PART 1
序言
圖1所示龍門銑床于2019年采購，適用于中型柴油機(jī)機(jī)體、紡織機(jī)械、印刷機(jī)械、汽車制造、造船機(jī)械、航天航空制造及機(jī)床制造等行業(yè)，尤其對于多工位、多工序的長方形長箱體零件加工，是必不可少的關(guān)鍵設(shè)備。機(jī)床X、Y、Z進(jìn)給軸位置檢測均采用德國知名公司生產(chǎn)的金屬直線光柵尺，主軸定向位置檢測裝置采用德國知名公司生產(chǎn)的齒形光電編碼器，具有高精度和高可靠性。在電氣控制方面，采用電器模塊化設(shè)計(jì)，從而保證了數(shù)控龍門系列機(jī)床電氣控制的統(tǒng)一性，便于調(diào)試使用和維修。整機(jī)配備840D sl數(shù)控系統(tǒng)。該機(jī)床配備附件銑頭，采用半自動(dòng)和自動(dòng)換刀技術(shù)更換各種附件銑頭，能實(shí)現(xiàn)對工件一次裝夾后銑、鏜、鉆、鉸及攻螺紋等多工位和多工序的加工。
圖1 龍門銑床外觀
PART 2
故障現(xiàn)象
新設(shè)備在安裝調(diào)試后，X軸一直存在聲音大、輕微抖動(dòng)現(xiàn)象，廠家也多次進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，但效果不理想。隨著設(shè)備繼續(xù)運(yùn)行，抖動(dòng)現(xiàn)象也越來越嚴(yán)重，有時(shí)還會出現(xiàn)輪廓誤差監(jiān)控報(bào)警，已嚴(yán)重影響產(chǎn)品的加工精度。
PART 3
X軸傳動(dòng)結(jié)構(gòu)
蝸桿箱固定在機(jī)床床身中部，與工作臺進(jìn)給箱傳動(dòng)軸相連接，通過蝸桿與工作臺面下方的蝸母條嚙合，使工作臺（X向）移動(dòng)。
蝸桿箱中的蝸桿是靜壓蝸桿，運(yùn)行時(shí)液壓系統(tǒng)恒定的壓力油注入蝸桿與蝸母條的嚙合齒面，形成一定厚度的高強(qiáng)度靜壓油膜，使蝸桿與蝸母條形成無摩擦傳動(dòng)，因而傳動(dòng)效率和精度高，無磨損，壽命長。
油腔開設(shè)在蝸桿齒側(cè)面上。靜壓蝸桿采用雙聯(lián)泵供油，即由雙聯(lián)泵引出流量相等的兩條油路，分別向蝸桿左右兩側(cè)油腔供油。
靜壓蝸桿除有一套靜壓供油泵組外，還有一套靜壓蝸桿預(yù)沖油系統(tǒng)，當(dāng)蝸桿與蝸母條的油腔脫離嚙合區(qū)時(shí)，靜壓油路斷開，預(yù)沖油接通，使非嚙合的油腔仍充滿油，防止油路混入空氣，以提高蝸桿油膜的靜壓剛度，保證承載力度。靜壓蝸桿采用軸向配油的形式。靜壓蝸桿結(jié)構(gòu)如圖2所示。
圖2 靜壓蝸桿結(jié)構(gòu)
PART 4
故障原因分析
根據(jù)對X軸傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的工作原理分析后認(rèn)為，造成X 軸抖動(dòng)的原因有很多，如工作臺靜壓壓力低，蝸桿靜壓壓力低，蝸桿制動(dòng)沒有打開，工作臺壓板調(diào)整間隙過小，伺服電動(dòng)機(jī)本身故障，檢測單元故障，伺服參數(shù)設(shè)置不當(dāng)，以及蝸桿與蝸母條間隙不當(dāng)?shù)取?/span>
為了避免大量盲目的拆卸，提高維修效率，首先對工作臺靜壓壓力、蝸桿靜壓壓力、蝸桿制動(dòng)壓力、X軸檢測單元及伺服控制參數(shù)進(jìn)行檢查，無異常。然后脫開X軸伺服電動(dòng)機(jī)，將X軸改為半閉環(huán)運(yùn)行試車，電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)正常，無抖動(dòng)現(xiàn)象，排除伺服電動(dòng)機(jī)本身問題。分析可能導(dǎo)致本次故障的主要影響因素為工作臺壓板調(diào)整間隙過小或蝸桿與蝸母條間隙不當(dāng)。
（1）工作臺壓板調(diào)整間隙過小 工作臺采用閉式靜壓導(dǎo)軌，下方共有8塊壓板，機(jī)床安裝時(shí)壓板間隙調(diào)整過小，將會造成工作臺浮起量不夠，出現(xiàn)X軸抖動(dòng)故障。
（2）蝸桿與蝸母條間隙不當(dāng) 蝸輪與蝸母條兩者之間是靠恒定的壓力油形成靜壓油膜，使蝸輪蝸桿實(shí)現(xiàn)無摩擦傳動(dòng)，如蝸輪與蝸母條間的間隙過小，則會造成靜壓油膜壓力不穩(wěn)定，出現(xiàn)抖動(dòng)故障[1]。
PART 5
故障處理
5.1 工作臺壓板間隙檢查
通過查閱機(jī)床相關(guān)資料，工作臺壓板與導(dǎo)軌的間隙應(yīng)控制在0.05mm內(nèi)。間隙過小，工作臺的靜壓浮起量不夠，機(jī)床加工時(shí)會產(chǎn)生抖動(dòng)現(xiàn)象；間隙過大，機(jī)床又無法保證自身剛性要求。
