SLD系列數控刀架提高性能降低故障率的措施

孫慶春 李中明 魏蘭杰

（沈陽機床（集團）有限責任公司，遼寧 沈陽 110141）

當前市場上經濟型數控車床配備的數控刀架絕大部分為立式電動數控刀架，“沈陽機床”生產的“SLD系列立式電動數控刀架”又是其主要力量。隨著市場環境的變化，對SLD系列刀架提出了新的要求，例如:要求產品性能與產出效率提升而同時故障率下降。這便要求我們從源頭上對刀架結構優化，提升產品性能，使零件加工更加方便，裝配更加便捷，為此我們對SLD系列產品進行了全面的改善。

1 SLD系列刀架主要外部故障

SLD系列刀架原結構如圖1、圖2所示，產生的主要外部故障如下:

（1）刀架密封性能低引起的故障:初定位銷銹蝕、編碼器銹蝕、刀架定位精度不準等。

（2）刀架傳動效率低引起的故障:負載過大電動機燒毀、換刀緩慢、刀架剛性低、重復定位精度低等。

（3）編碼器松動引起的刀架故障:系統選刀錯誤，刀架無法啟動等。

2 降低外部故障率提升性能措施

2.1 刀架密封性能

2.1.1 存在的問題

（1）刀臺與底座之間密封性能低下

如圖1中3所指處，方刀臺與底座之間為O型密封圈徑向旋轉密封，由此對相對運動零件的同軸度及密封槽的尺寸要求相對較高。SLD系列刀架大批量生產，滿足上述兩個要求較困難。另外由于刀架工作環境對O型圈自身性能要求較高，而普通丁晴橡膠O型密封圈經常是質量上不夠可靠。由此刀臺與底座之間的密封效果欠佳。

（2）法蘭盤與底座之間，法蘭盤與立柱之間進水

圖1中1、2所指處，法蘭盤與立柱之間，法蘭盤與底座之間無密封。

2.1.2 改善措施

（1）改善刀臺與底座之間的密封方式

如圖3中3所指處，方刀臺與底座之間把O型圈密封改為VA型密封圈密封。VA型密封圈為徑向與軸向同時密封，密封唇具有良好的活動性和適應性，同時可以彌補旋轉軸偏心問題，對零件的加工、裝配要求相對較低，完全可以滿足產品大批量的生產要求。

（2）改善法蘭盤等處的密封

圖3中1、2所指處，法蘭盤與立柱之間裝配時涂抹密封膠，底座與法蘭盤之間增加密封膠墊。

2.1.3 改善效果

通過以上兩點改善，SLD系列刀架密封性能有了長足的進步，經驗證刀架各處防水性能良好，外部故障率有了明顯的下降。

2.2 刀架傳動性能

2.2.1 存在的問題

（1）刀架功率損失大

如圖1中4所指處，傳動機構與鎖緊機構重合，傳動機構中的蝸輪在鎖緊機構中，由此要求傳動機構與鎖緊機構中的底座、蝸輪、絲桿套、推力球軸承的精度較高，否則當鎖緊機構中的背帽鎖緊后，傳動機構中的蝸輪、蝸桿傳動中心將錯位，刀架在蝸輪蝸桿傳動副中將消耗大量的能量，從而刀架動齒盤鎖緊力減小，刀架剛性下降。

（2）推力軸承壽命下降

蝸輪、蝸桿傳動中心錯位，蝸輪上端推力球軸承必將是線受力，從而影響軸承的使用壽命，增加刀架的售后成本。

SLD系列刀架大批量生產，零件滿足要求較困難，因此刀架傳動機構與鎖緊機構重合已不適應刀架的大批量生產。

2.2.2 改善措施

（1）傳動機構與鎖緊機構分離

蝸輪、蝸桿傳動副傳動中心靠蝸桿定位，如圖3中4所指處，傳動機構與鎖緊機構分離，蝸輪的定位中心將不受刀架鎖緊機構的限制，蝸輪、蝸桿傳動副的中心平面由蝸桿控制蝸輪靠彈簧卡圈輔助支撐，由此大幅度降低了刀架能量的損耗，提高了刀架的鎖緊性能從而增強了刀架剛性;推力軸承由線受力改善為面受力，由此提高零件壽命，將大大降低刀架售后成本。

