龍門加工中心橫梁移動(dòng)故障的診斷與分析

■蘇州江源精密機(jī)械有限公司 （江蘇蘇州 215143） 吉文正 李忠杰

■青海第二機(jī)床廠 （青海西寧 810021） 耿小亭 郭 寬

我公司龍門加工中心為工作臺(tái)移動(dòng)、橫梁上下升降移動(dòng)的動(dòng)梁龍門結(jié)構(gòu)，橫梁采用液壓平衡液壓缸，橫梁上下移動(dòng)為數(shù)控軸，可以任意位置準(zhǔn)停，如圖1所示。機(jī)床運(yùn)行一段時(shí)間后，在生產(chǎn)過程中，經(jīng)檢測成品零件發(fā)現(xiàn)加工零件的精度誤差加大，零件精度有損失，后經(jīng)激光干涉儀等檢測儀器檢查分析，橫梁移動(dòng)（W軸）的定位精度和反向間隙等誤差加大，而且左右立柱的誤差不一樣，引起橫梁嚴(yán)重傾斜，甚至導(dǎo)致橫梁卡死無法移動(dòng)，通過故障排除發(fā)現(xiàn)，橫梁在設(shè)備運(yùn)行一段時(shí)間后有傾斜，致使Y軸滑座移動(dòng)時(shí)移動(dòng)精度不穩(wěn)定，造成加工成品零件不合格。

1. 故障診斷與分析

在動(dòng)橫梁上下移動(dòng)（W軸）時(shí)采用的傳動(dòng)方式為：伺服電動(dòng)機(jī)通過齒輪傳動(dòng)與滾珠絲杠驅(qū)動(dòng)橫梁上下移動(dòng)，如圖2所示，由于齒輪傳動(dòng)時(shí)齒輪間有間隙，當(dāng)W軸橫梁上下停止移動(dòng)、機(jī)床急停、機(jī)床關(guān)機(jī)或機(jī)床主機(jī)突然斷電時(shí)，由于滾珠絲杠不自鎖，橫梁重力下降會(huì)引起滾珠絲杠產(chǎn)生微量轉(zhuǎn)動(dòng)，從而產(chǎn)生反向間隙（經(jīng)實(shí)測大約0.20m m），使得橫梁移動(dòng)位置精度產(chǎn)生誤差，而且當(dāng)橫梁上面的滑枕主軸箱在橫梁上處于不同位置時(shí)，左右立柱產(chǎn)生的反向間隙和引起的誤差不一致而引起橫梁傾斜。當(dāng)橫梁移動(dòng)一段時(shí)間后，這種誤差逐漸變大，進(jìn)而影響橫梁移動(dòng)的定位精度，最后橫梁在兩立柱間傾斜引起橫梁在立柱上卡死，無法上下移動(dòng)。

圖1 龍門加工中心

圖2 原W軸傳動(dòng)結(jié)構(gòu)

2. 故障排除

對(duì)橫梁傳動(dòng)部分進(jìn)行改進(jìn)，橫梁驅(qū)動(dòng)部分采用一種新型W軸制動(dòng)結(jié)構(gòu)，如圖3所示，重新設(shè)計(jì)軸承座和絲杠，在絲杠上端增加電子抱閘制動(dòng)裝置，如圖4所示，當(dāng)橫梁上下移動(dòng)停止或機(jī)床主機(jī)斷電時(shí)，抱閘制動(dòng)裝置鎖緊驅(qū)動(dòng)絲杠，使得絲杠不產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，從而提高動(dòng)橫梁移動(dòng)的定位精度。

經(jīng)計(jì)算橫梁總質(zhì)量約13t，總質(zhì)量約80%以上由平衡液壓缸平衡，橫梁停止移動(dòng)時(shí)其余部分力矩由電動(dòng)機(jī)自身的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩克服，抱閘制動(dòng)只需克服約與電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩相同的轉(zhuǎn)矩大小，就可以在突然斷電和停止移動(dòng)時(shí)，通過抱閘制動(dòng)器的復(fù)位彈簧和摩擦片瞬時(shí)產(chǎn)生制動(dòng)，將滾柱絲杠鎖死，防止?jié)L珠絲杠旋轉(zhuǎn)，從而制動(dòng)橫梁，防止橫梁發(fā)生位置移動(dòng)，保證橫梁移動(dòng)的定位精度。

圖3 改進(jìn)后W軸傳動(dòng)結(jié)構(gòu)原理

龍門加工中心的動(dòng)橫梁安裝在左右立柱上，如圖1所示，并且左右立柱上分別安裝有動(dòng)橫梁上下移動(dòng)的驅(qū)動(dòng)裝置，如圖3所示，驅(qū)動(dòng)裝置為：伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)主動(dòng)齒輪，帶動(dòng)從動(dòng)齒輪旋轉(zhuǎn)，從動(dòng)齒輪帶動(dòng)滾珠絲杠旋轉(zhuǎn)，而滾珠絲杠上端安裝有電磁離合器抱閘制動(dòng)裝置，如圖4所示，抱閘裝置安裝在從動(dòng)齒輪下方，防止?jié)L珠絲杠旋轉(zhuǎn)，起到消除間隙的作用。

抱閘制動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)原理：驅(qū)動(dòng)裝置的軸承座固定在立柱上，抱閘制動(dòng)裝置通過螺釘固定在軸承座上，制動(dòng)摩擦片與從動(dòng)齒輪通過平鍵聯(lián)接在滾珠絲杠上，通電時(shí)電磁鐵的吸力帶動(dòng)摩擦片上移與軸承座脫離，斷電時(shí)電磁力消失，復(fù)位彈簧推動(dòng)摩擦片下移與軸承座接觸，靠摩擦片的摩擦力防止絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，起到安全制動(dòng)作用。

圖4 抱閘制動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)

如圖5所示，抱閘制動(dòng)裝置的工作原理為：當(dāng)機(jī)床橫梁在加工零件上下移動(dòng)時(shí)，制動(dòng)器通過數(shù)控系統(tǒng)控制處于通電狀態(tài)，電磁鐵帶動(dòng)摩擦片與軸承座處于脫離狀態(tài)，絲杠帶動(dòng)摩擦片旋轉(zhuǎn)。當(dāng)橫梁處于靜止懸停狀態(tài)、急停狀態(tài)或機(jī)床主機(jī)斷電時(shí)，數(shù)控系統(tǒng)控制電磁鐵瞬時(shí)斷電，復(fù)位彈簧推動(dòng)摩擦片與軸承座接觸，處于制動(dòng)狀態(tài)，使得絲杠無法旋轉(zhuǎn)，從而使得動(dòng)橫梁處于絕對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)，提高動(dòng)橫梁的定位精度。

經(jīng)更換軸承座和絲杠，在絲杠起始端增加抱閘制動(dòng)裝置后，橫梁移動(dòng)和定位故障大幅降低，經(jīng)檢測橫梁移動(dòng)W軸定位精度為0.02m m，重復(fù)定位精度為0.012mm，反向差值為0.02mm。機(jī)床加工零件運(yùn)行一段時(shí)間后檢測，橫梁移動(dòng)精度無明顯變化，改進(jìn)效果明顯，基本消除齒輪傳動(dòng)間隙引起的橫梁傾斜和定位精度誤差。

圖5 橫梁抱閘制動(dòng)裝置工作原理

3. 結(jié)語

通過在動(dòng)梁移動(dòng)龍門加工中心的W軸驅(qū)動(dòng)上增加垂直抱閘制動(dòng)裝置，對(duì)龍門加工中心橫梁移動(dòng)的定位精度起到了保障作用，滿足了零件加工的精度要求。