GROB G700加工中心B轴一体式直驱结构研究及自主修复总结.docx

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1、GROBG700加工中心B轴一体式宜驱结构研究及自主修复CA6DL机加工车间编制：校对:审核:2014年11月日1 .项目实施背景、来源31.1 项目实施背景31.2 项目来源42 .项目攻关计划43 .项目实施详细情况531数控回转台传动形式研究53.1.1蜗轮蜗杆副机械传动性构.53.1.2 G700加工中心一体式直驱传动雉构.73.1.3 拆解方案.93. 2MH0P30故障原因分析和解决103.2 .1故障原因分析.IO3.3 .1故障解决143.4 一体式直驱回转台装配难点介绍143.4.1 刹车馍紧装五安装调整143.4.2 角度测量装置安装163.4.3 回转台运转精度调整.16

2、3.5 回转台离线检测方案193.4.1方案选择.193.4.2调试运行.193.5修复效果验证244.绥论261 .项目实施背景、来源1.1 项目实施背景CA6DL机加工车间6DM生产线采用GROB公司G700加工中心，该型加工中心 占地小，大量采用紧凑型结构（图1-1 G700加工中心示意图）。图1-1G700加工中心示意图其中B轴一体式直接驱动结构十分有特色，其抛弃了传统的交流伺服电机、齿轮变速、涡轮蜗杆传动系统，大大提高了传动效率，减小体积。车间对传统机械传动式回转台有较多的维护、保养、维修的经验，但对于一体式直驱回转台的维修经验处于空白。图1-2一体式直驱结构示意图目前采用该结构的机

3、床6DM缸盖线MHOP30发生B轴无法动作的故障（如图1- 3报警信息所示），GROB人员认为需要将其整个拆下返厂后才能确定故障根源，而返厂维修价格昂贵，因此车间决定着手对其结构进行研究并尝试自主维修,根据维修结果分析预防故障的措施，制定预防预见计划。2161?130060825201AlarrntDateDeIiMu T extCannl InWrrUPlStop No Mode Group RundyB-*ixh toed disable Ortve not rondy for operationChnnnnl 1 axis B/B_1 enable reset caus 3Axis B

4、1 drive 5 spnod controller at limitAxis B_1_ drive fault19/08/?013 17 25 5519/08/201317 25 55 19/08/2013 17 25 55 19/08/2013 17 25 55图1-3报警信息1.2项目来源厂级项目：GROBG700加工中心B轴一体式直驱结构研究及自主修复项目完成日期：14.09.20项目评价标准：1 .回转台卡死无法转动故障修复，修复后的回转台转动精度、电机负载电流等参数符合要求。2 .机床每天4小时暖机持续2个月，监测B轴驱动电流变化趋势稳定。3 .将整个维修过程中编制成维修作业指导书

5、。2 .项目攻关计划序号项目内容负责人计划完成时间完成情况1项目策划及总体方案分析李海林2014.2己完成2分析研究回转台结构，讨论并制定回转台拆解方案李子强，赵芝周2014.2己完成3回转台拆解分析故障部位，制定维修方案并采购必需的备件李子强2014.4已完成4回转台组装完毕并离线检测安装效果李子强，陶伟2014.6已完成5回转台进行上机测试，根据维修过程编制维修标准作业指导书李子强，肖卫军2014.8已完成6效果脸证，制定预防故障措施并固化实施李子强2014.9已完成3 .项目实施详细情况3.1 数控回转台传动形式研究数控回转台是数控加工中心不可缺少的关键功能部件，其可以绕Y轴轴线方向作3

6、60。回转运动，实现高精度分度定位功能。其可以扩大机床的工艺范围、有效减少工件加工过程中的辅助时间并提高零件的加工精度。数控回转台的结构主要由伺服驱动系统、传动机构及定位锁紧机构等几部分组成。其中，传动机构形式是数控回转台能否实现高精度定位功能的关键，其主要影响了数控回转台旋转定位精度和重复定位精度。传动机构结构形式也直接决定了数控回转台在机床整体结构中的布局方式以及数控回转台的最终动静态性能。因此，我们研究对比了G700加工中心一体式直驱数控回转台与几种常见的传统传动方式的特点，探索直驱结构的维修与维护保养。3.1.1 蜗轮蜗杆副机械传动结构蜗轮蜗杆副传动在机械行业中应用广泛。它具有可实现大

