王佳燕 李 峰 鄧?yán)麄?/p>

海申機(jī)電總廠(chǎng)（象山）（浙江寧波 315718）

近年來(lái)，LW系列臥螺式離心機(jī)應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，市場(chǎng)需求量不斷增加，對(duì)于生產(chǎn)進(jìn)度、產(chǎn)量的要求不斷提升，因此，需要保證離心機(jī)生產(chǎn)各工序正常有序開(kāi)展，這對(duì)每道工序的操作人員及設(shè)備完好性提出了更高的要求。機(jī)械加工在離心機(jī)生產(chǎn)中不可或缺，而在機(jī)械加工中，其中關(guān)鍵工序所涉及的重大精密關(guān)鍵設(shè)備落地銑鏜床扮演著重要角色。[1-5]某廠(chǎng)目前使用的TP6113落地銑鏜床于2005年安裝完成并投入生產(chǎn)，經(jīng)過(guò)多年的頻繁使用，設(shè)備各個(gè)機(jī)構(gòu)故障頻發(fā)，故障停機(jī)時(shí)間日益增多，對(duì)離心機(jī)整體生產(chǎn)進(jìn)度和正常交付造成了影響。

1 設(shè)備概況

某廠(chǎng)TP6113落地銑鏜床由齊齊哈爾二機(jī)床（集團(tuán)）有限責(zé)任公司（原齊齊哈爾第二機(jī)床廠(chǎng)）出廠(chǎng)，其鏜軸直徑為160 mm,主軸箱垂直行程6 000 mm，立柱橫向行程可達(dá)15 000 mm，主電動(dòng)機(jī)功率為120 kW，機(jī)床重量約為350 t，2005年安裝完成并投產(chǎn)使用，已運(yùn)行近17年。

2 設(shè)備運(yùn)行情況

該設(shè)備有足夠的強(qiáng)度和剛性，能滿(mǎn)足大切削量的銑削與鏜削要求：具有X，Y，Z，W4個(gè)進(jìn)給，X，Y方向進(jìn)給均有數(shù)字顯示及夾緊裝置。該設(shè)備性能優(yōu)良，工藝范圍廣泛，精度及生產(chǎn)效率較高，通過(guò)配合旋轉(zhuǎn)平臺(tái)一次裝夾可完成鉆孔、擴(kuò)孔、鏜孔、切溝槽以及平面等繁雜加工面。

通過(guò)對(duì)近一年來(lái)落地銑鏜床的故障以及故障時(shí)間進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)落地銑鏜床停機(jī)的故障主要集中在3個(gè)方面，分別是換刀機(jī)構(gòu)故障、液壓機(jī)構(gòu)故障、電器機(jī)構(gòu)故障。對(duì)具體故障停機(jī)時(shí)間進(jìn)行分層統(tǒng)計(jì)，具體如表1所示。由表1可以看出，換刀機(jī)構(gòu)故障對(duì)落地銑鏜床的正常運(yùn)行影響較大。

表1 故障停機(jī)時(shí)間分布

3 換刀機(jī)構(gòu)故障原因分析

對(duì)落地銑鏜床換刀機(jī)構(gòu)故障特征的研究發(fā)現(xiàn)，主軸銑刀拉桿機(jī)構(gòu)最容易出現(xiàn)拉刀桿折斷、彈簧底座斷裂、拉刀桿緊刀螺紋滑絲等故障。在故障現(xiàn)象分析過(guò)程中，可以明顯發(fā)現(xiàn)換刀機(jī)構(gòu)部位的損壞均為過(guò)載造成的機(jī)械損壞。運(yùn)行中的換刀機(jī)構(gòu)，換刀盤(pán)和松緊盤(pán)出現(xiàn)了不同程度的反轉(zhuǎn)，即按下?lián)Q刀按鈕時(shí)有不同程度的松緊動(dòng)作，且二者之間的運(yùn)行方向正好相反，因此產(chǎn)生了兩個(gè)相反的作用力。在反向力的長(zhǎng)期作用下，自然出現(xiàn)了刀桿折斷、彈簧底座斷裂、拉刀桿緊刀螺紋滑絲等現(xiàn)象。

