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內(nèi)窺鏡在精密數(shù)控車(chē)床故障維修中作用
2016-06-28
某單位的超精密數(shù)控車(chē)是沈陽(yáng)精密機(jī)床廠生產(chǎn)的一臺(tái)高精度CNC車(chē)床，可用于小于0.5mm切深的半精加工及精加工。其主軸采用了空氣靜壓軸承、所以精度很高。加工精度：有色金屬零件圓度可達(dá)1µm，表面粗糙度可達(dá)Ra0.1µm; 黑色金屬零件圓度可達(dá)5µm，表面粗糙度可達(dá)Ra0.8µm。
設(shè)備在長(zhǎng)期使用后，其主軸系統(tǒng)經(jīng)常出現(xiàn)故障，主軸在進(jìn)行零件加工時(shí)偶爾發(fā)出尖叫聲，發(fā)生故障的頻率隨著設(shè)備的使用時(shí)間推移越來(lái)越平凡，最后發(fā)展為主軸卡死，致使設(shè)備不能正常使用。在設(shè)備初期出現(xiàn)異響時(shí)，維修部門(mén)對(duì)設(shè)備進(jìn)行檢查維修，檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)在設(shè)備不裝夾工件時(shí)，主軸旋轉(zhuǎn)正常，在使用真空夾具裝夾工件后，主軸旋轉(zhuǎn)出現(xiàn)異常，初步推斷設(shè)備的真空夾具系統(tǒng)存在問(wèn)題。但是因?yàn)樵O(shè)備生產(chǎn)廠家要求使用方不能自行拆卸設(shè)備主軸，所以使用常規(guī)的診斷方法無(wú)法看到設(shè)備故障點(diǎn)內(nèi)部發(fā)生的具體情況，一直無(wú)法對(duì)設(shè)備的故障進(jìn)行徹底檢查，致使設(shè)備故障一直無(wú)法排除。為了解這一問(wèn)題，該單位裝備了新的故障診斷設(shè)備徐州博悅公司BVJ便攜式視頻內(nèi)窺鏡，通過(guò)內(nèi)窺鏡頂端采集到的圖象傳輸?shù)诫娨暠O(jiān)視器上顯示出來(lái)，在不用對(duì)設(shè)備進(jìn)行拆卸的條件下，就可以對(duì)故障點(diǎn)的內(nèi)部進(jìn)行觀察和判斷， 大大提高了對(duì)設(shè)備故障的鑒別率和可靠性。同時(shí)在內(nèi)窺鏡的電視圖象上引導(dǎo)故障排除的操作，順利完成設(shè)備故障的排除工作。
1.設(shè)備相關(guān)部分介紹
設(shè)備主軸系統(tǒng)包括主軸、空氣靜壓軸承系統(tǒng)、真空夾具系統(tǒng)和主軸傳動(dòng)系統(tǒng)四大部分。主軸是設(shè)備主軸系統(tǒng)核心零部件，是一個(gè)經(jīng)過(guò)超精加工的軸類(lèi)零件。主軸傳動(dòng)系統(tǒng)采用卸荷皮帶輪結(jié)構(gòu)，以便減少動(dòng)力源部分對(duì)主軸精度的影響。
設(shè)備為達(dá)到很高的精度，主軸采用了空氣靜壓軸承，這種結(jié)構(gòu)使主軸系統(tǒng)具有較小的摩擦，極小的溫升。設(shè)備主軸可以達(dá)到很高的精度。具體數(shù)據(jù)如下主軸徑向跳動(dòng)為0.5µm; 主軸軸向竄動(dòng)為0.5µm。為保證設(shè)備氣動(dòng)系統(tǒng)的需要，設(shè)備專(zhuān)門(mén)配備一套壓縮空氣回路(參看圖1)，壓縮空氣從外部進(jìn)來(lái)，經(jīng)過(guò)第一粗過(guò)濾器進(jìn)入干燥器。從干燥器出來(lái)的壓縮空氣經(jīng)過(guò)一道精過(guò)濾器及減壓閥減壓到4 X105pa后供主軸使用。
同時(shí)為了便于工件的裝夾，設(shè)備配備了一套真空夾具系統(tǒng)，為保證其真空夾具系統(tǒng)工作需要，設(shè)備專(zhuān)門(mén)配備一套真空回路(參看圖2)，輸出一路真空，使用真空度為負(fù)40kpa。在回路中，電磁閥起關(guān)閉真空回路的作用，真空繼電器起報(bào)警保護(hù)作用。當(dāng)斷電時(shí)，或真空度降到一定程度時(shí)，真空繼電器動(dòng)作，機(jī)床斷電，同時(shí)電磁閥把真空泵端管路封死，防止真空泄漏此時(shí)真空罐供應(yīng)真空，維持較短時(shí)間，防止主軸由于慣性作用，不能馬上停車(chē)，而使所吸工件飛出。
2.故障分析
