0 引言
一臺XKA2425×40數控龍門銑床,已投入使用多年,該機床帶有加長、直角、增速附件頭,并通過程序實現自動更換附件頭。某次準備自動更換附件頭時,主軸頻繁正、反向低速小角度局部轉動且不能停止,無法更換附件頭。
1 主軸定向功能與主軸定向傳動
1.1 主軸定向功能
主軸通常只進行速度控制,但在特定的情況下也需要對主軸進行位置(角度)控制。如數控龍門銑床自動換附件、加工中心自動換刀、鏜孔加工中因工藝要求而需要讓刀、以及數控車床在裝夾工件(車削螺紋有始止要求)時,都需要主軸準確地停在一個特定的位置(角度)上,即通常所說的主軸定向功能。
按控制方式不同,主軸定向可分為機械減速定向、電氣減速定向、電氣減速磁感應定向、電氣減速機械定向、液壓(或氣動)定向。XKA2425×40數控龍門銑床主軸定向屬于機械減速定向。
1.2 主軸定向傳動系統
數控龍門銑床主軸使用端面銑刀,刀盤直徑大,需要的切削力、切削扭矩也大。加工鋁質材料需要較高的轉速以保證表面光潔度,數控龍門銑床通常采用變速箱滿足扭矩、轉速的要求,將主軸速度分為高速輕切削(I擋)和重力切削(II擋)2個擋位。
1.3主軸定向傳動鏈
(1)重力切削時,主軸伺服電機轉速/24×24/60×47/78×27/72×47/47;高速輕切削時,主軸伺服電機轉速/24×24/60×47/78×78/47×47/47。
(2)主軸轉速的擋位切換可以在操作面板上手動操作,使用2個帶互鎖功能的“高速輕切削(I擋)”、“重力切削(II擋)”鍵。也可在編程時用M41指令實現重力切削、M42指令實現高速輕切削的切換。
2 主軸定向傳動誤差原因分析XKA2425×40數控龍門銑床在準備自動更換附件時,發生主軸小角度頻繁正反轉動、不能停止,主軸定向沒有實現在設定角度停止,分析原因是主軸定向傳動鏈中間隙增大,傳動鏈中主軸上的編碼器與主軸伺服電機的編碼器發出的指令沒有得到實現、相互糾正仍不能滿足。
2.1軸、齒輪與鍵的配合間隙切削加工(主軸高速重力切削時突然停止產生的強力沖擊、斷續切削產生的沖擊)過程中,傳動鏈中的軸、齒輪與鍵聯接部位配合面長期使用變形、磨損造成配合間隙增大。本次故障主要原因是鍵受損變形、磨損明顯(圖2)。傳動鏈中的軸、齒輪聯接配合軸徑與孔徑因磨損間隙增大。主軸高速重力切削突然停止強力沖擊、斷續切削沖擊使軸產生變形,造成齒輪中心距變化。
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提高主軸定向精度的措施
(1)加工中心、數控龍門銑床在編寫加工程序時,杜絕主軸從高速突然降為零的方式,應采用分級逐步降低,減少沖擊對傳動鏈精度的損壞,如1000→800→600→400→200→0(r/min)。
(2)大型結構件加工前裝夾固定時,合理分布支撐緊固點,增加剛性、降低加工振動,采用合理切削參數。
(3)設備合理維護、定期保養,日常檢查逐一觀察潤滑情況。(4)條件許可時,適當提高主軸傳遞鏈中齒輪精度、齒輪齒面硬度。