7、传动比、交错轴传动、传动平稳、无噪声、结构紧凑、传动效率低、具有自锁性、无强制冷却润滑时不能长时间连续运行等特点。普通的蜗轮蜗杆副传动机构由于结构与制造精度限制，其反向间隙调整一般只能达到0.03-0.08mm,这显然无法满足高精度数控回转台的使用要求，因此，在实际使用中，数控回转台多使用具有可靠、便捷消除间隙功能的蜗轮蜗杆传动方式。常用的具有消除间隙功能蜗轮蜗杆传动方式主要有：两段式蜗杆传动、双导程蜗杆传动和双蜗杆传动三种。(1)两段式蜗杆传动两段式蜗杆传动结构较为简单，该类型蜗杆由实心蜗杆轴和空心蜗杆套组成，空心蜗杆套套在实心蜗杆轴上，形成双段式结构。实心蜗杆轴通过花键或涨紧套与空心蜗杆套

8、连接并传递扭矩，使两者同时转动。两个蜗杆的接触面留有一定间隙，安装有调整垫片，通过修磨垫片调整两个蜗杆之间的距离以达到调整蜗轮与蜗杆之间的间隙(如图3-1两段式蜗杆传动)。图3-1两段式蜗杆传动原理当修磨调整垫片进行间隙调整时，需保证实心蜗杆右侧齿面和空心蜗杆套左侧齿面分别于蜗轮的左右齿面相接触。此时实心蜗杆的作用就是驱动蜗轮逆时针转动，空心蜗杆套的作用就是驱动蜗轮顺时针转动。这种结构的主要优点是蜗轮蜗杆均可使用标准刀具加工而成，加工成本与普通蜗轮蜗杆相近。其主要缺点是：调整困难需要反复拆装蜗杆调整垫片才可进行间隙调整；当处于散热不良的条件下工作时，蜗杆温度升高会导致两段蜗杆间隙缩小，当间隙缩

9、小到一定程度时，直接导致蜗杆蜗轮咬死无法运转。（2）双导程蜗杆传动双导程蜗杆传动与普通的蜗轮蜗杆传动的主要区别是：双导程蜗杆左、右两侧的齿面具有不同的导程（齿距），但同一侧面的导程是相同的（如图3-2双导程蜗杆原理所示）。由于该类型蜗杆左、右两侧齿面具有导程差，因此其轴向齿厚从一端至另一端按比例逐渐变厚或变薄，但是与其啮合的蜗轮齿厚为均匀不变的，因此当蜗杆沿轴线移动时，蜗轮与蜗杆的啮合侧隙逐渐增大或变小。由此可以断定一定存在一位置，当蜗杆移动到该位置时会消除蜗轮与蜗杆的啮合侧隙。由于同一侧导程相同，没有破坏啮合的条件，所以当轴向移动蜗杆后，也能保持良好的啮合。在实际运用中，通常在蜗杆一侧设计有

10、调整螺母，通过旋转调整螺母即可使蜗杆轴向移动，进而达到调整侧隙的目的。这种结构的主要优点是：调整方便，在进行调整时不需要拆卸整个机床部件,不仅方便了装配时调整侧隙，而且在设备使用一段时间后，方便调整由于部件磨损导致的侧隙，有利于保持精度稳定性；蜗杆为一整体件，刚度和强度较两段式蜗杆好。其缺点是加工困难，成本高。(3)双蜗杆传动双蜗杆传动的蜗杆与涡轮均为普通类型，其特别之处为一个蜗轮布置两根蜗杆与其啮合。两根蜗杆通过齿轮与传动比为1:1同步齿形带相连，实现同步反向转动。其调整侧隙的方式就是调整其中一根蜗杆沿轴向方向移动，推动蜗轮微量移动，使蜗轮正向、反向旋转时总能与其中一根蜗杆齿面相啮合，从而实

