论文部分内容阅读
【摘要】设备改造成功的关键是两个安装尺寸相差很大的电机能否可靠的和机床本体连接好，本文通过作者的细心观察和精巧设计，最终达到了改造目的，并通过了半年多的大负荷生产验证。
【关键词】辛辛那提系统；发那科系统；过渡法兰；过渡轴；弹性联轴器
一、改造背景
辛辛那提立加为我厂的关键设备，主要加工锥支座的铣面、镗孔等工序。但由于其系统的唯一性造成备件采购周期长而且不通用又造成资源上的浪费。改造前系统主要存在以下问题：
①主轴驱动不良、主轴转速不稳定，最高转速差可达70%，因此经常报警。
②Z轴电机抱闸磨损严重，停车时下滑位移较大，如果在加工过程中产生报警就会发生打刀或其它设备、人身事故等问题。
③系统显示屏损坏，无法购得只能靠临时借用维持。更重要的是，由于该设备已经使用15年了，常年三班不停，電器元件老化严重。
作为该条生产线的唯一一台首道工序加工设备，如果想要保证它的正常运行，备件至少需要30万元。鉴于以上情况，我们决定对电气系统实施改造。
二、改造方案
如果实施改造更换新系统势必要更换新的电机，而现在生产的电机以短胖型为主而不是以往的长瘦型，随之而来的便是电机的安装问题。
设计思路：根据现场的测量，分析决定采用过渡法兰、过渡轴、弹性联轴器等柔性连接。结构简单、便于调整、可靠性高。
X轴：由于采用新电机，如果沿用原来的法兰安装会造成电机与工作台干涉，故只能把电机后移（沿滚珠丝杠的轴向方向），采用过渡法兰、过渡轴、弹性联轴器连接。如下图所示
伺服电机安装固定在过渡法兰上，过渡法兰为L型弯板式结构，由法兰盘及支撑座两部分焊接组成。支撑座加工有方槽、坡口，方槽宽度与法兰盘厚度一致以满足定位要求；坡口保证焊接牢固可靠。另外，支撑座采用双排四螺钉结构（8.8级M12高强度螺钉），防止单侧受力造成螺钉弯曲断裂。中央传递部分采用柔性连接，弹性联轴器把过渡轴的两端分别与电机轴和滚珠丝杠相连接，具有运动平稳、传递扭矩大等优点。但需要注意的是：虽然采用了柔性连接，但为了保证设备能够长时间平稳运转，在安装时要保证电机轴、过渡轴及滚珠丝杠三者之间的同轴度不超过0.05mm/200mm。
Y轴：由于采用新电机，如果沿用原来的法兰安装会造成电机与立柱内腔干涉，故决定采用过渡法兰安装连接（方形壳体，类似于数控车X轴连接方式）以便于安装。电机与滚珠丝杠之间采用过渡轴、弹性联轴器、圆柱键连接。如下图所示
方形法兰前端加工有外止扣与滚珠丝杠轴承座配合，后端加工有内止扣与电机法兰配合，这样便保证了电机轴与滚珠丝杠的同轴度。另外，在方形法兰的四周（下端面除外）加工有检修口，以方便安装、调整。而且，方形法兰下端面还需要配做支撑板以承担一部分重力防止螺钉单侧受力弯曲断裂。
Z轴：结构与Y轴类似，也是采用方形法兰安装固定电机，电机与滚珠丝杠之间则采用过渡轴、弹性联轴器、圆柱键连接。
但需要注意的是，由于主轴箱会随着Z轴滚珠丝杠的运动而上下移动，为防止主轴箱与Z轴电机发生干涉，故方形法兰在加工时径向尺寸要适当减小，同时轴向尺寸要适当增长，以避开行程极限位置。同时，为了满足日常维修，方形法兰的四周都加工有检修口，这样就可以方便、快捷的调整弹性联轴器了。调整后，检修口需要用盖板盖住，以防止粉尘进入造成轴承研死。
主轴：现生产的电机电机轴多为光轴，通过涨套式弹性联轴器与齿轮配合、传递动力；而原来的老式电机则是通过单键与齿轮配合、传递动力。这就需要对新电机的电机轴进行二次加工，为保证安装、传动可靠，在加工前需要对电机轴进行找正：上母线、侧母线跳动不大于0.02mm/100mm方可加工。在加工键槽后，同时需要在电机轴端面上加工2-M6螺钉孔，以固定齿轮、防止齿轮轴向窜动。另外，为了安装固定新电机，还需要加工制作一过渡法兰盘。新法兰盘的厚度与原来的法兰盘厚度保持一致即可。
电气：采用FANUC0I-Mate-MD系统+β系列的驱动器和伺服电机，为了减少改动，订做了与原操纵盒类似的操纵面板。由于我们现场没有完全一样的设备，因此在程序的设计上我们采用了分段借鉴、最后统一整合的原则。面板的的设计、订做和地址设定尽量借用数控铣和数控车的设计，这样大大简化了四组波段开关编码的繁琐工作；伺服和电机的选型、接线、布置和设定，尽量借用现场两台立加的设计；刀库由于现场没有借鉴，我们采用了宏程序控制，逻辑控制辅助的原则实现动作；由于主轴和电机的带轮2：1，因此也采用了外置定向开关的设计；在参数设置上，由于现场都是MC系列的，没法借用，我们只能根据报警和动作，出现一个，解决一个。
三、使用效果
改造前，每个月都会出现几次故障，每次故障都会耽误几个小时甚至几天。改造后，已经使用大半年了还没有出现过故障。
四、结束语
