萇曉兵，陳玉文，薛松

(1.常州機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇常州 213164;2.南車戚墅堰機車有限公司，江蘇常州 213000)

該機床是歐洲高端產(chǎn)品，具有高精度、高性能、高效率的優(yōu)點，在同類機床中處于國際領(lǐng)先水平。特別是該設(shè)備設(shè)計具有完善的安全特性，文中所要論述的TBM(車－鏜－銑)單元回轉(zhuǎn)軸B1軸的過載保護功能就是機床的典型安全特性之一。因為該類機床配備標(biāo)準(zhǔn)X、Y、Z、B、C軸，通過一次裝夾完成對復(fù)雜工件完整、精密的機加工。實際生產(chǎn)中由于產(chǎn)品毛坯尺寸差異大而導(dǎo)致過載有時是難免的。而一旦發(fā)生過載，這種保護裝置可以保護高精度TBM組件，如主軸軸承、測量系統(tǒng)等免受過載撞擊引起的應(yīng)力破壞。根據(jù)過載施加力方向的不同，僅僅導(dǎo)致上述高精度組件在其裝配面上產(chǎn)生位移，保護高精度組件不會受損，只會引起機床靜態(tài)幾何精度的變化。因此，發(fā)生過載情況時，現(xiàn)場維修的關(guān)鍵就是如何調(diào)整機床的靜態(tài)幾何精度，使機床恢復(fù)正常加工能力。

1 設(shè)備軸描述

M35加工中心如圖1所示，為奧地利進口車－鏜－銑5軸復(fù)合加工中心，其各軸位置如圖2所示。

機床各軸定義如下:X1軸為TBM單元前后方向直線軸;Y1軸為TBM單元上下方向直線軸;Z1軸為TBM單元左右方向直線軸;B1軸為TBM單元繞Y軸回轉(zhuǎn)軸;C1軸為主軸大扭矩分度旋轉(zhuǎn)軸;Z2軸為數(shù)控中心架平行Z1軸方向直線軸;Z4軸為尾座平行于Z1軸方向直線軸。

圖1 M35加工中心外觀圖

圖2 M35加工中心各軸位置圖

2 靜態(tài)幾何精度測量與分析

當(dāng)發(fā)生過載時，B1軸靜態(tài)幾何精度測量與分析如下:

2.1 B1軸的主工作位置 (0°位置)測量與分析

(1)測量

先“學(xué)習(xí)”直方圖的２種形式定義，后“研究”直方圖的計算方法，并在研究的基礎(chǔ)上學(xué)生選擇算法并繪制直方圖．根據(jù)定義１編寫M文件繪制灰度圖像的直方圖[11]，原圖像為256×256的灰度級在[0，255]范圍的灰度圖像，繪制的直方圖見圖１．

在MDA方式下，通過指令B1=0使B1軸處于0°位置。如圖3所示:安裝千分表，在TBM單元主軸孔中插入檢驗芯軸，手動方式移動Y1軸，找到芯軸側(cè)母線。沿X1方向移動TBM單元 (行程300 mm)，測量芯軸與X1軸方向上的平行度，將芯軸回轉(zhuǎn)180°再測量一次，兩次結(jié)果的代數(shù)和之半與標(biāo)準(zhǔn)允差(0.03/300 mm)的差值即為實際超差量。

圖3 B1軸0°位置測量圖

(2)分析

①若B1軸NC分度松開和分度鎖緊時，發(fā)現(xiàn)存在相同偏差，表明TBM單元在橫向滑板上發(fā)生位移;②若只當(dāng)B1軸NC分度鎖緊時發(fā)現(xiàn)存在偏差，或當(dāng)分度嚙合傳動時，B軸傳動裝置出現(xiàn)切咬現(xiàn)象，表明B1軸分度鼠牙盤發(fā)生了移位變形。

