降低加工成本。左側(cè)為SLD系列“初定位銷”，右側(cè)為改進(jìn)SLD系列（改善）初定位銷。

2.4.3 改善效果

經(jīng)SLD系列刀架改善后的市場(chǎng)反饋情況，此種改善方式良好，有效提升了初定位穩(wěn)定性。

2.5 編碼器定位穩(wěn)定性

2.5.1 存在問(wèn)題

編碼器定位不可靠。如圖1中5所指處，編碼器的定位為:頂絲的剛性連接，而刀架工作環(huán)境惡劣。剛性連接方式中，刀架工作振動(dòng)帶來(lái)頂絲松動(dòng)，從而編碼器位置變動(dòng)，常使系統(tǒng)得不到刀架的工位信號(hào)。

2.5.2 改善措施

如圖3中5所指處，編碼器的定位改為細(xì)牙螺母鎖緊，輔以彈簧墊圈。彈簧墊圈具有吸振作用，從而杜絕了編碼器因刀架工作中的振動(dòng)導(dǎo)致的松動(dòng)。另外，螺母固定便于編碼器的調(diào)節(jié)。

2.5.3 改善效果

經(jīng)過(guò)市場(chǎng)反饋，編碼器松動(dòng)的故障率60%得到了解決。

3 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)筆者公司各部門的共同努力，SLD系列刀架改善后剛性、重復(fù)定位精度有明顯提高，售后故障率下降了80%，產(chǎn)品的產(chǎn)出效率提高了10%，成本下降10%，有力地解決了現(xiàn)行市場(chǎng)上經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床所配刀架的故障率，對(duì)刀架的大批量生產(chǎn)提供了有力的支撐，該產(chǎn)品已申請(qǐng)專利，專利號(hào):201120518040。