落地銑鏜床換刀機構(gòu)故障分析及解決措施

王佳燕 李 峰 鄧利偉

海申機電總廠（象山）（浙江寧波 315718）

近年來，LW系列臥螺式離心機應(yīng)用范圍不斷擴大，市場需求量不斷增加，對于生產(chǎn)進度、產(chǎn)量的要求不斷提升，因此，需要保證離心機生產(chǎn)各工序正常有序開展，這對每道工序的操作人員及設(shè)備完好性提出了更高的要求。機械加工在離心機生產(chǎn)中不可或缺，而在機械加工中，其中關(guān)鍵工序所涉及的重大精密關(guān)鍵設(shè)備落地銑鏜床扮演著重要角色。[1-5]某廠目前使用的TP6113落地銑鏜床于2005年安裝完成并投入生產(chǎn)，經(jīng)過多年的頻繁使用，設(shè)備各個機構(gòu)故障頻發(fā)，故障停機時間日益增多，對離心機整體生產(chǎn)進度和正常交付造成了影響。

1 設(shè)備概況

某廠TP6113落地銑鏜床由齊齊哈爾二機床（集團）有限責(zé)任公司（原齊齊哈爾第二機床廠）出廠，其鏜軸直徑為160 mm,主軸箱垂直行程6 000 mm，立柱橫向行程可達15 000 mm，主電動機功率為120 kW，機床重量約為350 t，2005年安裝完成并投產(chǎn)使用，已運行近17年。

2 設(shè)備運行情況

該設(shè)備有足夠的強度和剛性，能滿足大切削量的銑削與鏜削要求：具有X，Y，Z，W4個進給，X，Y方向進給均有數(shù)字顯示及夾緊裝置。該設(shè)備性能優(yōu)良，工藝范圍廣泛，精度及生產(chǎn)效率較高，通過配合旋轉(zhuǎn)平臺一次裝夾可完成鉆孔、擴孔、鏜孔、切溝槽以及平面等繁雜加工面。

通過對近一年來落地銑鏜床的故障以及故障時間進行統(tǒng)計分析，發(fā)現(xiàn)落地銑鏜床停機的故障主要集中在3個方面，分別是換刀機構(gòu)故障、液壓機構(gòu)故障、電器機構(gòu)故障。對具體故障停機時間進行分層統(tǒng)計，具體如表1所示。由表1可以看出，換刀機構(gòu)故障對落地銑鏜床的正常運行影響較大。

表1 故障停機時間分布

3 換刀機構(gòu)故障原因分析

對落地銑鏜床換刀機構(gòu)故障特征的研究發(fā)現(xiàn)，主軸銑刀拉桿機構(gòu)最容易出現(xiàn)拉刀桿折斷、彈簧底座斷裂、拉刀桿緊刀螺紋滑絲等故障。在故障現(xiàn)象分析過程中，可以明顯發(fā)現(xiàn)換刀機構(gòu)部位的損壞均為過載造成的機械損壞。運行中的換刀機構(gòu)，換刀盤和松緊盤出現(xiàn)了不同程度的反轉(zhuǎn)，即按下?lián)Q刀按鈕時有不同程度的松緊動作，且二者之間的運行方向正好相反，因此產(chǎn)生了兩個相反的作用力。在反向力的長期作用下，自然出現(xiàn)了刀桿折斷、彈簧底座斷裂、拉刀桿緊刀螺紋滑絲等現(xiàn)象。

針對這個根源，對該臺落地銑鏜床各個系統(tǒng)進行了檢查，并對可能的原因進行了模擬分析。

3.1 操作錯誤

根據(jù)設(shè)備操作說明書中操作步驟與操作者的行為對比，發(fā)現(xiàn)操作者每次均正確操作，且設(shè)備各護鎖指令周密，從根源上杜絕了誤操作現(xiàn)象。然而實際工作中發(fā)現(xiàn)，即使未同時啟動換刀按鈕和緊刀按鈕，仍然會出現(xiàn)換刀盤和松緊盤不同程度的反轉(zhuǎn)現(xiàn)象。因此，排除了操作錯誤導(dǎo)致的換刀機構(gòu)故障。

3.2 接線異常

通常，接線異常會對設(shè)備各個部件正常動作有一定影響。通過對落地銑鏜床各點位的接線情況進行詳盡檢查，確認各處接線均完好，未出現(xiàn)接線錯誤或松動脫離現(xiàn)象。因此，排除了接線異常導(dǎo)致的換刀機構(gòu)故障。

3.3 程序未關(guān)聯(lián)

通過啟動換刀開關(guān)對落地銑鏜床的原有可編程邏輯控制器（PLC）控制系統(tǒng)程序進行分析，發(fā)現(xiàn)原有的主軸轉(zhuǎn)動程序和松緊刀程序雖然各自獨立，但是依然出現(xiàn)二者均運行的現(xiàn)象，程序的獨立不足以保證動作的分離?？梢?，獨立的換刀機構(gòu)程序和松緊刀程序在一定程度上影響了換刀機構(gòu)故障。

