ＭＸ加工中心自主维修与气路优化设计
2016-7-27 来源： 安微理工大学研究生 作者：陶高群
1、回转台分配器故障分析与自主维修
1.1ＭＸ回转台窜油故障分析
ＭＸ回转台作为数控加工中也Ｂ回转轴的同时，也起到了承载工件、装夹工件的功能，故要重视对其的维护保养。但在多年的连续工作中出现窜油故障、耗油现象具体现场工况如图１．１所示。
（ａ） （ｂ）
图1.1ＭＸ回转台漏油现场图
（ａ）ＭＡ加工中心外部；（ｂ）ＭＡ加工中心内部
对上述现象，经作者与机工人员对一起对ＭＸ加工中也的回转台进行拆除，并进行测绘。初步分析漏油可能源于分配器中密封件磨损所致，如图１．２所示。
（ａ） （ｂ）
图１．２ＭＸ回转台分配器
（ａ）定子；（ｂ）分度（齿端盘）
分配器作为回转台的关键部件，其对液压台面的抬起锁紧、端齿盘的松开锁紧、吹气清洁、夹具及分度的气检等都起到了关键作用ＩＷ。在厂家没有提供关于回转台分配器部分的详细装配图情况下，作者对分配器进行Ｈ维、及二维建模。但由于保密性要求，只能提供简化分配器二维结构供读者理解，分配器结构示意图如图１．３所示。
回转台２．蜗杆３．骑轮４．分油轴５．锁刹裝油面缸体６．媒形弹黄７．分油套８．上端盖９．过渡板
１０．油路Ｉ１１．法兰轴１２．油路ＩＩ１３．定位夹裝装置上腔油路１４．定位锥销１５．定位锥套１６．格兰圈
１７．清洁气路１８．定位夹接装置下腔油路１９．光刪尺２０．轴承２１．连接环２２．调整板
图１．３分配器内部结构示意图
分配器拥有分油轴和分油套两部分，分油轴固定在整个回转台的壳体上不随Ｂ轴转动。回转台所需的各类气、液、油通过Ｘ轴坦克链内的软管连接到分配器定子的底部。转动套内腔设计加工有１０道油槽，每一条槽分别对应分油套的一条通路１－Ｍ１。由于油槽为内孔壁圆周上一整圈，因此无论转动套随Ｂ轴如何转动，流体都能通过定子的通路进入相对应的油槽，进而进入Ｂ轴旋转部分。从而对液压台面的抬起锁紧、端巧盘的松开锁紧、吹气清洁、夹具Ｗ及分度的气检等都起到了关键作用。
由于分油轴和分油套需要相对运动，两者问的油槽也随着相对运动，故相邻路之间的密封问题很关键。所选用的密封材料摩擦系数要相对较低，而且所处工况在油腔状态下材料本身的粘度系数要低。根据这样的工况要求，机床厂家采用了格兰圈来解决密封问题。格兰圈由ＰＴＦＥ密封圈（聚四氣艺帰）和０形圈组成，如图１．４所示。
图１．４格兰圈不意图
如格兰圈示意图所示，ＰＴＦＥ密封圈（聚四氣乙帰）具有极低的摩擦系数且动静摩擦系数几乎相等（自润滑性好）；此外该材质表面的粘度系数极低，几乎所有粘性物质都不能粘到它的表面。但为保证分油轴和分油套油槽间的油路畅通，它们在相对运动的同时还要保证两者间隙足够小。在这样的工况条件下ＰＴＦＥ密封圈由于具有＂冷流性＂，在长时间连续载荷作用下发生的塑性变形（蠕变）而被压扁。虽然这项缺点可通过加入适当的填料及改进密封结构等方法来克服，比如本密封结构就采用在ＰＴＦＥ外部添加０形圈来提供足够的密封预紧力和对ＰＴＦＥ环的磨损进行一定范围内的补偿作用。但在长期载荷作用下０型圈的补偿超出极限后就会出现漏油现象。
经过作者和工艺工程师分析判断后，认为ＭＸ加工中也发生回转台窜油可能是因为ＰＴＦＥ密封磨损而导致的，并提出更换该密封的建议。
２、ＭＸ回转台的自主维修
更换格兰圈需要将整个分油套拆除，这其中时栅的拆除、蜗轮蜗杆传动机构的拆除、转动套与液压刹车的分离等步骤，在拆装时既要保证零件不受损耗，又要保证零件的安装精度等多项技术难点需要攻克。因此，作者与工艺小组一起，在没有任何国外厂家的技术支持下，借助于多年的拆装经验，制定了详细的维修方案，在维修过程中作者对每个拆装细节进行详细记录，并在此技改项目完成后将整个拆装过程编写成《ＭＸ加工中也回转台维修标准作业指导书》（注明：由于厂里有保密要求，不能在文中体现。）指导Ｗ后类似回转台拆装维修工作。
３、ＭＸ加工中心光栅尺气密封优化设计
根据缸体生产线工段同志反映，ＭＸ加工中屯、在加工过程中近期常出现表面粗趟度高，尺寸精度不达标的现象。作者与工艺组人员在对回转台拆装后分析，表面粗髓度高可能是源于将回转台分配器内夹具吹气孔供气回路封闭，导致夹具吹气功能的丧失，在加工过程中增加了因未及时吹掉夹具表面的切屑而导致缸体加工精度失真的隐患。而尺寸精度不达标可能源于光栅尺的标尺光栅受油气雾的污染，直接导致光栅尺的功能损坏１２６１。为此作者对光栅尺１＾＞１及其气密封装置进行分析改进。
４、光栅尺现状分析及改进
光栅尺作为测量部件，对于机加工设备各运动轴位移的精确测量，为实现伺服系统的闭环控制具有重要意义。本回转台光栅尺采用海德紋公司的ＥＲＭ系列绝对式角度光栅尺，如图１．５所示。
