車床刀架可靠性試驗(yàn)關(guān)鍵技術(shù)研究
2019-11-20 來源：沈陽機(jī)床股份有限公司 作者：孔祥志 郭智春
引 言
數(shù)控刀架是數(shù)控車床的核心部件，其可靠性及精度穩(wěn)定性是數(shù)控車床的重要技術(shù)指標(biāo)，目前數(shù)控車床約1/4的故障源于數(shù)控刀架領(lǐng)域。可靠性是產(chǎn)品綜合性能反映的指標(biāo)，反映了產(chǎn)品質(zhì)量的優(yōu)劣，我國國產(chǎn)數(shù)控刀架與國外產(chǎn)品相比，技術(shù)指標(biāo)偏低、可靠性差、故障率高、精度保持性差，并直接影響國產(chǎn)數(shù)控車床整機(jī)產(chǎn)品的性能，影響車床的加工效率及加工精度，以及客戶滿意度，成為制約我國車床產(chǎn)品發(fā)展的瓶頸。研究數(shù)控刀架的可靠性及其試驗(yàn)方法，找出影響數(shù)控刀架可靠性、精度保持性和性能穩(wěn)定性的故障原因，分析薄弱環(huán)節(jié)，提出改進(jìn)與控制措施，有利于提高我國國產(chǎn)數(shù)控刀架的可靠性，并促進(jìn)數(shù)控車床行業(yè)的發(fā)展。
1、刀架可靠性試驗(yàn)總體流程設(shè)計(jì)
1.1 實(shí)驗(yàn)流程
圖1為數(shù)控刀架可靠性試驗(yàn)的總體試驗(yàn)流程設(shè)計(jì)：
1）刀架運(yùn)車試驗(yàn)主要檢測(cè)刀架的功能指標(biāo)是否滿足設(shè)計(jì)要求，該階段故障不計(jì)入考核，但需要進(jìn)行故障處理，并及時(shí)恢復(fù)正常工作狀態(tài)；
2）刀架技術(shù)指標(biāo)檢測(cè)，該階段需要檢測(cè)刀架的定位精度、承載能力及剛度、轉(zhuǎn)位時(shí)間等技術(shù)參數(shù)；
3）加載試驗(yàn)，該階段模擬刀架工作切削力進(jìn)行試驗(yàn)加載；
4）空轉(zhuǎn)試驗(yàn)，進(jìn)行各種換刀動(dòng)作，模擬刀架換刀轉(zhuǎn)位，此階段不施加切削力。
1.2 故障記錄
表1為可靠性試驗(yàn)故障記錄表。主要記錄刀架編號(hào)、試驗(yàn)日期、試驗(yàn)時(shí)間、操作、故障、工作循環(huán)周期等。
2、刀架功能檢測(cè)和技術(shù)指標(biāo)檢測(cè)
2.1 刀架功能檢測(cè)
刀架主要的功能檢測(cè)指標(biāo)如表2所示。
刀架裝配、電氣連接、液壓連接主要檢查是否按圖樣要求正確裝配，裝配出錯(cuò)及由此帶來的故障不計(jì)入考核。通過控制器檢查電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)、速度、加速度、角位移等參數(shù)。刀架轉(zhuǎn)位過程中，要保證驅(qū)動(dòng)齒輪系的背向間隙在合理范圍內(nèi)。刀架在鎖緊松開過程中，要保證軸向竄動(dòng)間隙在合理范圍內(nèi)。接近開關(guān)檢測(cè)刀架的鎖緊松開時(shí)間。刀架功能檢測(cè)還需要檢查刀架冷卻液管路是否正常工作，是否有漏水現(xiàn)象。
圖 1 數(shù)控刀架可靠性試驗(yàn)總體流程
2.2 刀架技術(shù)指標(biāo)檢測(cè)
刀架技術(shù)指標(biāo)檢測(cè)主要包括：精度檢測(cè)、轉(zhuǎn)位時(shí)間檢測(cè)、承載能力檢測(cè)。技術(shù)指標(biāo)要滿足國家標(biāo)準(zhǔn)要求及產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求。技術(shù)指標(biāo)檢測(cè)需在運(yùn)車試驗(yàn)、加載試驗(yàn)、空載試驗(yàn)完成后各檢一次。精度檢測(cè)需依據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，轉(zhuǎn)位時(shí)間和承載能力按照不同刀架制造企業(yè)的設(shè)計(jì)要求進(jìn)行檢測(cè)。
3、試驗(yàn)方法
3.1 精度檢測(cè)
精度檢測(cè)要求依據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 20960-2007, 數(shù)控臥式轉(zhuǎn)塔刀架進(jìn)行。主要檢測(cè)項(xiàng)目有：G1（定心軸徑的徑向跳動(dòng)）；G2（軸肩支撐面的端面跳動(dòng)）；G3（軸肩支撐面對(duì)底面的垂直度）；G4（重復(fù)定位精度）；G5（工具孔軸線在工作位置的偏移）；G6（工具孔軸線在工作位置的平行度）；G7（刀槽在工作位置的偏移）；G8（工具安裝面對(duì)基準(zhǔn)的平行度）；G9（工具安裝面在工作位置的偏移）。
3.2 轉(zhuǎn)位時(shí)間檢測(cè)
轉(zhuǎn)位時(shí)間通過驅(qū)動(dòng)器讀取電動(dòng)機(jī)參數(shù)檢測(cè)。如圖2為某實(shí)驗(yàn)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)。按設(shè)計(jì)要求檢測(cè)單步（30°和45°）分度時(shí)間和任意角度分度時(shí)間。同時(shí)讀取命令位置、反饋位置、位置誤差、電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信息。
圖2 轉(zhuǎn)位時(shí)間檢測(cè)
3.3 承載能力檢測(cè)
如圖3為刀架承載能力檢測(cè)試驗(yàn)臺(tái)模型、檢測(cè)原理、檢測(cè)實(shí)例的示意圖。載荷通過液壓千斤頂施加，并通過指示表讀取載荷大小，變形量通過千分表讀取。
圖3 承載能力檢測(cè)
按照刀架設(shè)計(jì)要求，需要檢測(cè)刀架的切向承載能力（圖3左列）和徑向承載能力（圖3右列）。徑向載荷要分別考慮徑向壓載荷和徑向拉載荷下的刀架承載能力和剛度。
4、結(jié) 論
設(shè)計(jì)了刀架可靠性試驗(yàn)的總體試驗(yàn)流程以及故障記錄表。提出了刀架電氣、液壓、驅(qū)動(dòng)器、間隙、接近開關(guān)、冷卻系統(tǒng)功能檢測(cè)的檢測(cè)要求，分析了精度、轉(zhuǎn)位時(shí)間、承載能力技術(shù)指標(biāo)檢測(cè)的檢測(cè)方法。給出精度、轉(zhuǎn)位時(shí)間、承載能力檢測(cè)的試驗(yàn)要求和試驗(yàn)方法。
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