2.2 B1軸的±90°位置測量與分析

(1)測量

在MDA方式下，通過指令B1=90°使B1軸處于90°位置。如圖4所示:安裝千分表，在TBM單元主軸孔中插入檢驗芯軸，手動方式移動Y1軸，找到芯軸側(cè)母線。沿 Z1方向移動 TBM單元 (行程150 mm)，測量芯軸與Z1軸方向上的平行度，將芯軸回轉(zhuǎn)180°再測量一次，兩次結(jié)果的代數(shù)和之半與標(biāo)準(zhǔn)允差 (0.03/150 mm)的差值即為實際超差量。

按上述相同方法，完成B1軸處于－90°位置測量過程。

(2)分析

若B1軸CNC分度松開時，在B1軸兩個位置的同一方位上均出現(xiàn)角度偏差超差時，表明Y1軸滑板與滑座的螺紋裝配面發(fā)生了位移，X1/Y1軸拖板移動對Z1軸的垂直度超差，需調(diào)整Y1軸滑板。

圖4 B1軸±90°位置測量圖

3 調(diào)整

3.1 調(diào)整橫向滑板上的TBM主軸固定裝置，恢復(fù)X1/Y1軸拖板移動對Z1軸的垂直度

用12個M12內(nèi)六角螺釘 (圖5中的壓緊固定螺絲)將TBM主軸座與橫向滑板座聯(lián)接在一起。調(diào)整方法為:(1)先取下機床導(dǎo)軌防護罩與TBM單元聯(lián)接處防護罩;(2)將12個M12內(nèi)六角螺釘擰松;(3)在Y1支架底座兩端的M8螺紋孔中擰入兩個調(diào)節(jié)螺釘 (圖5中的調(diào)節(jié)螺絲)，通過調(diào)節(jié)螺釘旋轉(zhuǎn)橫向?qū)蜓b置來調(diào)節(jié)TBM主軸座與橫向?qū)蜓b置的水平度 (調(diào)整時，用千分表跟蹤支架底座位置變動或檢查支架底座和橫向滑板邊緣平行度的方式，來對調(diào)整狀態(tài)進行檢查，調(diào)整量按前面靜態(tài)幾何精度測量與分析的結(jié)果進行);(4)拆除調(diào)節(jié)螺釘;(5)用扭力扳手?jǐn)Q緊12個M12聯(lián)接螺釘，扭力設(shè)定為120 N·m(因為聯(lián)接方式為摩擦方式，扭力太小不能保證加工精度和穩(wěn)定性)(如圖5—7所示)。

圖5 TMB與滑板座連接圖

圖6 底座位置變動檢測圖

圖7 底座和滑板平行度檢測圖

3.2 調(diào)整B1軸分度機構(gòu)

調(diào)整B1軸分度機構(gòu)必須在TBM主軸固定裝置調(diào)整完畢、X1/Y1軸拖板對Z1軸的垂直度合格條件下進行。B1軸分度機構(gòu)與Y1軸滑板的腔室是采用摩擦方式的法蘭轉(zhuǎn)接形式嚙合在一起的。如果B1軸分度機構(gòu)處于嚙合狀態(tài)時發(fā)生過載事故，則可能會使該轉(zhuǎn)接位置出現(xiàn)移位。因為B1軸為NC軸，因此，可通過數(shù)控系統(tǒng)進行B1軸數(shù)據(jù)調(diào)整。

B1軸參考點調(diào)整方法:(1)打開B1軸NC分度，使B1軸定位在0°位置。(2)將分度裝置上的蓋板護罩拆下，執(zhí)行TBM單元參考點返回操作。(3)在MDA方式下，通過指令B1=－90°使B1軸旋轉(zhuǎn)到－90°位置。(4)將檢驗芯軸插入TBM單元主軸孔中，選擇JOG方式，手動使TBM單元平行Z1軸方向移動，在300 mm行程內(nèi)進行檢查 (如圖8所示)，手動旋轉(zhuǎn)B1軸，使得在芯軸300 mm檢測范圍內(nèi)符合幾何精度要求，并記錄當(dāng)前B1軸坐標(biāo)值。(5)進入840D數(shù)控系統(tǒng)界面進行如下操作:菜單選擇→開始→機床數(shù)據(jù)→軸 (通過+/－選擇軸名到B1)B1→MD→MD 3409，將記錄的 B1軸坐標(biāo)值輸入到MD3409參數(shù)中。(6)NCK復(fù)位，數(shù)據(jù)生效。

