ＭＸ加工中心自主維修與氣路優化設計
2016-7-27 來（lái）源： 安微理工大學研究生 作者（zhě）：陶高群
1、回（huí）轉台分配器故障（zhàng）分析與自主維修
1.1ＭＸ回轉台竄油故障（zhàng）分析
ＭＸ回轉台作為數控加工中也Ｂ回轉軸的同時，也起到了承載工件、裝夾工件的功能，故要重視對其的（de）維護保養。但在多年的連續工作中出現竄油故障、耗油現象具體現場工況如圖１．１所示。
（ａ） （ｂ）
圖1.1ＭＸ回轉台漏油現場圖
（ａ）ＭＡ加工中心外部（bù）；（ｂ）ＭＡ加工中心內部
對上述現象，經作者（zhě）與機（jī）工（gōng）人員對一（yī）起對ＭＸ加工中也（yě）的回轉台進行拆除，並進行測繪。初步分析漏油（yóu）可能源於分配器中密封件磨損所致，如圖１．２所示。
（ａ） （ｂ）
圖１．２ＭＸ回轉台分配器
（ａ）定（dìng）子；（ｂ）分度（齒端盤）
分配器作為回轉台的關鍵部件，其對液壓台麵的抬起鎖緊、端齒盤的鬆開鎖緊、吹氣清潔、夾具及分（fèn）度的（de）氣檢等（děng）都起到了關鍵作用ＩＷ。在廠家沒有提供關（guān）於回轉台分配器部分（fèn）的詳細裝配圖情況下，作者對分配器進行Ｈ維、及二維建（jiàn）模。但由於保密性要求，隻能提供簡化分配器二維結構供讀（dú）者理解，分配器結構示意圖如圖１．３所示。
回轉台２．蝸（wō）杆（gǎn）３．騎（qí）輪４．分油軸５．鎖刹（shā）裝油麵缸（gāng）體６．媒形彈黃７．分油套８．上端蓋９．過渡板
１０．油路Ｉ１１．法蘭軸１２．油路ＩＩ１３．定位夾裝裝置上腔油路１４．定位錐銷１５．定位錐套１６．格蘭圈
１７．清（qīng）潔氣路１８．定位夾接裝置下腔油路１９．光刪尺２０．軸承（chéng）２１．連接環２２．調整板
圖１．３分配器內部結（jié）構示意圖
分配器擁有分（fèn）油軸（zhóu）和分油套兩部分，分油軸固定在整個回轉台的殼（ké）體上不隨Ｂ軸轉動。回轉台所需的各類氣（qì）、液、油（yóu）通過Ｘ軸坦克鏈內的軟管連接到分配器（qì）定子的底部。轉（zhuǎn）動套內腔設計加工有１０道油槽，每一條槽分別對（duì）應分油套的一條通路１－Ｍ１。由於油槽為內孔壁（bì）圓周上一整圈，因此無論轉動套隨Ｂ軸如何轉動，流體都能通過定（dìng）子的通路進（jìn）入相對應的油（yóu）槽，進而進入Ｂ軸旋轉部分。從而對液壓台（tái）麵（miàn）的抬（tái）起鎖緊、端巧盤的鬆開鎖緊、吹氣清潔（jié）、夾具Ｗ及分度的（de）氣檢等都起到了關鍵作用。
由於分油軸和分油套需要相對運（yùn）動，兩者問的油槽也隨著相對運動，故相鄰路（lù）之間的密封問題很關鍵。所選用的密封材料摩擦係數要相對較低，而且所處工（gōng）況在油（yóu）腔狀態下材料本身的粘度係數要低（dī）。根據這樣的工況要求，機（jī）床廠家采（cǎi）用了格蘭圈來解決密封問題。格蘭圈由ＰＴＦＥ密封圈（聚四氣藝帰）和０形（xíng）圈組（zǔ）成，如圖１．４所（suǒ）示。
圖１．４格（gé）蘭圈不（bú）意（yì）圖
如格蘭圈（quān）示意圖所示（shì），ＰＴＦＥ密封圈（聚四氣乙帰）具有極低的（de）摩擦係數且動（dòng）靜摩（mó）擦係數幾（jǐ）乎相等（自潤滑性好）；此外該材質表麵的粘（zhān）度係數極低，幾乎所有粘性（xìng）物質都（dōu）不能粘到它的表麵。但（dàn）為保證分油（yóu）軸和分油套油槽間的油路暢通，它們（men）在（zài）相對運動的同時還要（yào）保證兩者（zhě）間隙足夠小。在這樣（yàng）的工況條件下ＰＴＦＥ密封圈由於具（jù）有＂冷流性＂，在長時間（jiān）連續載荷作用下（xià）發生（shēng）的塑性（xìng）變形（蠕變）而被壓扁。雖然這項缺點可通過加入適當的填料及改進密封結構等方法來克（kè）服（fú），比如（rú）本（běn）密封結構就采用在ＰＴＦＥ外部添加０形圈來提供足夠的密封預（yù）緊力和對ＰＴＦＥ環的磨損進行一定範圍（wéi）內的補償作用。但在長期載荷作用下０型圈的補償超出極限後就會出現漏油（yóu）現象。
