M35車－鏜－銑5軸復(fù)合加工中心B1軸過載保護(hù)裝置的分析與調(diào)整

萇曉兵，陳玉文，薛松

(1.常州機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇常州 213164;2.南車戚墅堰機(jī)車有限公司，江蘇常州 213000)

該機(jī)床是歐洲高端產(chǎn)品，具有高精度、高性能、高效率的優(yōu)點(diǎn)，在同類機(jī)床中處于國際領(lǐng)先水平。特別是該設(shè)備設(shè)計(jì)具有完善的安全特性，文中所要論述的TBM(車－鏜－銑)單元回轉(zhuǎn)軸B1軸的過載保護(hù)功能就是機(jī)床的典型安全特性之一。因?yàn)樵擃悪C(jī)床配備標(biāo)準(zhǔn)X、Y、Z、B、C軸，通過一次裝夾完成對(duì)復(fù)雜工件完整、精密的機(jī)加工。實(shí)際生產(chǎn)中由于產(chǎn)品毛坯尺寸差異大而導(dǎo)致過載有時(shí)是難免的。而一旦發(fā)生過載，這種保護(hù)裝置可以保護(hù)高精度TBM組件，如主軸軸承、測(cè)量系統(tǒng)等免受過載撞擊引起的應(yīng)力破壞。根據(jù)過載施加力方向的不同，僅僅導(dǎo)致上述高精度組件在其裝配面上產(chǎn)生位移，保護(hù)高精度組件不會(huì)受損，只會(huì)引起機(jī)床靜態(tài)幾何精度的變化。因此，發(fā)生過載情況時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)維修的關(guān)鍵就是如何調(diào)整機(jī)床的靜態(tài)幾何精度，使機(jī)床恢復(fù)正常加工能力。

1 設(shè)備軸描述

M35加工中心如圖1所示，為奧地利進(jìn)口車－鏜－銑5軸復(fù)合加工中心，其各軸位置如圖2所示。

機(jī)床各軸定義如下:X1軸為TBM單元前后方向直線軸;Y1軸為TBM單元上下方向直線軸;Z1軸為TBM單元左右方向直線軸;B1軸為TBM單元繞Y軸回轉(zhuǎn)軸;C1軸為主軸大扭矩分度旋轉(zhuǎn)軸;Z2軸為數(shù)控中心架平行Z1軸方向直線軸;Z4軸為尾座平行于Z1軸方向直線軸。

圖1 M35加工中心外觀圖

圖2 M35加工中心各軸位置圖

2 靜態(tài)幾何精度測(cè)量與分析

當(dāng)發(fā)生過載時(shí)，B1軸靜態(tài)幾何精度測(cè)量與分析如下:

2.1 B1軸的主工作位置 (0°位置)測(cè)量與分析

(1)測(cè)量

先“學(xué)習(xí)”直方圖的２種形式定義，后“研究”直方圖的計(jì)算方法，并在研究的基礎(chǔ)上學(xué)生選擇算法并繪制直方圖．根據(jù)定義１編寫M文件繪制灰度圖像的直方圖[11]，原圖像為256×256的灰度級(jí)在[0，255]范圍的灰度圖像，繪制的直方圖見圖１．

在MDA方式下，通過指令B1=0使B1軸處于0°位置。如圖3所示:安裝千分表，在TBM單元主軸孔中插入檢驗(yàn)芯軸，手動(dòng)方式移動(dòng)Y1軸，找到芯軸側(cè)母線。沿X1方向移動(dòng)TBM單元 (行程300 mm)，測(cè)量芯軸與X1軸方向上的平行度，將芯軸回轉(zhuǎn)180°再測(cè)量一次，兩次結(jié)果的代數(shù)和之半與標(biāo)準(zhǔn)允差(0.03/300 mm)的差值即為實(shí)際超差量。

圖3 B1軸0°位置測(cè)量圖

(2)分析

①若B1軸NC分度松開和分度鎖緊時(shí)，發(fā)現(xiàn)存在相同偏差，表明TBM單元在橫向滑板上發(fā)生位移;②若只當(dāng)B1軸NC分度鎖緊時(shí)發(fā)現(xiàn)存在偏差，或當(dāng)分度嚙合傳動(dòng)時(shí)，B軸傳動(dòng)裝置出現(xiàn)切咬現(xiàn)象，表明B1軸分度鼠牙盤發(fā)生了移位變形。