針對(duì)這個(gè)根源，對(duì)該臺(tái)落地銑鏜床各個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行了檢查，并對(duì)可能的原因進(jìn)行了模擬分析。

3.1 操作錯(cuò)誤

根據(jù)設(shè)備操作說(shuō)明書(shū)中操作步驟與操作者的行為對(duì)比，發(fā)現(xiàn)操作者每次均正確操作，且設(shè)備各護(hù)鎖指令周密，從根源上杜絕了誤操作現(xiàn)象。然而實(shí)際工作中發(fā)現(xiàn)，即使未同時(shí)啟動(dòng)換刀按鈕和緊刀按鈕，仍然會(huì)出現(xiàn)換刀盤(pán)和松緊盤(pán)不同程度的反轉(zhuǎn)現(xiàn)象。因此，排除了操作錯(cuò)誤導(dǎo)致的換刀機(jī)構(gòu)故障。

3.2 接線(xiàn)異常

通常，接線(xiàn)異常會(huì)對(duì)設(shè)備各個(gè)部件正常動(dòng)作有一定影響。通過(guò)對(duì)落地銑鏜床各點(diǎn)位的接線(xiàn)情況進(jìn)行詳盡檢查，確認(rèn)各處接線(xiàn)均完好，未出現(xiàn)接線(xiàn)錯(cuò)誤或松動(dòng)脫離現(xiàn)象。因此，排除了接線(xiàn)異常導(dǎo)致的換刀機(jī)構(gòu)故障。

3.3 程序未關(guān)聯(lián)

通過(guò)啟動(dòng)換刀開(kāi)關(guān)對(duì)落地銑鏜床的原有可編程邏輯控制器（PLC）控制系統(tǒng)程序進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)原有的主軸轉(zhuǎn)動(dòng)程序和松緊刀程序雖然各自獨(dú)立，但是依然出現(xiàn)二者均運(yùn)行的現(xiàn)象，程序的獨(dú)立不足以保證動(dòng)作的分離?？梢?jiàn)，獨(dú)立的換刀機(jī)構(gòu)程序和松緊刀程序在一定程度上影響了換刀機(jī)構(gòu)故障。

3.4 工頻控制

目前使用的落地銑鏜床為工頻控制，當(dāng)按下各個(gè)按鈕時(shí)均為高速啟動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)，使得啟動(dòng)過(guò)程中的正向扭矩和反向扭矩增大，長(zhǎng)期作用導(dǎo)致強(qiáng)度極限斷崖式下降，影響換刀機(jī)構(gòu)各部件的使用壽命。由此可見(jiàn)，工頻控制在一定程度上影響了換刀機(jī)構(gòu)故障。

通過(guò)上述分析，確定了兩項(xiàng)影響因素，即PLC系統(tǒng)程序存在一定不足和使用工頻控制。

4 換刀機(jī)構(gòu)故障解決措施

針對(duì)PLC系統(tǒng)程序存在的不足以及使用工頻控制，經(jīng)過(guò)討論分析，主要采取了兩項(xiàng)措施。

4.1 增加PLC控制系統(tǒng)程序互鎖

對(duì)原來(lái)的PLC控制系統(tǒng)程序進(jìn)行拷貝并備份，對(duì)原來(lái)的換刀電機(jī)控制程序和主軸控制程序進(jìn)行了改進(jìn)，將二者設(shè)置了互鎖。通過(guò)修改，實(shí)現(xiàn)換刀電機(jī)動(dòng)作時(shí)主軸不會(huì)動(dòng)作，主軸動(dòng)作時(shí)換刀電機(jī)不會(huì)動(dòng)作，二者之間形成互鎖。

4.2 增設(shè)變頻控制

在原有電器主控制箱安裝了變頻器以及變頻/工頻控制轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，對(duì)變頻/工頻控制轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)線(xiàn)路、變頻器線(xiàn)路、主機(jī)線(xiàn)路等進(jìn)行檢查，梳理連接，使目前使用的落地銑鏜床增加了變頻控制。