拆開X軸兩邊的防護(hù)罩，將工作臺靜壓關(guān)掉，使用塞尺逐個(gè)對壓板與導(dǎo)軌的間隙進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)8塊壓板與導(dǎo)軌的間隙都在允許范圍0.05mm內(nèi)[2]。
工作臺壓板間隙檢查如圖3所示。
圖3 工作臺壓板間隙檢查
5.2 蝸桿與蝸母條間隙檢查與調(diào)整
通過調(diào)整蝸桿箱安裝座下方的墊片厚度，可實(shí)現(xiàn)蝸桿與蝸母條間隙的調(diào)整。因蝸桿箱位于床身的中間位置，故調(diào)整時(shí)需將工作臺移開，露出蝸桿箱，然后拆出墊片實(shí)現(xiàn)間隙調(diào)整。具體的實(shí)施步驟如下。
1）將PLC狀態(tài)點(diǎn)DB99.DBX1.1設(shè)置1，DB99.DBX1.2設(shè)置0，X軸由全閉環(huán)改為半閉環(huán)，然后斷開蝸桿靜壓泵空開，修改PLC程序，屏蔽其報(bào)警功能。關(guān)掉蝸桿靜壓主要是為了更好地檢測出蝸桿與蝸母條的實(shí)際間隙。
2）準(zhǔn)備好百分表，對蝸桿與蝸母條的實(shí)際間隙進(jìn)行檢測。用手輪先正向慢速移動(dòng)一段距離（注意一定要慢，因?yàn)槲仐U靜壓關(guān)掉了，蝸桿、蝸母條之間無靜壓油膜，同時(shí)移動(dòng)時(shí)還需監(jiān)控X軸的電流），然后反向移動(dòng)0.01mm，測出的間隙為0.03mm。測出的蝸桿與蝸母條間隙偏小，間隙正常值應(yīng)為0.06mm[3]。
3）將X軸光柵尺讀數(shù)頭及安裝支座拆掉，做好防護(hù)后用密封袋封好。
4）將X軸硬限位開關(guān)和兩邊的電纜拖鏈固定支座拆掉，然后打開蝸桿靜壓，使X軸正向移動(dòng)，直至蝸桿與蝸母條快脫開時(shí)，在PLC程序屏蔽X軸后多頭泵的壓力報(bào)警。因?yàn)楣ぷ髋_往后端移動(dòng)時(shí)有一段靜壓壓力建立不起來。
5）關(guān)停蝸桿靜壓泵，在工作臺的正向位置安裝一個(gè)手動(dòng)葫蘆，最后一段距離內(nèi)用手動(dòng)葫蘆拉著工作臺輕微受力，同時(shí)正向緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)蝸桿，直至蝸桿與蝸母條全部脫開。
6）拆掉蝸桿箱8個(gè)定位銷和14個(gè)M17內(nèi)六角固定螺釘，然后在蝸桿箱兩端的下方各放置一個(gè)螺紋頂，用兩個(gè)螺紋頂將蝸桿箱輕微頂起，拿出蝸桿箱與床身之間的墊片，共４塊，做好記號，方便后面安裝。
7）可根據(jù)蝸桿與蝸母條的夾角確定墊片厚度調(diào)整的具體數(shù)值，最終計(jì)算結(jié)果是需要將拿出來的墊片磨掉0.3mm，這樣可以增加蝸輪蝸桿的間隙0.03mm左右。
8）墊片加工好，按記號進(jìn)行裝配，打入蝸桿箱定位銷，擰緊固定螺釘?？辙D(zhuǎn)蝸桿，用手將蝸桿上面的臟東西清理干凈。
9）連接蝸桿與蝸母條，將正向蝸桿端沒有齒的半圈轉(zhuǎn)至朝上，用千斤頂將工作臺慢慢往負(fù)向頂，直至工作臺蝸母條前端面與蝸桿齒的端面接觸，這時(shí)千斤頂輕微受力，機(jī)床開啟蝸桿靜壓，慢慢轉(zhuǎn)動(dòng)蝸桿，使蝸桿與蝸母條連接上。之后緩慢移動(dòng)X軸，監(jiān)控其電流是否正常和有無異響。
10）將上述步驟拆掉的部件，按之前做的記號依次裝好，同時(shí)按上述蝸桿與蝸母條間隙的檢測方法，對其反向間隙進(jìn)行檢測，反向間隙為0.06mm，檢測正常。然后將X軸改為全閉環(huán)，將PLC屏蔽的報(bào)警全部打開，編輯循環(huán)程序?qū)軸的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)進(jìn)行檢查，試車正常，抖動(dòng)故障消除。
PART 6
結(jié)束語
蝸母蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)作為大型數(shù)控龍門鏜銑床的重要機(jī)械傳動(dòng)部件，其加工精度、裝配精度和控制精度要求較高；同時(shí)蝸母蝸桿機(jī)構(gòu)作為機(jī)床進(jìn)給軸的動(dòng)力傳遞方式，由于其需要承受主要的切削力和不規(guī)則振動(dòng)，因此故障率相對較高。
此次故障處理耗時(shí)較長，同時(shí)又是機(jī)械、液壓和電控等一系列問題的結(jié)合，處理此類故障時(shí)需要對傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的機(jī)械部分、液壓控制部分和PLC控制系統(tǒng)有一定水平的認(rèn)知。在充分分析故障和了解機(jī)床結(jié)構(gòu)后，對蝸桿與蝸母條的間隙進(jìn)行檢測和調(diào)整，可有效消除機(jī)床抖動(dòng)故障現(xiàn)象。