經過作者（zhě）和工藝工程師分析判斷後，認為ＭＸ加工中也發生回轉台竄油可能是因為ＰＴＦＥ密封磨損而導致的（de），並提出更換該（gāi）密封的建議。
２、ＭＸ回轉台的自主維修（xiū）
更換格蘭圈需要將整個分油（yóu）套拆除，這其中時柵的拆除、蝸輪蝸杆傳動機構的（de）拆除、轉動套與液壓刹車的分離等步驟，在拆裝時既要保（bǎo）證零件不受損耗，又要保證零件的安裝精度等多項技術難點需（xū）要攻克。因（yīn）此，作者與工藝小組一起，在沒有任何國（guó）外廠家的（de）技術支持（chí）下，借助於多（duō）年的拆裝經驗，製定了詳細的維修方案（àn），在維修過程中作者（zhě）對每個拆裝細（xì）節進行詳細記錄，並在此技改項目完成後將整個拆裝過程編寫成《ＭＸ加工中也回轉台（tái）維修標（biāo）準作業指導書》（注明：由於廠裏有保密要求，不能在文中體現。）指導（dǎo）Ｗ後類似（sì）回轉台拆（chāi）裝維修工作（zuò）。
３、ＭＸ加工中心光柵尺氣（qì）密封優化設計
根據缸體生產線工段同誌反映，ＭＸ加工中屯、在加工過程中近期常出現表麵粗趟度高，尺寸精度不（bú）達標的現象。作者與工藝組人員在對回轉台（tái）拆裝後分析，表麵粗髓度（dù）高可能是源於將回轉台分配器內夾具吹氣孔供（gòng）氣回路封閉，導致夾具吹氣功能的喪失，在加工過程中增加了因（yīn）未及時吹掉夾具表麵的（de）切屑而導致（zhì）缸體加工精度失真的隱患。而尺寸精度不達標（biāo）可能源（yuán）於光柵尺（chǐ）的標尺光柵（shān）受油氣霧的汙染（rǎn），直接導致光柵尺的功能損（sǔn）壞１２６１。為此作者對光柵尺１＾＞１及其氣密封裝置進行分析改進（jìn）。
４、光柵尺現狀分析及改進
光柵尺作為（wéi）測量（liàng）部（bù）件，對於機加工設備各運動軸位移的精確（què）測量，為實現伺（sì）服（fú）係統的閉環控製具有重要意義。本回轉台光柵尺采用海德紋公（gōng）司的ＥＲＭ係列絕對式角度光柵尺，如圖（tú）１．５所示。
圖１．５ＥＲＭ係（xì）列（liè）絕對（duì）式角度光（guāng）柵尺示意圖
ＥＲＭ係列絕對式角度光柵尺使用了單軌絕對編碼技術，簡化光柵製造並解決了編（biān）碼量程問題（tí）；使用了集成電子（zǐ）技術（shù），單個探測器上集成圖像傳感器Ｗ及光電池陣列，能同時接（jiē）收位置編碼和莫爾條紋；運用單光源照明，在大大（dà）降（jiàng）低體積的同時使用（yòng）數字電（diàn）子技（jì）術，在光柵尺讀數頭內直接計算出位置，直接就能（néng）發出位置信息（xī）心１。由於工況條件（jiàn）的限製，讀數頭需（xū）隨轉子部分往（wǎng）複（fù）運動，因此光柵尺不可能做成完全密封的形式，所以本回轉（zhuǎn）工作台采用氣密封形式。所謂氣密封就是將一定（dìng）量的壓縮空氣長時間持續通入光柵尺體內，使光柵尺內部壓為始終大（dà）於外部大氣（qì）壓力，從（cóng）而減小外界汙染物進入光柵尺的情（qíng）況產生。光柵尺氣密封要能上述工作要求，最關鍵的就是保證氣源的純潔性和穩（wěn）定性口７＞。計對這一問題（tí），ＭＸ加工中也使用一（yī）套費（fèi）斯托氣源處理裝置實現對壓縮空氣進行過濾、調壓（yā）、除油、除水等功能，如圖１．６及圖１．７所示。
圖１．６ＭＸ氣源處理裝置原理圖
圖１．７ＭＸ氣源處理裝置現場實圖
根據ＭＸ氣源處理裝置原理圖所示，ＭＸ加工中（zhōng）必的供氣係統采用分級遞進式過濾方（fāng）式，Ｗ得到理想潔（jié）淨的壓縮空氣。供氣經過兩個低精度過濾器（qì）粗濾後引致夾具吹氣，再經過兩個高精度過濾器精濾後引入光（guāng）柵尺供氣中。
