五軸加工中心氣動故障分析

■西北有色金屬研究院 （陜西西安 710016） 付 有 駱瑞雪 王振宇 趙 文

五軸加工中心氣動故障分析

■西北有色金屬研究院 （陜西西安 710016） 付 有 駱瑞雪 王振宇 趙 文

摘要：氣動控制是實現(xiàn)自動控制的重要手段之一。本文從五軸加工中心的氣動控制原理入手，逐步對引起氣動系統(tǒng)壓力低的各個因素進行了分析，并解決了問題。

五軸加工中心是高精度的自動化設備，其高精度的零部件需要壓縮空氣阻隔或吹除外部粉塵等雜物，以保持精度的穩(wěn)定，同時壓縮空氣又可以實現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動化。

1. 問題提出

五軸加工中心正常工作30min左右，出現(xiàn)報警現(xiàn)象（見圖1），導致數(shù)控中止，查看報警代碼信息（見表1），是壓縮空氣壓力低或壓力開關損壞。

2. 問題分析

分析五軸加工中心的氣動原理圖（見圖2），機床通電后，壓縮空氣通過一個二聯(lián)件及一個電磁換向閥，輸送到各個執(zhí)行機構，上部的阻隔空氣將一直處于通氣狀態(tài)，下部各執(zhí)行單元，只有其各自的電磁閥得電后才接通壓縮空氣。主軸中心吹風、工具測量吹風及工具庫自動門都是在更換工具時才接通壓縮空氣，外部吹風功能一般不使用，故五軸加工中心正常工作時，主要耗氣量是上部的阻隔空氣。

因為五軸加工中心能夠正常工作30min，說明壓力傳感器沒有損壞，應該是主氣路及玻璃刻度尺支氣路上的壓縮空氣壓力過低，觸發(fā)壓力傳感器報警。

根據(jù)氣動原理圖，首先仔細排查了氣動管路，未發(fā)現(xiàn)有漏氣現(xiàn)象；然后檢查過濾器的壓降，未超過0.1MPa，也在正常范圍內(nèi)；接下來計算五軸加工中心的耗氣量，再與所用空壓機的額定流量進行對比，判斷是否是空壓機的流量問題。

阻隔空氣的耗氣量

圖1　報警提示

表1　報警代碼信息

圖2　五軸加工中心氣動原理圖

式中，q為標準狀態(tài)下的體積流量（L/min）；p1為氣動元件上游

管道內(nèi)的絕對壓力（kPa）；p2為氣動元件下游管道內(nèi)的絕對壓力（kPa）；T1為氣動元件上游管道內(nèi)的溫度（K）；S為壅塞狀態(tài)下的有效截面積（mm2）。

尼龍管的有效截面積Sp可按下式計算

式中，Sp為尼龍管的有效截面積（mm2）；L為管長（m）；Sp0為長1m的尼龍管有效截面積（mm2，查表2）。

阻隔空氣的氣管內(nèi)徑為4mm，長度約9m，管道內(nèi)溫度約20℃，玻璃刻度尺、C軸和A軸用阻隔空氣的上游表壓力為0.1MPa，工具測量和主軸用阻隔空氣的上游表壓力為0.55MPa，因為氣路為并聯(lián)，總耗氣量為各個支路的耗氣量之和，經(jīng)計算阻隔空氣的總耗氣量約為493L/min （ANR），空壓機的額定流量是1m3/min（ANR），可知也不是空壓機的問題。

可以確定只能是壓縮空氣質(zhì)量的問題了，經(jīng)分析由于氣候變化等原因，導致空壓機所處的環(huán)境空氣溫度升高，濕度增加，空壓機輸出的壓縮空氣中的氣態(tài)水分也同時增加，氣態(tài)水分在氣路管道中冷凝成液態(tài)水，使管道中的壓縮空氣壓力損失過大，觸發(fā)主氣路壓力傳感器報警。

3. 解決方案

現(xiàn)在要解決的問題就是如何除掉壓縮空氣中的氣態(tài)水分。對于氣態(tài)水分的凈化方法有壓縮、降溫、冷凍和吸附等，而降溫又可分為風冷降溫、水冷降溫和絕熱膨脹降溫3種，吸附可分為無熱再生吸附和加熱再生吸附2種。

4.解決措施

目前在空壓機后常用的是后冷卻器，其作用就是將空壓機出口的高溫壓縮空氣冷卻到40℃以下，使其中的水分和油霧冷凝成液態(tài)水滴和油滴，以便將它們?nèi)コ：罄鋮s器有風冷式和水冷式兩種。風冷式后冷卻器具有占地面積小、質(zhì)量輕、運轉成本低及易維修等特點，適用于進口壓縮空氣溫度低于100℃和處理空氣量較少的場合。水冷式后冷卻器具有散熱面積大（是風冷式的25倍）、熱交換均勻及分水效率高等特點，適用于進口壓縮空氣溫度較高，且處理空氣量較大、濕度大和粉塵多的場合。

結合實際情況，選擇安裝了風冷式后冷卻器，五軸加工中心的報警問題不再出現(xiàn)了。

表2　1m長尼龍管的有效截面積

5. 結語

氣動系統(tǒng)出現(xiàn)故障的最主要因素是空氣質(zhì)量不良，從空壓機輸出的壓縮空氣中，含有大量的水分、油分和粉塵等污染物。

變質(zhì)油分會使橡膠、塑料及密封材料等變質(zhì)，堵塞小孔，造成元件動作失靈和漏氣；水分和塵土還會堵塞節(jié)流小孔或過濾網(wǎng)；在寒冷地區(qū)，水分會造成管道凍結或凍裂，管道及元件內(nèi)滯留的冷凝水會導致流量不足、壓力損失增大，甚至造成閥的動作失靈。因此需要根據(jù)實際情況配置適當?shù)目諝馓幚韱卧箟嚎s空氣滿足設備的使用要求；同時定期檢查氣動元件過濾器受污染的程度，當出現(xiàn)明顯的壓降時，應對過濾器進行清潔或更換。

參考文獻：

[1] SMC（中國）有限公司. 現(xiàn)代實用氣動技術[M]. 北京：機械工業(yè)出版社，2003.

收稿日期：（20141210）