2.2 B1軸的±90°位置測(cè)量與分析

(1)測(cè)量

在MDA方式下，通過指令B1=90°使B1軸處于90°位置。如圖4所示:安裝千分表，在TBM單元主軸孔中插入檢驗(yàn)芯軸，手動(dòng)方式移動(dòng)Y1軸，找到芯軸側(cè)母線。沿 Z1方向移動(dòng) TBM單元 (行程150 mm)，測(cè)量芯軸與Z1軸方向上的平行度，將芯軸回轉(zhuǎn)180°再測(cè)量一次，兩次結(jié)果的代數(shù)和之半與標(biāo)準(zhǔn)允差 (0.03/150 mm)的差值即為實(shí)際超差量。

按上述相同方法，完成B1軸處于－90°位置測(cè)量過程。

(2)分析

若B1軸CNC分度松開時(shí)，在B1軸兩個(gè)位置的同一方位上均出現(xiàn)角度偏差超差時(shí)，表明Y1軸滑板與滑座的螺紋裝配面發(fā)生了位移，X1/Y1軸拖板移動(dòng)對(duì)Z1軸的垂直度超差，需調(diào)整Y1軸滑板。

圖4 B1軸±90°位置測(cè)量圖

3 調(diào)整

3.1 調(diào)整橫向滑板上的TBM主軸固定裝置，恢復(fù)X1/Y1軸拖板移動(dòng)對(duì)Z1軸的垂直度

用12個(gè)M12內(nèi)六角螺釘 (圖5中的壓緊固定螺絲)將TBM主軸座與橫向滑板座聯(lián)接在一起。調(diào)整方法為:(1)先取下機(jī)床導(dǎo)軌防護(hù)罩與TBM單元聯(lián)接處防護(hù)罩;(2)將12個(gè)M12內(nèi)六角螺釘擰松;(3)在Y1支架底座兩端的M8螺紋孔中擰入兩個(gè)調(diào)節(jié)螺釘 (圖5中的調(diào)節(jié)螺絲)，通過調(diào)節(jié)螺釘旋轉(zhuǎn)橫向?qū)蜓b置來調(diào)節(jié)TBM主軸座與橫向?qū)蜓b置的水平度 (調(diào)整時(shí)，用千分表跟蹤支架底座位置變動(dòng)或檢查支架底座和橫向滑板邊緣平行度的方式，來對(duì)調(diào)整狀態(tài)進(jìn)行檢查，調(diào)整量按前面靜態(tài)幾何精度測(cè)量與分析的結(jié)果進(jìn)行);(4)拆除調(diào)節(jié)螺釘;(5)用扭力扳手?jǐn)Q緊12個(gè)M12聯(lián)接螺釘，扭力設(shè)定為120 N·m(因?yàn)槁?lián)接方式為摩擦方式，扭力太小不能保證加工精度和穩(wěn)定性)(如圖5—7所示)。

圖5 TMB與滑板座連接圖

圖6 底座位置變動(dòng)檢測(cè)圖

圖7 底座和滑板平行度檢測(cè)圖

3.2 調(diào)整B1軸分度機(jī)構(gòu)

調(diào)整B1軸分度機(jī)構(gòu)必須在TBM主軸固定裝置調(diào)整完畢、X1/Y1軸拖板對(duì)Z1軸的垂直度合格條件下進(jìn)行。B1軸分度機(jī)構(gòu)與Y1軸滑板的腔室是采用摩擦方式的法蘭轉(zhuǎn)接形式嚙合在一起的。如果B1軸分度機(jī)構(gòu)處于嚙合狀態(tài)時(shí)發(fā)生過載事故，則可能會(huì)使該轉(zhuǎn)接位置出現(xiàn)移位。因?yàn)锽1軸為NC軸，因此，可通過數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行B1軸數(shù)據(jù)調(diào)整。

B1軸參考點(diǎn)調(diào)整方法:(1)打開B1軸NC分度，使B1軸定位在0°位置。(2)將分度裝置上的蓋板護(hù)罩拆下，執(zhí)行TBM單元參考點(diǎn)返回操作。(3)在MDA方式下，通過指令B1=－90°使B1軸旋轉(zhuǎn)到－90°位置。(4)將檢驗(yàn)芯軸插入TBM單元主軸孔中，選擇JOG方式，手動(dòng)使TBM單元平行Z1軸方向移動(dòng)，在300 mm行程內(nèi)進(jìn)行檢查 (如圖8所示)，手動(dòng)旋轉(zhuǎn)B1軸，使得在芯軸300 mm檢測(cè)范圍內(nèi)符合幾何精度要求，并記錄當(dāng)前B1軸坐標(biāo)值。(5)進(jìn)入840D數(shù)控系統(tǒng)界面進(jìn)行如下操作:菜單選擇→開始→機(jī)床數(shù)據(jù)→軸 (通過+/－選擇軸名到B1)B1→MD→MD 3409，將記錄的 B1軸坐標(biāo)值輸入到MD3409參數(shù)中。(6)NCK復(fù)位，數(shù)據(jù)生效。

