西门子双滑枕数控立车振刀故障分析与处理

西门子双滑枕数控立车振刀故障分析与处理

文献 龙斌

中车株洲电力机车有限公司  （湖南412000）

【摘要】本文针对西门子双滑枕数控立车在加工过程中多次出现振刀的故障隐患,提出改造方案及相关改造注意事项，供同行参考交流。

【关键词】 数控立车  超低速  控制精度  

该数控立车采用双滑枕结构，左右滑枕可同时切削加工。配置西门子840Dsl数控系统、SINAMICS S120伺服驱动系统，控制器采用双通道控制模式，左右滑枕可自由交互与耦合联动控制。自设备投入使用以来，随着温度及机械传动特性的变化，在加工中多次出现振刀的故障隐患，严重影响到产品质量。在多次拆解调整过程中一直未彻底解决此问题，长期困扰设备稳定高效运行。

一、设备介绍

数控立车系德国NSH公司专为加工盘类零件而开发的立车产品。该设备配置2套滑枕可同时切削加工，极大的提高生产效率。

设备采用西门子840Dsl数控系统，双通道模式，与桁架机械手联网通讯，工件上料、加工、测量、补偿、换刀、翻边、下料、排屑全自动化控制。

图1设备整体结构图

二、分析确定改造方案

通过对机床传动部件、滑动导轨润滑、伺服驱动电机等全方位检查诊断，同时采集伺服运动控制参数统计加工工况数据，为故障系统分析提供基础数据支撑。

从机床驱动系统配置组成、机械传动方式、导轨结构形式等方面分析：机床出现振刀问题根源在于X轴动静摩擦阻力较大、传动系统刚度不足、驱动系统数据合理性欠佳的。

综合考虑改造成本、周期、风险等因素，决定在现有的主体机构上做优化，重点改善导轨运行过程中的动静摩擦阻力、传动系统与伺服系统的匹配性来解决此问题。

三、实施过程

1、进给传动系统优化改进

（1）提升伺服电机驱动特性利用率。现场测绘伺服电机安装支座、同步带轮外径、滚珠丝杆尺寸，在现有的空间范围内重新设计同步带轮减速传动机构，最大限度的利用伺服电机驱动特性。

（2）提升低速力矩，增强低速性能。查阅伺服电机功率扭矩特性参数、驱动器闭环控制参数，并结合安装空间计算出大小同步带轮外径、传动比、中心距等参数，传动数据改进后，X轴丝杠零速启动扭矩从98N.m增加到205N.m。

（3）同步带轮结构尺寸改造定型后，再次复核检验各个连接、定位尺寸、紧固连接位置合理，无干涉错位后即可按图制作。成品轮出来后需对全部尺寸检查确认无误后即可进入装配环节。

（4）完成所有硬件的改造装配后，根据齿轮箱传动比、滚珠丝杠螺距、编码反馈脉冲数、光栅尺分辨率、检测脉冲当量等数据计算电子齿轮比、参考计数器容量、安全位置脉冲数，位置监控中冗差，比例增益，积分时间等参数，并正确的配置到数控系统上。

2、润滑系统改造

（1）滑动导轨在零速启动过程中摩擦阻力较大，不利于超低速运动控制，固需要对导轨的润滑方式进行改进，在承载面设置一套独立的润滑注油系统，采用4MPa 高压泵强制注油润滑。对X轴溜板的主承载面的润滑模式由原来的间歇打油模式改为开式静压模式，在导轨与溜板之间形成一股持久的压力油，以减少溜板与导轨的摩擦力，提高伺服超低速运动控制精度。

（2）间歇润滑模式改为开式静压模式后，润滑油量比较大，需对润滑油进行回收利用，特设计润滑油回收系统，在不影响X轴传动原来结构的情况下，在X轴溜板上加装回油槽，回油电机，回油管路，形成一套完整的润滑系统。

图4 回油槽                         图5回油泵电机组

（3）编制PLC控制程序，完成对润滑油泵的变频调节控制、回油泵的回油启停控制。数控系统中开发M功能代码用于润滑泵在NC程序中的独立自动控制。MCP面板上定义手动操作功能键，根据使用需要可实现手动润滑操作。

四、改造效果

1、提高了设备稳定性可靠性。改造后，数控立车存在震刀的问题得到彻底解决，故障率较改造前降低98%。

2、解决设计，缺陷积累改造经验。此次传动系统改造成功解决国外进口设备的设计缺陷，为后续自主研发设计提供了可行的借鉴经验与方案。

3、节约维修成本，提高运行效率。通过自行改造，费用仅为0.6万元，如若按国外厂家提供的方案对机床的导轨进行更换，费用高达120万元，节约改造费用119.4万元；随着此故障的彻底解决，设备运行效率大幅提高.

   通过此次西门子双滑枕数控立车振刀故障处理及部件改造，提高了设备的可靠性与效率，保障了设备稳定高效运行。实践证明本次改造是成功的，项目具有很高的应用推广价值，必将会产生良好社会效益和经济效益。从长远来看，日积月累节省的维修成本开支是相当可观的。更重要的是，随着设备工作效率的提高，生产得到坚实保障，其无形效益是无法估量的。

参考文献：

[1]何伟.数控机床原理及应用[M].机械工业出版社，2007

[2]闻邦椿.机械设计手册-机械零部件结构设计[M].机械工业出版社,2020

作者简介：文献；1987年8月；汉；男；湖南湘潭；中车株洲电力机车有限公司 ；高级技师；大专；设备管理与维修