图１．５ＥＲＭ系列绝对式角度光栅尺示意图
ＥＲＭ系列绝对式角度光栅尺使用了单轨绝对编码技术，简化光栅制造并解决了编码量程问题；使用了集成电子技术，单个探测器上集成图像传感器Ｗ及光电池阵列，能同时接收位置编码和莫尔条纹；运用单光源照明，在大大降低体积的同时使用数字电子技术，在光栅尺读数头内直接计算出位置，直接就能发出位置信息心１。由于工况条件的限制，读数头需随转子部分往复运动，因此光栅尺不可能做成完全密封的形式，所以本回转工作台采用气密封形式。所谓气密封就是将一定量的压缩空气长时间持续通入光栅尺体内，使光栅尺内部压为始终大于外部大气压力，从而减小外界污染物进入光栅尺的情况产生。光栅尺气密封要能上述工作要求，最关键的就是保证气源的纯洁性和稳定性口７＞。计对这一问题，ＭＸ加工中也使用一套费斯托气源处理装置实现对压缩空气进行过滤、调压、除油、除水等功能，如图１．６及图１．７所示。
图１．６ＭＸ气源处理装置原理图
图１．７ＭＸ气源处理装置现场实图
根据ＭＸ气源处理装置原理图所示，ＭＸ加工中必的供气系统采用分级递进式过滤方式，Ｗ得到理想洁净的压缩空气。供气经过两个低精度过滤器粗滤后引致夹具吹气，再经过两个高精度过滤器精滤后引入光栅尺供气中。
但是，ＭＸ加工中心的光栅尺对所供气体的洁净度的要求非常严苛，如果遇到ＭＸ加工中屯、回转台分配器在长时间连续工作状态下再次发生窜油故障事故。如图１．３所示，由于分配器内高压油路（压力１２ｂａｒ）的临近一路就是压缩空气回路，如果高压油和压缩空气之间发生窜油则液压油必然会进入压缩空气回路内。根据现有的ＭＸ气源处理装置原理图所显示，如果一次进入的油量较大，则液压油必然会倒流至巧缩空气处理单元中，进而被高压空气压入光栅尺导致其损坏。此外，生产线工作现场运用的往复式空气压缩机排出的压缩空气温度在１３０°Ｃ左右，即使经冷却气体温度也能达到４５’Ｃ左右，此时空气压缩机气缸中温度更高达一百多度，其中部分润滑油也会随之气态，与空气Ｗ及受冷却的水气等一道排出。直接供给光栅尺将可能产生严重影响ＰＷ。在引起管道培塞、导致光栅尺损坏的同时，随着大量的油蒸汽聚集Ｗ及缸体缸盖在加工过程中空气中会含有一定量的金属粉尘，两者局部空间的结合也会存在易燃，甚至有爆炸的危险。
鉴于上述安全隐患，以及光栅尺供气部分与气动部件供气部分之间没有物理隔离而可能存在的问题，作者及工艺组人员根据气动部件与光栅尺气密封供气要求的不同，决定在原有气源处理装置的基础上，再为光栅尺气密封部分重新安装一套气源处理装置进行单独供气，并在现有的气动部件供气部分的进口处安装一个Ｈ－１／２－Ｂ型号的单向阀，确保两者之间拥有单向物理隔离功能，即使回转台在Ｗ后长期连续工作中存在液压油倒灌现象，也不会对光栅尺Ｗ及对气源部件有损害。具体情况，如图１．８所示：
围１．８改进后供气气动原理图
５、改进效果
通过新増气源供气与处理装置，有效地对气动部件的供气与光栅尺供气实施了物理隔离，使得两路互不干扰，避免了单一气源供气导致光栅尺供气不足的现象。同时新増单向阀有效地保证了气源不受气路中可能存在的杂质的污染，从根本上减小了光栅尺被泄漏的液压油倒灌而损坏的安全隐患。
为了匹配么前ＭＸ加工中也使用的一套费斯托气源处理装置，本次改进方案所需的气源处理装置仍然选用费斯托广家的Ｄ系列产品。作者根据改进后供气气动原理图，负责气源处理装置的选型、询价并联系代理商。气源处理装置设备清单如表１．１所示：
表１．１气源处理装置设备清单
改进设计后的实物安装图如图１．９所示：
图１．９改造后实物安装图
６、本章小结
经上述工作内容，完成了两项任务，具体如下：
１）确定了液压油泄漏的故障根源，完成了对ＭＸ系列加工中也漏油事故排除。在此过程中完成了对ＭＸ系列加工中也回转台分配器部分的测绘，并且编写的《ＭＸ加工中也回转台分配器维修标准作业指导书》对车间其他进口设备的维修具有积极的指导意义。
２）通过研巧夹具供气部件与光栅尺供气系统的气动回路，结合气压理论与生产实际，确定了气路升级改造方案。一定程度上解决了加工精度失真的问题，同时也有效地避免了化体生产线上其他价格昂贵的光栅尺被液压油污染的潜在隐患。
通过上述两项任务的完成，不仅提高了整个车间的生产效率，而且也为公司降低了维修的成本。更关键的是对新型进口设备实现了自主维修及气路改造，对公司未来实施全过程质量管理的战略具有深远的意义。
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