通過(guò)上面對(duì)設(shè)備主軸系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)介紹，初步將設(shè)備主軸系統(tǒng)的4個(gè)主要部分作為故障原因的主要懷疑對(duì)象進(jìn)行分析。
首先，主軸傳動(dòng)系統(tǒng)部分是采用卸荷皮帶輪結(jié)構(gòu)，以便減少動(dòng)力源部分對(duì)主軸精度的影響。這一部分對(duì)主軸的影響較小，通過(guò)對(duì)設(shè)備主軸電機(jī)的檢查，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)存在異常現(xiàn)象，同時(shí)檢查各聯(lián)結(jié)部分發(fā)現(xiàn)全部為正常狀態(tài)，基本可以排除這部分的故障嫌疑。其次，空氣靜壓軸承系統(tǒng)部分在設(shè)備不裝夾工件時(shí)，主軸旋轉(zhuǎn)正常，不發(fā)生卡死和發(fā)出尖叫聲。可以初步判斷設(shè)備主軸系統(tǒng)的故障不是這部分引起，起碼不是這部分單獨(dú)引起的。再次，主軸部分只是一個(gè)經(jīng)過(guò)超精密加工的零件，不會(huì)是設(shè)備的故障點(diǎn)，最后，真空夾具系統(tǒng)部分，當(dāng)這部分工作時(shí)，及設(shè)備真空夾具夾緊工件時(shí)，設(shè)備的主軸旋轉(zhuǎn)不正常，會(huì)發(fā)生卡死或發(fā)出尖叫聲?？梢猿醪脚袛噙@部分同設(shè)備故障發(fā)生有著密切關(guān)系。
真空夾具系統(tǒng)這種配置在數(shù)控精密車(chē)床比較常見(jiàn)，但是在對(duì)本設(shè)備的維修中發(fā)現(xiàn)，本設(shè)備的真空夾具系統(tǒng)的安裝位置同常見(jiàn)不同，在一般情況下，設(shè)備的真空夾具系統(tǒng)的抽氣孔多是安裝在設(shè)備的主軸尾端，但是本設(shè)備為了在能使設(shè)備具有較高的精度，采用了卸荷皮帶輪結(jié)構(gòu)，致使主軸尾部沒(méi)有安裝位置，所以設(shè)備的設(shè)計(jì)者將真空夾具系統(tǒng)的抽氣孔安裝在設(shè)備主軸的中段。由于主軸要轉(zhuǎn)動(dòng)，而真空夾具系統(tǒng)的抽氣孔接頭不能轉(zhuǎn)動(dòng)，所以安裝在主軸中段的真空夾具系統(tǒng)，需要一個(gè)類(lèi)似靜壓軸承的可以在主軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)不旋轉(zhuǎn)的過(guò)渡聯(lián)結(jié)裝置
在真空夾具的過(guò)渡聯(lián)結(jié)裝置的內(nèi)孔上，開(kāi)有3個(gè)環(huán)行槽，其中中間的一個(gè)環(huán)行槽一邊同抽真空接頭相通，另一邊和主軸上的4個(gè)抽真空孔相通，在使用時(shí)通過(guò)這個(gè)孔將設(shè)備主軸空中的空氣抽出，使主軸孔腔中產(chǎn)生-40kpa負(fù)壓。 另外兩個(gè)環(huán)形槽同設(shè)備的壓縮空氣回路接通，將外部壓縮氣體通過(guò)節(jié)流器導(dǎo)入軸承間隙中，在主軸和過(guò)渡結(jié)裝置間形成靜壓力，使主軸懸浮其中工作。為完成以上工作，要求三個(gè)環(huán)行槽同主軸之間A和B處保證一定的間隙。
通過(guò)對(duì)設(shè)備故障和設(shè)備使用工況的分析認(rèn)為，在設(shè)備長(zhǎng)期使用后，設(shè)備加工中產(chǎn)生的冷卻液蒸汽、油氣和金屬切削微粒可能進(jìn)入A、B處的縫隙，因?yàn)榇颂幍目p隙很小，無(wú)法清理和不易排除，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的積累，在此部分產(chǎn)生污垢或者廢物金屬顆粒的聚集，致使設(shè)備不能正常運(yùn)行，產(chǎn)生故障。
3.故障診斷
因?yàn)樵O(shè)備的主軸采用空氣靜壓軸承，對(duì)設(shè)備的安裝條件要求較高，在我單位不具備對(duì)設(shè)備主軸進(jìn)行拆卸的基本條件，因此無(wú)法拆卸，使用常規(guī)的設(shè)備維修診斷技術(shù)，無(wú)法對(duì)設(shè)備故障進(jìn)行準(zhǔn)確判斷。