11、现消除蜗轮蜗杆反向间隙的目的。此类传动方式调整简单，传动稳定，精度稳定性好，但是结构复杂，占用空间较大。3.1.2 G700加工中心一体式直驱传动结构目前精密数控回转台常用的传动方式如齿轮传动、蜗轮蜗杆传动等都是利用伺服电机通过同步带、蜗轮蜗杆和齿轮等传动方式达到减速或转换运动方式的目的。这些传动方式无论使用何种消隙方法、提高装配精度，都无法避免各个传动环节带来的累积误差。要想彻底解决问题，实现所谓的“零传动”就必须采用直驱结构，将所有传动环节省去，这样将大大提高回转台的运转精度。GROB公司出品的G700加工中心B轴回转台就使用了一体式直驱结构。该回转台结构主要包括转动台面、推力/向心轴承、

12、力矩电机、刹车锁紧装置、底座、角度测量装置、流体分配装置几部分。I-推力/向心轴承2-转动台面3-圆光栅传动轴4-传动法兰5-分配器套6-动刹车片7-静刹车片8-底座套9-环形活塞IO-分配器芯Il-圆光栅12-调整垫圈13-轴承14-底座盖板15-定子16-转子17-密封图3-4回转台结构（1）转动台面转动台面上布置有定位销与螺纹孔用于夹具的定位、安装。夹具在转动台面上采用“一面两销”的定位方式。转动台面与夹具的重量通过推力/向心轴承传递给回转台基座。转动台面的径向、轴向精度由推力/向心轴承保证。转动台面通过螺栓与力矩电机转子固定连接，转动台面由力矩电机直接带动。（2）推力/向心轴承推力/向

13、心轴承是一种用螺栓安装的径向引导双向推力轴承。这种即装即用预填润滑脂的轴承具有非常高的刚度、承载能力和运转精度。可以承受径向载荷、双向轴向载荷以及倾覆力矩，并且无游隙。本回转台选用的轴承型号是INA公司的YRT580,该轴承轴向跳动及径向跳动均小于0.Olmmo（3）力矩电机本回转台使用BoschRexroth公司的内转子力矩电机，该电机由转子、定子、冷却套组成。其中力矩电机定子与底座固定连接，冷却套固定在定子外部，定子外表面加工有等距的导流槽，确保冷却液均匀的在冷却套与定子之间的空腔内流动。冷却套上下部各加工有一个冷却液进出口，配合定子外表面沟槽可实现力矩电机的循环散热。图3-5冷却液进出口

14、图3- 6冷却液流动示意图（4）刹车锁紧装置刹车锁紧装置选用液压锁紧方式，主要由动刹车片、静刹车片、环形活塞组成。静刹车片通过螺栓与底座相连，动刹车片通过螺栓与转动台面相连，动静刹车片安装面均有调整垫片以调整刹车片间隙。机床通过控制环形活塞上下油腔的进（出）油使环形活塞上下运动，从而带动静刹车片执行锁紧或松开的动作。（5）角度测量装置由于力矩电机不同于伺服电机没有编码器等角度测量装置，因此该回转台利用传动轴将转动台面的转动量传递给Heidenhain绝对值角度编码器，实现转动台面旋转的闭环控制。3.1.3 拆解方案（拆解方案提供流程图）关于该回转台的拆解方案已经编制成G700加工中心回转台拆装

15、作业指导书，具体内容请见附件。下图为拆解方案流程图。机床顶部吸雾管道、顶部防护拆除夹具与桥形分离拆除推力/向心轴承安装螺栓回转台防护罩拆除吊出桥形架将转动台面吊出拆除角度编码器拆除桥形架安装螺栓将轴承与转动台面分离拆除底座盖板及刹 车锁紧装置拆解结束拆除分配器芯拆除岸刹车片及底座盖板螺栓图3-7拆解方案流程图3.2MH0P30故障原因分析和解决3.2.1故障原因分析根据前期对该回转台结构的分析，该回转台结构简单，可能导致B轴无法转动的原因主要由以下几项：刹车锁紧装置故障（控制部分故隙、机械动作部分故障）、驱动装置故障（伺服驱动控制模块故障、力矩电机故障）、推力/向心轴承故障。下面对各原因由简至难进行逐项分析：(1)刹车锁紧装置控制部分故障刹车锁紧装置如果无法正常松开将会导致回转台始终处于锁紧状态，而刹车锁紧装置所提供的锁紧力矩远大于力矩电机所提供的驱动力矩，因此转台无法转动。通过查看机床液压原理图纸(图3-9B轴刹车