圖8 B1軸－90°位置檢測圖

B1軸處于0°位置時分度調(diào)整方法:同用千分表進行檢查 (如圖9所示)，達到要求后，將B1軸分度的法蘭螺釘擰松到足夠程度，以確保分度法蘭上不再受任何張緊力的作用。使B1軸嚙合，這樣可將B1軸法蘭旋轉(zhuǎn)到調(diào)整后的0°位置。

圖9 B1軸0°位置檢測圖

為確保分度位置與NC軸達到的位置完全相等，需通過編寫程序?qū)1軸分度打開與關(guān)閉不少于5次。

步驟如下:

第1步，執(zhí)行B1軸到0°操作;

第2步，在MDA方式下編輯程序:

Mcb1ind B1軸分度

G04F5 延時5 s

Mcb1uncl B1軸松開

第3步，測量B1軸分度與松開誤差是否小于0.01 mm，如果大于0.01 mm，則必須對B1軸分度進行調(diào)整;

第4步，在MDA方式下編輯程序:

anf: 程序頭

Mcb1ind B1軸分度

G04F5 延時5 s

Mcb1uncl B1軸松開

G04F5 延時5 s

gotob anf 跳轉(zhuǎn)至程序頭

第5步，松開B1軸分度夾緊螺栓，執(zhí)行“第4步”所編輯的程序5遍以上;

第6步，檢查測量B1軸分度與松開誤差是否小于0.01 mm。合格后，用扭力扳手緊固B1軸分度夾緊螺栓，設(shè)定扭力35 N·m。此操作必須注意:當(dāng)在新的0°位置擰緊B1軸分度時，一定不能造成B1軸的變形?？梢栽贐1軸分度處于嚙合狀態(tài)時，按照對角方式來逐漸擰緊法蘭螺釘。擰緊后，將該位置定義為新的0°位置 “GRID.POINT MOVEMENT B1-AXIS(B1軸柵格點:參考點)” (如圖10—11所示)。檢查合格后，安裝好所有防護罩。

圖10 B1軸分度限位開關(guān)位置圖

圖11 B1軸分度機構(gòu)法蘭裝置圖

4 結(jié)束語

隨著軌道裝備制造能力要求的進一步提高，生產(chǎn)中大量采用現(xiàn)代先進數(shù)控復(fù)合加工中心。如何消化吸收和應(yīng)用先進技術(shù)，是當(dāng)今設(shè)備應(yīng)用中的熱門課題。特別是機床在應(yīng)用過程中精度的變化，將嚴(yán)重影響產(chǎn)品加工質(zhì)量，造成巨大經(jīng)濟損失。然而設(shè)備精度調(diào)整技術(shù)通常被設(shè)備制造商視為技術(shù)機密而限制提供給用戶，導(dǎo)致了設(shè)備可靠性和穩(wěn)定性的降低?，F(xiàn)針對設(shè)備的安全特性等環(huán)節(jié)進行研究，總結(jié)出機床主要功能部件狀態(tài)的檢查方法以及調(diào)整方法。目前作者已將得出的檢查與調(diào)整方法充實到設(shè)備TPM管理中去，形成定期點檢制度，有效地對關(guān)鍵設(shè)備工作狀態(tài)進行監(jiān)控，使設(shè)備處于良好的運行狀態(tài)，極大地提高了現(xiàn)有設(shè)備利用率，確保了產(chǎn)品加工質(zhì)量和生產(chǎn)效率。

【1】WFL公司.M35車－鉆－銑5軸復(fù)合加工中心維護保養(yǎng)手冊［M］.

【2】WFL公司.M35車－鉆－銑5軸復(fù)合加工中心操作手冊［M］.

【3】WFL公司.M35車－鉆－銑5軸復(fù)合加工中心編程手冊［M］.

【4】ISO230標(biāo)準(zhǔn)手冊.

【5】VDI3441標(biāo)準(zhǔn)手冊.