3.4 工頻控制

目前使用的落地銑鏜床為工頻控制，當(dāng)按下各個按鈕時均為高速啟動運轉(zhuǎn)，使得啟動過程中的正向扭矩和反向扭矩增大，長期作用導(dǎo)致強度極限斷崖式下降，影響換刀機構(gòu)各部件的使用壽命。由此可見，工頻控制在一定程度上影響了換刀機構(gòu)故障。

通過上述分析，確定了兩項影響因素，即PLC系統(tǒng)程序存在一定不足和使用工頻控制。

4 換刀機構(gòu)故障解決措施

針對PLC系統(tǒng)程序存在的不足以及使用工頻控制，經(jīng)過討論分析，主要采取了兩項措施。

4.1 增加PLC控制系統(tǒng)程序互鎖

對原來的PLC控制系統(tǒng)程序進行拷貝并備份，對原來的換刀電機控制程序和主軸控制程序進行了改進，將二者設(shè)置了互鎖。通過修改，實現(xiàn)換刀電機動作時主軸不會動作，主軸動作時換刀電機不會動作，二者之間形成互鎖。

4.2 增設(shè)變頻控制

在原有電器主控制箱安裝了變頻器以及變頻/工頻控制轉(zhuǎn)換開關(guān)，對變頻/工頻控制轉(zhuǎn)換開關(guān)線路、變頻器線路、主機線路等進行檢查，梳理連接，使目前使用的落地銑鏜床增加了變頻控制。

換刀電機工、變頻切換工作原理如下。

變頻控制：旋轉(zhuǎn)開關(guān)SA1打到變頻的位置，K1繼電器吸合，隨即控制KM1，KM2接觸器吸合，變頻器控制回路形成通路，KM4，KM5接觸器的常開觸點控制變頻器的正反轉(zhuǎn)，實現(xiàn)松、緊刀的目的。

工頻控制：旋轉(zhuǎn)開關(guān)SA1打到工頻的位置，K2繼電器吸合，隨即控制KM3接觸器吸合，工頻控制回路形成通路，KM4，KM5接觸器控制換刀電機的正反轉(zhuǎn)。

K1與K2繼電器互鎖，實現(xiàn)KM1，KM2與KM3接觸器互鎖，所以無論任何情況下只存在一種控制模式。

5 改進后的效果

5.1 消除換刀盤和松緊盤正反轉(zhuǎn)的現(xiàn)象

措施采取前，換刀電機控制程序和主軸控制程序相互獨立，當(dāng)出現(xiàn)線路松動等情況時，可能出現(xiàn)換刀時緊刀，即換刀機構(gòu)正反轉(zhuǎn)現(xiàn)象。增加了PLC控制系統(tǒng)程序互鎖后，實現(xiàn)了換刀電機動作時主軸不動作、主軸動作時換刀電機不動作，二者之間形成互鎖，有效消除了換刀機構(gòu)換刀盤和松緊盤正反轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。

5.2 減少設(shè)備損耗

分別增加了變頻器和變頻器旋鈕開關(guān)，作業(yè)時可以采取變頻控制的方式，改變供電頻率,調(diào)整主軸轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)負載調(diào)節(jié)，從而減少換刀機構(gòu)各部件的損耗和故障。

5.3 減少故障停機時間

通過消除換刀盤和松緊盤正反轉(zhuǎn)現(xiàn)象，在很大程度上減少了拉刀桿折斷、彈簧底座斷裂、拉刀桿緊刀螺紋滑絲的故障現(xiàn)象，進一步降低了設(shè)備損耗，從整體上減少了落地銑鏜床的故障停機時間。

5.4 排除潛在事故隱患

措施采取之前，原來緊刀過程出現(xiàn)的刀盤正反轉(zhuǎn)會同時帶動夾緊的工件轉(zhuǎn)動，存在潛在機械傷害。通過改進，解決了緊刀過程刀盤正反轉(zhuǎn)的問題，排除了事故隱患，降低了安全風(fēng)險，提高了設(shè)備運行過程中的安全系數(shù)。

5.5 降低維修成本、提升生產(chǎn)進度

措施采取后，對換刀機構(gòu)故障進行了徹底排除，減少了落地銑鏜床的修理次數(shù)，降低了維修成本、提升了生產(chǎn)進度。根據(jù)型號不同，落地銑鏜床加工一臺離心機的時間在4～32臺時之間，改進后，總的故障時間預(yù)計能縮短60臺時左右，理論上可以多加工機器2～15臺，為離心機的提產(chǎn)提供了有利條件。

6 結(jié)語

對落地銑鏜床在對離心機進行機加工過程中換刀機構(gòu)常見故障的原因分析、解決方案的有效實施，以及在離心機加工中的實踐應(yīng)用，極大地減少了落地銑鏜床的故障停機時間，確保了離心機的正常交付使用。