辛辛那提立加系統(tǒng)改造

【摘要】設(shè)備改造成功的關(guān)鍵是兩個安裝尺寸相差很大的電機能否可靠的和機床本體連接好，本文通過作者的細心觀察和精巧設(shè)計，最終達到了改造目的，并通過了半年多的大負荷生產(chǎn)驗證。

【關(guān)鍵詞】辛辛那提系統(tǒng)；發(fā)那科系統(tǒng)；過渡法蘭；過渡軸；彈性聯(lián)軸器

一、改造背景

辛辛那提立加為我廠的關(guān)鍵設(shè)備，主要加工錐支座的銑面、鏜孔等工序。但由于其系統(tǒng)的唯一性造成備件采購周期長而且不通用又造成資源上的浪費。改造前系統(tǒng)主要存在以下問題：

①主軸驅(qū)動不良、主軸轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定，最高轉(zhuǎn)速差可達70%，因此經(jīng)常報警。

②Z軸電機抱閘磨損嚴重，停車時下滑位移較大，如果在加工過程中產(chǎn)生報警就會發(fā)生打刀或其它設(shè)備、人身事故等問題。

③系統(tǒng)顯示屏損壞，無法購得只能靠臨時借用維持。更重要的是，由于該設(shè)備已經(jīng)使用15年了，常年三班不停，電器元件老化嚴重。

作為該條生產(chǎn)線的唯一一臺首道工序加工設(shè)備，如果想要保證它的正常運行，備件至少需要30萬元。鑒于以上情況，我們決定對電氣系統(tǒng)實施改造。

二、改造方案

如果實施改造更換新系統(tǒng)勢必要更換新的電機，而現(xiàn)在生產(chǎn)的電機以短胖型為主而不是以往的長瘦型，隨之而來的便是電機的安裝問題。

設(shè)計思路：根據(jù)現(xiàn)場的測量，分析決定采用過渡法蘭、過渡軸、彈性聯(lián)軸器等柔性連接。結(jié)構(gòu)簡單、便于調(diào)整、可靠性高。

X軸：由于采用新電機，如果沿用原來的法蘭安裝會造成電機與工作臺干涉，故只能把電機后移（沿滾珠絲杠的軸向方向），采用過渡法蘭、過渡軸、彈性聯(lián)軸器連接。如下圖所示

伺服電機安裝固定在過渡法蘭上，過渡法蘭為L型彎板式結(jié)構(gòu)，由法蘭盤及支撐座兩部分焊接組成。支撐座加工有方槽、坡口，方槽寬度與法蘭盤厚度一致以滿足定位要求；坡口保證焊接牢固可靠。另外，支撐座采用雙排四螺釘結(jié)構(gòu)（8.8級M12高強度螺釘），防止單側(cè)受力造成螺釘彎曲斷裂。中央傳遞部分采用柔性連接，彈性聯(lián)軸器把過渡軸的兩端分別與電機軸和滾珠絲杠相連接，具有運動平穩(wěn)、傳遞扭矩大等優(yōu)點。但需要注意的是：雖然采用了柔性連接，但為了保證設(shè)備能夠長時間平穩(wěn)運轉(zhuǎn)，在安裝時要保證電機軸、過渡軸及滾珠絲杠三者之間的同軸度不超過0.05mm/200mm。

Y軸：由于采用新電機，如果沿用原來的法蘭安裝會造成電機與立柱內(nèi)腔干涉，故決定采用過渡法蘭安裝連接（方形殼體，類似于數(shù)控車X軸連接方式）以便于安裝。電機與滾珠絲杠之間采用過渡軸、彈性聯(lián)軸器、圓柱鍵連接。如下圖所示

方形法蘭前端加工有外止扣與滾珠絲杠軸承座配合，后端加工有內(nèi)止扣與電機法蘭配合，這樣便保證了電機軸與滾珠絲杠的同軸度。另外，在方形法蘭的四周（下端面除外）加工有檢修口，以方便安裝、調(diào)整。而且，方形法蘭下端面還需要配做支撐板以承擔(dān)一部分重力防止螺釘單側(cè)受力彎曲斷裂。

Z軸：結(jié)構(gòu)與Y軸類似，也是采用方形法蘭安裝固定電機，電機與滾珠絲杠之間則采用過渡軸、彈性聯(lián)軸器、圓柱鍵連接。

但需要注意的是，由于主軸箱會隨著Z軸滾珠絲杠的運動而上下移動，為防止主軸箱與Z軸電機發(fā)生干涉，故方形法蘭在加工時徑向尺寸要適當(dāng)減小，同時軸向尺寸要適當(dāng)增長，以避開行程極限位置。同時，為了滿足日常維修，方形法蘭的四周都加工有檢修口，這樣就可以方便、快捷的調(diào)整彈性聯(lián)軸器了。調(diào)整后，檢修口需要用蓋板蓋住，以防止粉塵進入造成軸承研死。

主軸：現(xiàn)生產(chǎn)的電機電機軸多為光軸，通過漲套式彈性聯(lián)軸器與齒輪配合、傳遞動力；而原來的老式電機則是通過單鍵與齒輪配合、傳遞動力。這就需要對新電機的電機軸進行二次加工，為保證安裝、傳動可靠，在加工前需要對電機軸進行找正：上母線、側(cè)母線跳動不大于0.02mm/100mm方可加工。在加工鍵槽后，同時需要在電機軸端面上加工2-M6螺釘孔，以固定齒輪、防止齒輪軸向竄動。另外，為了安裝固定新電機，還需要加工制作一過渡法蘭盤。新法蘭盤的厚度與原來的法蘭盤厚度保持一致即可。

電氣：采用FANUC0I-Mate-MD系統(tǒng)+β系列的驅(qū)動器和伺服電機，為了減少改動，訂做了與原操縱盒類似的操縱面板。由于我們現(xiàn)場沒有完全一樣的設(shè)備，因此在程序的設(shè)計上我們采用了分段借鑒、最后統(tǒng)一整合的原則。面板的的設(shè)計、訂做和地址設(shè)定盡量借用數(shù)控銑和數(shù)控車的設(shè)計，這樣大大簡化了四組波段開關(guān)編碼的繁瑣工作；伺服和電機的選型、接線、布置和設(shè)定，盡量借用現(xiàn)場兩臺立加的設(shè)計；刀庫由于現(xiàn)場沒有借鑒，我們采用了宏程序控制，邏輯控制輔助的原則實現(xiàn)動作；由于主軸和電機的帶輪2：1，因此也采用了外置定向開關(guān)的設(shè)計；在參數(shù)設(shè)置上，由于現(xiàn)場都是MC系列的，沒法借用，我們只能根據(jù)報警和動作，出現(xiàn)一個，解決一個。

三、使用效果

改造前，每個月都會出現(xiàn)幾次故障，每次故障都會耽誤幾個小時甚至幾天。改造后，已經(jīng)使用大半年了還沒有出現(xiàn)過故障。

四、結(jié)束語

通過這次改造，使我們熟悉了發(fā)那科系統(tǒng)的應(yīng)用，同時也給我們增添了更大的信心，對公司內(nèi)十幾年前的進口設(shè)備出現(xiàn)的電器元件老化、備件價格高且不易采購等問題的解決，提供了一條新的途徑。