通过这次改造，使我们熟悉了发那科系统的应用，同时也给我们增添了更大的信心，对公司内十几年前的进口设备出现的电器元件老化、备件价格高且不易采购等问题的解决，提供了一条新的途径。
【关键词】辛辛那提系统；发那科系统；过渡法兰；过渡轴；弹性联轴器
一、改造背景
辛辛那提立加为我厂的关键设备，主要加工锥支座的铣面、镗孔等工序。但由于其系统的唯一性造成备件采购周期长而且不通用又造成资源上的浪费。改造前系统主要存在以下问题：
①主轴驱动不良、主轴转速不稳定，最高转速差可达70%，因此经常报警。
②Z轴电机抱闸磨损严重，停车时下滑位移较大，如果在加工过程中产生报警就会发生打刀或其它设备、人身事故等问题。
③系统显示屏损坏，无法购得只能靠临时借用维持。更重要的是，由于该设备已经使用15年了，常年三班不停，電器元件老化严重。
作为该条生产线的唯一一台首道工序加工设备，如果想要保证它的正常运行，备件至少需要30万元。鉴于以上情况，我们决定对电气系统实施改造。
二、改造方案
如果实施改造更换新系统势必要更换新的电机，而现在生产的电机以短胖型为主而不是以往的长瘦型，随之而来的便是电机的安装问题。
设计思路：根据现场的测量，分析决定采用过渡法兰、过渡轴、弹性联轴器等柔性连接。结构简单、便于调整、可靠性高。
X轴：由于采用新电机，如果沿用原来的法兰安装会造成电机与工作台干涉，故只能把电机后移（沿滚珠丝杠的轴向方向），采用过渡法兰、过渡轴、弹性联轴器连接。如下图所示
伺服电机安装固定在过渡法兰上，过渡法兰为L型弯板式结构，由法兰盘及支撑座两部分焊接组成。支撑座加工有方槽、坡口，方槽宽度与法兰盘厚度一致以满足定位要求；坡口保证焊接牢固可靠。另外，支撑座采用双排四螺钉结构（8.8级M12高强度螺钉），防止单侧受力造成螺钉弯曲断裂。中央传递部分采用柔性连接，弹性联轴器把过渡轴的两端分别与电机轴和滚珠丝杠相连接，具有运动平稳、传递扭矩大等优点。但需要注意的是：虽然采用了柔性连接，但为了保证设备能够长时间平稳运转，在安装时要保证电机轴、过渡轴及滚珠丝杠三者之间的同轴度不超过0.05mm/200mm。
Y轴：由于采用新电机，如果沿用原来的法兰安装会造成电机与立柱内腔干涉，故决定采用过渡法兰安装连接（方形壳体，类似于数控车X轴连接方式）以便于安装。电机与滚珠丝杠之间采用过渡轴、弹性联轴器、圆柱键连接。如下图所示
方形法兰前端加工有外止扣与滚珠丝杠轴承座配合，后端加工有内止扣与电机法兰配合，这样便保证了电机轴与滚珠丝杠的同轴度。另外，在方形法兰的四周（下端面除外）加工有检修口，以方便安装、调整。而且，方形法兰下端面还需要配做支撑板以承担一部分重力防止螺钉单侧受力弯曲断裂。
Z轴：结构与Y轴类似，也是采用方形法兰安装固定电机，电机与滚珠丝杠之间则采用过渡轴、弹性联轴器、圆柱键连接。
但需要注意的是，由于主轴箱会随着Z轴滚珠丝杠的运动而上下移动，为防止主轴箱与Z轴电机发生干涉，故方形法兰在加工时径向尺寸要适当减小，同时轴向尺寸要适当增长，以避开行程极限位置。同时，为了满足日常维修，方形法兰的四周都加工有检修口，这样就可以方便、快捷的调整弹性联轴器了。调整后，检修口需要用盖板盖住，以防止粉尘进入造成轴承研死。
主轴：现生产的电机电机轴多为光轴，通过涨套式弹性联轴器与齿轮配合、传递动力；而原来的老式电机则是通过单键与齿轮配合、传递动力。这就需要对新电机的电机轴进行二次加工，为保证安装、传动可靠，在加工前需要对电机轴进行找正：上母线、侧母线跳动不大于0.02mm/100mm方可加工。在加工键槽后，同时需要在电机轴端面上加工2-M6螺钉孔，以固定齿轮、防止齿轮轴向窜动。另外，为了安装固定新电机，还需要加工制作一过渡法兰盘。新法兰盘的厚度与原来的法兰盘厚度保持一致即可。
电气：采用FANUC0I-Mate-MD系统+β系列的驱动器和伺服电机，为了减少改动，订做了与原操纵盒类似的操纵面板。由于我们现场没有完全一样的设备，因此在程序的设计上我们采用了分段借鉴、最后统一整合的原则。面板的的设计、订做和地址设定尽量借用数控铣和数控车的设计，这样大大简化了四组波段开关编码的繁琐工作；伺服和电机的选型、接线、布置和设定，尽量借用现场两台立加的设计；刀库由于现场没有借鉴，我们采用了宏程序控制，逻辑控制辅助的原则实现动作；由于主轴和电机的带轮2：1，因此也采用了外置定向开关的设计；在参数设置上，由于现场都是MC系列的，没法借用，我们只能根据报警和动作，出现一个，解决一个。
三、使用效果
改造前，每个月都会出现几次故障，每次故障都会耽误几个小时甚至几天。改造后，已经使用大半年了还没有出现过故障。
四、结束语
通过这次改造，使我们熟悉了发那科系统的应用，同时也给我们增添了更大的信心，对公司内十几年前的进口设备出现的电器元件老化、备件价格高且不易采购等问题的解决，提供了一条新的途径。