龍門加工中心橫梁移動故障的診斷與分析

■蘇州江源精密機械有限公司 （江蘇蘇州 215143） 吉文正 李忠杰

■青海第二機床廠 （青海西寧 810021） 耿小亭 郭 寬

我公司龍門加工中心為工作臺移動、橫梁上下升降移動的動梁龍門結構，橫梁采用液壓平衡液壓缸，橫梁上下移動為數控軸，可以任意位置準停，如圖1所示。機床運行一段時間后，在生產過程中，經檢測成品零件發現加工零件的精度誤差加大，零件精度有損失，后經激光干涉儀等檢測儀器檢查分析，橫梁移動（W軸）的定位精度和反向間隙等誤差加大，而且左右立柱的誤差不一樣，引起橫梁嚴重傾斜，甚至導致橫梁卡死無法移動，通過故障排除發現，橫梁在設備運行一段時間后有傾斜，致使Y軸滑座移動時移動精度不穩定，造成加工成品零件不合格。

1. 故障診斷與分析

在動橫梁上下移動（W軸）時采用的傳動方式為：伺服電動機通過齒輪傳動與滾珠絲杠驅動橫梁上下移動，如圖2所示，由于齒輪傳動時齒輪間有間隙，當W軸橫梁上下停止移動、機床急停、機床關機或機床主機突然斷電時，由于滾珠絲杠不自鎖，橫梁重力下降會引起滾珠絲杠產生微量轉動，從而產生反向間隙（經實測大約0.20m m），使得橫梁移動位置精度產生誤差，而且當橫梁上面的滑枕主軸箱在橫梁上處于不同位置時，左右立柱產生的反向間隙和引起的誤差不一致而引起橫梁傾斜。當橫梁移動一段時間后，這種誤差逐漸變大，進而影響橫梁移動的定位精度，最后橫梁在兩立柱間傾斜引起橫梁在立柱上卡死，無法上下移動。

圖1 龍門加工中心

圖2 原W軸傳動結構

2. 故障排除

對橫梁傳動部分進行改進，橫梁驅動部分采用一種新型W軸制動結構，如圖3所示，重新設計軸承座和絲杠，在絲杠上端增加電子抱閘制動裝置，如圖4所示，當橫梁上下移動停止或機床主機斷電時，抱閘制動裝置鎖緊驅動絲杠，使得絲杠不產生旋轉，從而提高動橫梁移動的定位精度。

經計算橫梁總質量約13t，總質量約80%以上由平衡液壓缸平衡，橫梁停止移動時其余部分力矩由電動機自身的驅動轉矩克服，抱閘制動只需克服約與電動機驅動轉矩相同的轉矩大小，就可以在突然斷電和停止移動時，通過抱閘制動器的復位彈簧和摩擦片瞬時產生制動，將滾柱絲杠鎖死，防止滾珠絲杠旋轉，從而制動橫梁，防止橫梁發生位置移動，保證橫梁移動的定位精度。

圖3 改進后W軸傳動結構原理

龍門加工中心的動橫梁安裝在左右立柱上，如圖1所示，并且左右立柱上分別安裝有動橫梁上下移動的驅動裝置，如圖3所示，驅動裝置為：伺服電動機驅動主動齒輪，帶動從動齒輪旋轉，從動齒輪帶動滾珠絲杠旋轉，而滾珠絲杠上端安裝有電磁離合器抱閘制動裝置，如圖4所示，抱閘裝置安裝在從動齒輪下方，防止滾珠絲杠旋轉，起到消除間隙的作用。

抱閘制動裝置結構原理：驅動裝置的軸承座固定在立柱上，抱閘制動裝置通過螺釘固定在軸承座上，制動摩擦片與從動齒輪通過平鍵聯接在滾珠絲杠上，通電時電磁鐵的吸力帶動摩擦片上移與軸承座脫離，斷電時電磁力消失，復位彈簧推動摩擦片下移與軸承座接觸，靠摩擦片的摩擦力防止絲杠轉動，起到安全制動作用。

圖4 抱閘制動裝置結構

如圖5所示，抱閘制動裝置的工作原理為：當機床橫梁在加工零件上下移動時，制動器通過數控系統控制處于通電狀態，電磁鐵帶動摩擦片與軸承座處于脫離狀態，絲杠帶動摩擦片旋轉。當橫梁處于靜止懸停狀態、急停狀態或機床主機斷電時，數控系統控制電磁鐵瞬時斷電，復位彈簧推動摩擦片與軸承座接觸，處于制動狀態，使得絲杠無法旋轉，從而使得動橫梁處于絕對靜止狀態，提高動橫梁的定位精度。

經更換軸承座和絲杠，在絲杠起始端增加抱閘制動裝置后，橫梁移動和定位故障大幅降低，經檢測橫梁移動W軸定位精度為0.02m m，重復定位精度為0.012mm，反向差值為0.02mm。機床加工零件運行一段時間后檢測，橫梁移動精度無明顯變化，改進效果明顯，基本消除齒輪傳動間隙引起的橫梁傾斜和定位精度誤差。

圖5 橫梁抱閘制動裝置工作原理

3. 結語

通過在動梁移動龍門加工中心的W軸驅動上增加垂直抱閘制動裝置，對龍門加工中心橫梁移動的定位精度起到了保障作用，滿足了零件加工的精度要求。