2.2.3 改善效果

經驗證SLD系列刀架（改善）與原SLD系列刀架相比，傳動效率、鎖緊力矩和剛性有了明顯的提高，刀架剛性大幅度提升，市場反饋良好。

2.3 蝸桿軸承的預緊性能

2.3.1 存在的問題

（1）頂絲預緊力大小控制困難

如圖2中虛線圓所圈處，蝸桿軸承的預緊為頂絲預緊。為防止角接觸球軸承在裝配中預緊力過大，要求裝配第一個頂絲后反轉半扣，再裝配第二個頂絲。第一個頂絲用于預緊軸承，第二個頂絲用于防止第一個頂絲松動。而這種裝配方式中第一個頂絲軸向處于浮動狀態，第二個頂絲裝配過緊必然帶動第一頂絲轉動，造成軸承軸向預緊力過大，軸承壽命降低。若第二個頂絲緊固力矩過小，又起不到防松效果，軸承軸向竄動過大，必然影響軸承壽命。只有保證頂絲端面為球面，嚴格控制裝配流程才能達到預期效果，而SLD系列刀架大批量生產很難滿足要求。

（2）裝配效率低

在裝配兩個頂絲的過程中必須翻動底座3次，裝配工人勞動強度高，裝配效率低。

2.3.2 改善措施

如圖4中虛線圓所圈處，把蝸桿軸承的預緊改為彈簧預緊。

2.3.3 改善效果

經裝配及產品市場反饋情況驗證此種方式對軸承的預緊效果理想，從而將減少軸承的售后成本。裝配效率提升，從而提高了刀架的產出效率。

2.4 初定位穩定性

2.4.1 存在問題

（1）初定位銷卡銷

初定位銷卡銷主要原因有:初定位銷銹蝕、初定位銷導向性能差。

（2）動齒盤上初定位銷導向孔加工成本過高

加工動齒盤上初定位銷導向孔，我單位使用的是擴孔鉆與定制的雙聯鉸刀在立加上加工。平均加工150件動齒盤便需更換擴孔鉆與雙聯鉸刀一套，一套工具160元人民幣，此處消耗工具成本巨大。

2.4.2 改善措施

（1）改善初定位銷工藝性

在初定位銷不受力的兩

側面銑缺面，用于含潤滑脂，增加初定位銷的滑動性，減少銹蝕機率，降低售后成本。

（2）增加初定位銷孔的導向長度

增加動齒盤初定位銷孔的導向長度（圖5），從而降低動齒盤上初定位銷孔上下兩孔同軸度的要求，降低加工成本。左側為SLD系列“初定位銷”，右側為改進SLD系列（改善）初定位銷。

2.4.3 改善效果

經SLD系列刀架改善后的市場反饋情況，此種改善方式良好，有效提升了初定位穩定性。

2.5 編碼器定位穩定性

2.5.1 存在問題

編碼器定位不可靠。如圖1中5所指處，編碼器的定位為:頂絲的剛性連接，而刀架工作環境惡劣。剛性連接方式中，刀架工作振動帶來頂絲松動，從而編碼器位置變動，常使系統得不到刀架的工位信號。

2.5.2 改善措施

如圖3中5所指處，編碼器的定位改為細牙螺母鎖緊，輔以彈簧墊圈。彈簧墊圈具有吸振作用，從而杜絕了編碼器因刀架工作中的振動導致的松動。另外，螺母固定便于編碼器的調節。

2.5.3 改善效果

經過市場反饋，編碼器松動的故障率60%得到了解決。

3 結語

經過筆者公司各部門的共同努力，SLD系列刀架改善后剛性、重復定位精度有明顯提高，售后故障率下降了80%，產品的產出效率提高了10%，成本下降10%，有力地解決了現行市場上經濟型數控車床所配刀架的故障率，對刀架的大批量生產提供了有力的支撐，該產品已申請專利，專利號:201120518040。