圖8 B1軸－90°位置檢測(cè)圖

B1軸處于0°位置時(shí)分度調(diào)整方法:同用千分表進(jìn)行檢查 (如圖9所示)，達(dá)到要求后，將B1軸分度的法蘭螺釘擰松到足夠程度，以確保分度法蘭上不再受任何張緊力的作用。使B1軸嚙合，這樣可將B1軸法蘭旋轉(zhuǎn)到調(diào)整后的0°位置。

圖9 B1軸0°位置檢測(cè)圖

為確保分度位置與NC軸達(dá)到的位置完全相等，需通過編寫程序?qū)1軸分度打開與關(guān)閉不少于5次。

步驟如下:

第1步，執(zhí)行B1軸到0°操作;

第2步，在MDA方式下編輯程序:

Mcb1ind B1軸分度

G04F5 延時(shí)5 s

Mcb1uncl B1軸松開

第3步，測(cè)量B1軸分度與松開誤差是否小于0.01 mm，如果大于0.01 mm，則必須對(duì)B1軸分度進(jìn)行調(diào)整;

第4步，在MDA方式下編輯程序:

anf: 程序頭

Mcb1ind B1軸分度

G04F5 延時(shí)5 s

Mcb1uncl B1軸松開

G04F5 延時(shí)5 s

gotob anf 跳轉(zhuǎn)至程序頭

第5步，松開B1軸分度夾緊螺栓，執(zhí)行“第4步”所編輯的程序5遍以上;

第6步，檢查測(cè)量B1軸分度與松開誤差是否小于0.01 mm。合格后，用扭力扳手緊固B1軸分度夾緊螺栓，設(shè)定扭力35 N·m。此操作必須注意:當(dāng)在新的0°位置擰緊B1軸分度時(shí)，一定不能造成B1軸的變形?？梢栽贐1軸分度處于嚙合狀態(tài)時(shí)，按照對(duì)角方式來逐漸擰緊法蘭螺釘。擰緊后，將該位置定義為新的0°位置 “GRID.POINT MOVEMENT B1-AXIS(B1軸柵格點(diǎn):參考點(diǎn))” (如圖10—11所示)。檢查合格后，安裝好所有防護(hù)罩。

圖10 B1軸分度限位開關(guān)位置圖

圖11 B1軸分度機(jī)構(gòu)法蘭裝置圖

4 結(jié)束語

隨著軌道裝備制造能力要求的進(jìn)一步提高，生產(chǎn)中大量采用現(xiàn)代先進(jìn)數(shù)控復(fù)合加工中心。如何消化吸收和應(yīng)用先進(jìn)技術(shù)，是當(dāng)今設(shè)備應(yīng)用中的熱門課題。特別是機(jī)床在應(yīng)用過程中精度的變化，將嚴(yán)重影響產(chǎn)品加工質(zhì)量，造成巨大經(jīng)濟(jì)損失。然而設(shè)備精度調(diào)整技術(shù)通常被設(shè)備制造商視為技術(shù)機(jī)密而限制提供給用戶，導(dǎo)致了設(shè)備可靠性和穩(wěn)定性的降低?，F(xiàn)針對(duì)設(shè)備的安全特性等環(huán)節(jié)進(jìn)行研究，總結(jié)出機(jī)床主要功能部件狀態(tài)的檢查方法以及調(diào)整方法。目前作者已將得出的檢查與調(diào)整方法充實(shí)到設(shè)備TPM管理中去，形成定期點(diǎn)檢制度，有效地對(duì)關(guān)鍵設(shè)備工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，使設(shè)備處于良好的運(yùn)行狀態(tài)，極大地提高了現(xiàn)有設(shè)備利用率，確保了產(chǎn)品加工質(zhì)量和生產(chǎn)效率。

【1】WFL公司.M35車－鉆－銑5軸復(fù)合加工中心維護(hù)保養(yǎng)手冊(cè)［M］.

【2】WFL公司.M35車－鉆－銑5軸復(fù)合加工中心操作手冊(cè)［M］.

【3】WFL公司.M35車－鉆－銑5軸復(fù)合加工中心編程手冊(cè)［M］.

【4】ISO230標(biāo)準(zhǔn)手冊(cè).

【5】VDI3441標(biāo)準(zhǔn)手冊(cè).