ＭＸ加工中心自主維修與氣路優化設計
2016-7-27 來源： 安微理工大學研究生 作者：陶高群
1、回轉臺分配器故障分析與自主維修
1.1ＭＸ回轉臺竄油故障分析
ＭＸ回轉臺作為數控加工中也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回轉臺漏油現場圖
（ａ）ＭＡ加工中心外部；（ｂ）ＭＡ加工中心內部
對上述現象，經作者與機工人員對一起對ＭＸ加工中也的回轉臺進行拆除，并進行測繪。初步分析漏油可能源于分配器中密封件磨損所致，如圖１．２所示。
（ａ） （ｂ）
圖１．２ＭＸ回轉臺分配器
（ａ）定子；（ｂ）分度（齒端盤）
分配器作為回轉臺的關鍵部件，其對液壓臺面的抬起鎖緊、端齒盤的松開鎖緊、吹氣清潔、夾具及分度的氣檢等都起到了關鍵作用ＩＷ。在廠家沒有提供關于回轉臺分配器部分的詳細裝配圖情況下，作者對分配器進行Ｈ維、及二維建模。但由于保密性要求，只能提供簡化分配器二維結構供讀者理解，分配器結構示意圖如圖１．３所示。
回轉臺２．蝸桿３．騎輪４．分油軸５．鎖剎裝油面缸體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．清潔氣路１８．定位夾接裝置下腔油路１９．光刪尺２０．軸承２１．連接環２２．調整板
圖１．３分配器內部結構示意圖
分配器擁有分油軸和分油套兩部分，分油軸固定在整個回轉臺的殼體上不隨Ｂ軸轉動。回轉臺所需的各類氣、液、油通過Ｘ軸坦克鏈內的軟管連接到分配器定子的底部。轉動套內腔設計加工有１０道油槽，每一條槽分別對應分油套的一條通路１－Ｍ１。由于油槽為內孔壁圓周上一整圈，因此無論轉動套隨Ｂ軸如何轉動，流體都能通過定子的通路進入相對應的油槽，進而進入Ｂ軸旋轉部分。從而對液壓臺面的抬起鎖緊、端巧盤的松開鎖緊、吹氣清潔、夾具Ｗ及分度的氣檢等都起到了關鍵作用。
由于分油軸和分油套需要相對運動，兩者問的油槽也隨著相對運動，故相鄰路之間的密封問題很關鍵。所選用的密封材料摩擦系數要相對較低，而且所處工況在油腔狀態下材料本身的粘度系數要低。根據這樣的工況要求，機床廠家采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形圈組成，如圖１．４所示。
圖１．４格蘭圈不意圖
如格蘭圈示意圖所示，ＰＴＦＥ密封圈（聚四氣乙帰）具有極低的摩擦系數且動靜摩擦系數幾乎相等（自潤滑性好）；此外該材質表面的粘度系數極低，幾乎所有粘性物質都不能粘到它的表面。但為保證分油軸和分油套油槽間的油路暢通，它們在相對運動的同時還要保證兩者間隙足夠小。在這樣的工況條件下ＰＴＦＥ密封圈由于具有＂冷流性＂，在長時間連續載荷作用下發生的塑性變形（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服，比如本密封結構就采用在ＰＴＦＥ外部添加０形圈來提供足夠的密封預緊力和對ＰＴＦＥ環的磨損進行一定范圍內的補償作用。但在長期載荷作用下０型圈的補償超出極限后就會出現漏油現象。
經過作者和工藝工程師分析判斷后，認為ＭＸ加工中也發生回轉臺竄油可能是因為ＰＴＦＥ密封磨損而導致的，并提出更換該密封的建議。
２、ＭＸ回轉臺的自主維修
更換格蘭圈需要將整個分油套拆除，這其中時柵的拆除、蝸輪蝸桿傳動機構的拆除、轉動套與液壓剎車的分離等步驟，在拆裝時既要保證零件不受損耗，又要保證零件的安裝精度等多項技術難點需要攻克。因此，作者與工藝小組一起，在沒有任何國外廠家的技術支持下，借助于多年的拆裝經驗，制定了詳細的維修方案，在維修過程中作者對每個拆裝細節進行詳細記錄，并在此技改項目完成后將整個拆裝過程編寫成《ＭＸ加工中也回轉臺維修標準作業指導書》（注明：由于廠里有保密要求，不能在文中體現。）指導Ｗ后類似回轉臺拆裝維修工作。
３、ＭＸ加工中心光柵尺氣密封優化設計
根據缸體生產線工段同志反映，ＭＸ加工中屯、在加工過程中近期常出現表面粗趟度高，尺寸精度不達標的現象。作者與工藝組人員在對回轉臺拆裝后分析，表面粗髓度高可能是源于將回轉臺分配器內夾具吹氣孔供氣回路封閉，導致夾具吹氣功能的喪失，在加工過程中增加了因未及時吹掉夾具表面的切屑而導致缸體加工精度失真的隱患。而尺寸精度不達標可能源于光柵尺的標尺光柵受油氣霧的污染，直接導致光柵尺的功能損壞１２６１。為此作者對光柵尺１＾＞１及其氣密封裝置進行分析改進。
４、光柵尺現狀分析及改進
光柵尺作為測量部件，對于機加工設備各運動軸位移的精確測量，為實現伺服系統的閉環控制具有重要意義。本回轉臺光柵尺采用海德紋公司的ＥＲＭ系列絕對式角度光柵尺，如圖１．５所示。
圖１．５ＥＲＭ系列絕對式角度光柵尺示意圖