但是（shì），ＭＸ加（jiā）工中心的光柵尺對所供氣體的潔淨度的要求非常嚴苛，如果遇到ＭＸ加工（gōng）中屯、回轉台分配器在長時間連續工作狀態下（xià）再次發生竄油故障事故。如圖１．３所示，由於分配器內高壓油路（壓力１２ｂａｒ）的臨近一路就是壓縮空氣回路（lù），如果高壓油和壓縮空氣之間發生竄油則液壓油必然會進入壓（yā）縮空氣回路內。根據現有的ＭＸ氣源處理裝置原理圖（tú）所顯示，如（rú）果一次進入（rù）的油量較大，則液壓油（yóu）必（bì）然會倒流至巧縮空氣處（chù）理單元中，進而被高壓空氣壓入光柵尺導致其損壞。此外，生產線工（gōng）作現場運用的往（wǎng）複式空氣壓（yā）縮機排出的壓縮空氣溫度（dù）在１３０°Ｃ左右，即使經冷卻氣體溫度也能達到（dào）４５’Ｃ左右，此時空氣壓縮（suō）機氣缸中溫度更高達（dá）一百多度，其中部分潤滑油也會（huì）隨之氣態，與空氣Ｗ及（jí）受冷卻的水氣等一道排出。直接供（gòng）給光柵尺將可能產生嚴重影響ＰＷ。在引起管道培塞（sāi）、導致光柵尺損壞的同時，隨著大量的油（yóu）蒸汽聚集Ｗ及缸體缸蓋在加工過程中空氣中會（huì）含有一定量的（de）金屬（shǔ）粉塵，兩者局部（bù）空間的結合也會存在易燃，甚至有爆炸的危險。
鑒於上述安全隱患，以及光柵尺供氣部分與氣動部件供氣部分之間沒有物理隔離（lí）而可能存在的問題，作者及工藝組人員根據氣動部件與光（guāng）柵尺氣密封供氣要求的不同，決定在原有氣源處理裝置的基礎上，再為光柵尺（chǐ）氣密（mì）封部分重新（xīn）安裝一套氣源處理裝置（zhì）進行單獨供氣，並在現有的氣動部件供氣部分的進口處安裝一個Ｈ－１／２－Ｂ型號的單向閥，確保兩者之（zhī）間擁有（yǒu）單向物理隔離功能，即使回轉台在Ｗ後（hòu）長（zhǎng）期連續工作中存在液壓（yā）油倒灌現象，也不會對光柵尺Ｗ及對氣（qì）源部件有損害。具體情況，如圖１．８所示：
圍１．８改進後供氣氣動原理圖（tú）
５、改進效果
通過新増氣源供氣與處理裝置，有效地對氣動部件的供氣與光柵尺供氣實施了物（wù）理隔離，使（shǐ）得兩路互不幹擾，避免了單一氣源供氣導致光柵尺供氣不足的現象。同時新増單向閥有效地保證了氣源不受氣路中可能存在的雜質（zhì）的汙（wū）染，從根本上減小（xiǎo）了光柵尺被泄漏的液壓油倒灌而損壞的安全隱患（huàn）。
為了匹配麽（me）前（qián）ＭＸ加工中也使用的一套費斯托氣源處理裝置，本次改進（jìn）方案所需的氣源（yuán）處理裝置仍然選用費斯托廣家的Ｄ係列產品。作者根據改進後（hòu）供氣氣（qì）動原理圖，負責氣源處理裝置的選型、詢價並聯係代理商。氣源（yuán）處理裝置設備清單如表１．１所示：
表１．１氣源處理裝置設備清單
改進（jìn）設計後的實物安裝圖如圖１．９所示（shì）：
圖１．９改造（zào）後實物安裝圖
６、本（běn）章（zhāng）小結
經上述工作內容，完成（chéng）了兩項任務，具體如下：
１）確定（dìng）了液壓油泄漏的故障根源，完成了對ＭＸ係列加（jiā）工中也漏油事（shì）故排除。在此過程中（zhōng）完成了（le）對ＭＸ係列加（jiā）工中也回轉台分配器部分的測繪（huì），並且編寫（xiě）的《ＭＸ加工中也回轉台（tái）分配器維（wéi）修標（biāo）準作業指導書》對車間其他進（jìn）口設備的維修具有積極的指導意義。
２）通過研巧（qiǎo）夾具供氣部件與光柵尺供氣係（xì）統的氣動回路，結合氣壓理（lǐ）論（lùn）與生產實際，確定了氣路升級改造方案。一（yī）定程度上解決了加工精度失（shī）真的問題，同（tóng）時也有效地避免了（le）化體生（shēng）產線上其他價格昂（áng）貴的光（guāng）柵尺被液（yè）壓油汙染的潛在隱患。
通過上述兩項任務的完成，不僅提高了整個車間的生產效率，而（ér）且也為公司降低（dī）了（le）維修的成本。更關鍵的是（shì）對新型進口設備實現（xiàn）了自主維修及氣路改造，對公司未來實施全過程質量管理的戰略具有（yǒu）深遠的（de）意義。
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