為了觀察診斷到真空夾具過(guò)渡聯(lián)結(jié)裝置內(nèi)部的情況，采用了工業(yè)用視頻內(nèi)窺鏡作為觀察手段，對(duì)設(shè)備故障點(diǎn)進(jìn)行觀察診斷。在診斷中使用了“徐州博悅公司BVJ便攜式視頻內(nèi)窺鏡”，內(nèi)窺鏡探頭可以旋轉(zhuǎn)360º，由于采用調(diào)焦式透鏡系統(tǒng)，從近點(diǎn)到遠(yuǎn)點(diǎn)均可獲得清晰、明亮和無(wú)變形的圖象。同時(shí)可在3.5″彩色監(jiān)視器上獲得清晰放大的圖象，同時(shí)具備錄象和拍照功能，可以將圖象資料保存，用于后期的判斷討論和資料存儲(chǔ)。
在本次診斷中，將內(nèi)窺鏡的探頭從設(shè)備的主軸錐孔進(jìn)入設(shè)備主軸中，再?gòu)闹鬏S孔中的四個(gè)抽真空孔進(jìn)入設(shè)備真空夾具過(guò)渡聯(lián)結(jié)裝置內(nèi)部。首先在探頭進(jìn)入主軸錐孔內(nèi)部可以看到，在主軸孔中有大量的白色金屬切屑顆粒存在( 如圖4、 圖5)，這些顆?，F(xiàn)在雖然不會(huì)對(duì)設(shè)備的使用產(chǎn)生不利影響，但當(dāng)真空夾具工作時(shí)，它們就可能會(huì)被吸進(jìn)真空夾具過(guò)渡聯(lián)結(jié)裝置內(nèi)部，并在A、B兩縫隙處將設(shè)備主軸卡住，所以必須清除。在探頭進(jìn)入真空夾具過(guò)渡聯(lián)結(jié)裝置內(nèi)部，可以發(fā)現(xiàn)在三個(gè)環(huán)形槽同主軸之間A縫隙處存在大量的油污和加工切屑( 如圖6、圖7)，它們是主軸在工作時(shí)產(chǎn)生異響的主要原因。這就同先前的推斷結(jié)果相符，為下一步的故障排除提供了依據(jù)。
4.故障維修
要排除設(shè)備故障，就需要清除主軸系統(tǒng)中的油污和切屑顆粒，但是這部分在不拆除主軸的情況下，使用常規(guī)無(wú)法實(shí)現(xiàn)。為達(dá)到清除油污和切屑的目的，設(shè)計(jì)了一套沖洗裝置，在抽真空接頭孔處配做一個(gè)液壓接頭，在主軸的錐孔端制作一個(gè)堵頭，從安裝在抽真空接頭孔處的液壓接頭，將一定壓力的清洗液注入主軸孔和真空夾具過(guò)渡聯(lián)結(jié)裝置的內(nèi)部，使其內(nèi)部保證一定的壓力，再將主軸錐孔前部的堵頭松開(kāi)，將清洗液和清洗下的廢物從主軸錐孔端排除。反復(fù)多次后清洗液基本變清后停止清洗，清洗后的結(jié)果可以看到在在主軸錐孔中和真空夾具過(guò)渡聯(lián)結(jié)裝置的內(nèi)部的白色金屬切屑基本被清除，但在真空夾具過(guò)渡聯(lián)結(jié)裝置的內(nèi)部的油污清理還不是十分理想。
清洗后的結(jié)果，清理后的設(shè)備主軸在真空夾具夾緊工件的條件下工作正常，不再出現(xiàn)卡死的故障，異響基本被排除，但偶爾發(fā)生。通過(guò)對(duì)清洗后照片的分析，認(rèn)為是在真空夾具過(guò)渡聯(lián)結(jié)裝置的內(nèi)部的油污沒(méi)有完全清理干凈造成的。如果清洗液的選擇和清洗工藝上進(jìn)行改進(jìn)，將會(huì)取得更好的維修效果。
5.故障維修的體會(huì)
通過(guò)使用工業(yè)用視頻內(nèi)窺鏡，變過(guò)去的全拆、全修方法為針對(duì)性修理，方向明確，工作量減少，工人勞動(dòng)強(qiáng)度下降，修理質(zhì)量提高，周期縮短。在部分沒(méi)法拆卸的特種設(shè)備和部件維修中，可以改變過(guò)去完全靠經(jīng)驗(yàn)對(duì)故障進(jìn)行判斷的維修方式，可以為維修提供直接和具體的圖象資料，對(duì)故障的判斷更科學(xué)和直觀。
在本次維修的故障排除中，使用了清洗方法，這是設(shè)備維修中經(jīng)常使用的一種常規(guī)方法。但是因?yàn)楸敬吻逑床皇浅Ｒ?guī)狀態(tài)的清洗，無(wú)法對(duì)需要清洗的部件進(jìn)行拆卸，所以對(duì)清洗工藝和清洗液的要求與以往不同。因?yàn)檫@種特種清洗作業(yè)我單位首次使用，對(duì)清洗工藝和清洗液的選擇不是十分的理想，雖然基本解決了設(shè)備的故障，但是不徹底，還有故障隱患。要想徹底排除設(shè)備故障，需要對(duì)清洗工藝和清洗液種類(lèi)進(jìn)行改進(jìn)。
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