ＥＲＭ系列絕對式角度光柵尺使用了單軌絕對編碼技術，簡化光柵制造并解決了編碼量程問題；使用了集成電子技術，單個探測器上集成圖像傳感器Ｗ及光電池陣列，能同時接收位置編碼和莫爾條紋；運用單光源照明，在大大降低體積的同時使用數字電子技術，在光柵尺讀數頭內直接計算出位置，直接就能發出位置信息心１。由于工況條件的限制，讀數頭需隨轉子部分往復運動，因此光柵尺不可能做成完全密封的形式，所以本回轉工作臺采用氣密封形式。所謂氣密封就是將一定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于外部大氣壓力，從而減小外界污染物進入光柵尺的情況產生。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定性口７＞。計對這一問題，ＭＸ加工中也使用一套費斯托氣源處理裝置實現對壓縮空氣進行過濾、調壓、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加工中必的供氣系統采用分級遞進式過濾方式，Ｗ得到理想潔凈的壓縮空氣。供氣經過兩個低精度過濾器粗濾后引致夾具吹氣，再經過兩個高精度過濾器精濾后引入光柵尺供氣中。
但是，ＭＸ加工中心的光柵尺對所供氣體的潔凈度的要求非常嚴苛，如果遇到ＭＸ加工中屯、回轉臺分配器在長時間連續工作狀態下再次發生竄油故障事故。如圖１．３所示，由于分配器內高壓油路（壓力１２ｂａｒ）的臨近一路就是壓縮空氣回路，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縮空氣回路內。根據現有的ＭＸ氣源處理裝置原理圖所顯示，如果一次進入的油量較大，則液壓油必然會倒流至巧縮空氣處理單元中，進而被高壓空氣壓入光柵尺導致其損壞。此外，生產線工作現場運用的往復式空氣壓縮機排出的壓縮空氣溫度在１３０°Ｃ左右，即使經冷卻氣體溫度也能達到４５’Ｃ左右，此時空氣壓縮機氣缸中溫度更高達一百多度，其中部分潤滑油也會隨之氣態，與空氣Ｗ及受冷卻的水氣等一道排出。直接供給光柵尺將可能產生嚴重影響ＰＷ。在引起管道培塞、導致光柵尺損壞的同時，隨著大量的油蒸汽聚集Ｗ及缸體缸蓋在加工過程中空氣中會含有一定量的金屬粉塵，兩者局部空間的結合也會存在易燃，甚至有爆炸的危險。
鑒于上述安全隱患，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而可能存在的問題，作者及工藝組人員根據氣動部件與光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，再為光柵尺氣密封部分重新安裝一套氣源處理裝置進行單獨供氣，并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，確保兩者之間擁有單向物理隔離功能，即使回轉臺在Ｗ后長期連續工作中存在液壓油倒灌現象，也不會對光柵尺Ｗ及對氣源部件有損害。具體情況，如圖１．８所示：
圍１．８改進后供氣氣動原理圖
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理隔離，使得兩路互不干擾，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的污染，從根本上減小了光柵尺被泄漏的液壓油倒灌而損壞的安全隱患。
為了匹配么前ＭＸ加工中也使用的一套費斯托氣源處理裝置，本次改進方案所需的氣源處理裝置仍然選用費斯托廣家的Ｄ系列產品。作者根據改進后供氣氣動原理圖，負責氣源處理裝置的選型、詢價并聯系代理商。氣源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
改進設計后的實物安裝圖如圖１．９所示：
圖１．９改造后實物安裝圖
６、本章小結
經上述工作內容，完成了兩項任務，具體如下：
１）確定了液壓油泄漏的故障根源，完成了對ＭＸ系列加工中也漏油事故排除。在此過程中完成了對ＭＸ系列加工中也回轉臺分配器部分的測繪，并且編寫的《ＭＸ加工中也回轉臺分配器維修標準作業指導書》對車間其他進口設備的維修具有積極的指導意義。
２）通過研巧夾具供氣部件與光柵尺供氣系統的氣動回路，結合氣壓理論與生產實際，確定了氣路升級改造方案。一定程度上解決了加工精度失真的問題，同時也有效地避免了化體生產線上其他價格昂貴的光柵尺被液壓油污染的潛在隱患。
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，而且也為公司降低了維修的成本。更關鍵的是對新型進口設備實現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深遠的意義。
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