換刀電機(jī)工、變頻切換工作原理如下。

變頻控制：旋轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)SA1打到變頻的位置，K1繼電器吸合，隨即控制KM1，KM2接觸器吸合，變頻器控制回路形成通路，KM4，KM5接觸器的常開(kāi)觸點(diǎn)控制變頻器的正反轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)松、緊刀的目的。

工頻控制：旋轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)SA1打到工頻的位置，K2繼電器吸合，隨即控制KM3接觸器吸合，工頻控制回路形成通路，KM4，KM5接觸器控制換刀電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。

K1與K2繼電器互鎖，實(shí)現(xiàn)KM1，KM2與KM3接觸器互鎖，所以無(wú)論任何情況下只存在一種控制模式。

5 改進(jìn)后的效果

5.1 消除換刀盤(pán)和松緊盤(pán)正反轉(zhuǎn)的現(xiàn)象

措施采取前，換刀電機(jī)控制程序和主軸控制程序相互獨(dú)立，當(dāng)出現(xiàn)線(xiàn)路松動(dòng)等情況時(shí)，可能出現(xiàn)換刀時(shí)緊刀，即換刀機(jī)構(gòu)正反轉(zhuǎn)現(xiàn)象。增加了PLC控制系統(tǒng)程序互鎖后，實(shí)現(xiàn)了換刀電機(jī)動(dòng)作時(shí)主軸不動(dòng)作、主軸動(dòng)作時(shí)換刀電機(jī)不動(dòng)作，二者之間形成互鎖，有效消除了換刀機(jī)構(gòu)換刀盤(pán)和松緊盤(pán)正反轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。

5.2 減少設(shè)備損耗

分別增加了變頻器和變頻器旋鈕開(kāi)關(guān)，作業(yè)時(shí)可以采取變頻控制的方式，改變供電頻率,調(diào)整主軸轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)負(fù)載調(diào)節(jié)，從而減少換刀機(jī)構(gòu)各部件的損耗和故障。

5.3 減少故障停機(jī)時(shí)間

通過(guò)消除換刀盤(pán)和松緊盤(pán)正反轉(zhuǎn)現(xiàn)象，在很大程度上減少了拉刀桿折斷、彈簧底座斷裂、拉刀桿緊刀螺紋滑絲的故障現(xiàn)象，進(jìn)一步降低了設(shè)備損耗，從整體上減少了落地銑鏜床的故障停機(jī)時(shí)間。

5.4 排除潛在事故隱患

措施采取之前，原來(lái)緊刀過(guò)程出現(xiàn)的刀盤(pán)正反轉(zhuǎn)會(huì)同時(shí)帶動(dòng)夾緊的工件轉(zhuǎn)動(dòng)，存在潛在機(jī)械傷害。通過(guò)改進(jìn)，解決了緊刀過(guò)程刀盤(pán)正反轉(zhuǎn)的問(wèn)題，排除了事故隱患，降低了安全風(fēng)險(xiǎn)，提高了設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中的安全系數(shù)。

5.5 降低維修成本、提升生產(chǎn)進(jìn)度

措施采取后，對(duì)換刀機(jī)構(gòu)故障進(jìn)行了徹底排除，減少了落地銑鏜床的修理次數(shù)，降低了維修成本、提升了生產(chǎn)進(jìn)度。根據(jù)型號(hào)不同，落地銑鏜床加工一臺(tái)離心機(jī)的時(shí)間在4～32臺(tái)時(shí)之間，改進(jìn)后，總的故障時(shí)間預(yù)計(jì)能縮短60臺(tái)時(shí)左右，理論上可以多加工機(jī)器2～15臺(tái)，為離心機(jī)的提產(chǎn)提供了有利條件。

6 結(jié)語(yǔ)

對(duì)落地銑鏜床在對(duì)離心機(jī)進(jìn)行機(jī)加工過(guò)程中換刀機(jī)構(gòu)常見(jiàn)故障的原因分析、解決方案的有效實(shí)施，以及在離心機(jī)加工中的實(shí)踐應(yīng)用，極大地減少了落地銑鏜床的故障停機(jī)時(shí)間，確保了離心機(jī)的正常交付使用。