龙门加工中心横梁移动故障的诊断与分析

■苏州江源精密机械有限公司 （江苏苏州 215143） 吉文正 李忠杰

■青海第二机床厂 （青海西宁 810021） 耿小亭 郭 宽

我公司龙门加工中心为工作台移动、横梁上下升降移动的动梁龙门结构，横梁采用液压平衡液压缸，横梁上下移动为数控轴，可以任意位置准停，如图1所示。机床运行一段时间后，在生产过程中，经检测成品零件发现加工零件的精度误差加大，零件精度有损失，后经激光干涉仪等检测仪器检查分析，横梁移动（W轴）的定位精度和反向间隙等误差加大，而且左右立柱的误差不一样，引起横梁严重倾斜，甚至导致横梁卡死无法移动，通过故障排除发现，横梁在设备运行一段时间后有倾斜，致使Y轴滑座移动时移动精度不稳定，造成加工成品零件不合格。

1. 故障诊断与分析

在动横梁上下移动（W轴）时采用的传动方式为：伺服电动机通过齿轮传动与滚珠丝杠驱动横梁上下移动，如图2所示，由于齿轮传动时齿轮间有间隙，当W轴横梁上下停止移动、机床急停、机床关机或机床主机突然断电时，由于滚珠丝杠不自锁，横梁重力下降会引起滚珠丝杠产生微量转动，从而产生反向间隙（经实测大约0.20m m），使得横梁移动位置精度产生误差，而且当横梁上面的滑枕主轴箱在横梁上处于不同位置时，左右立柱产生的反向间隙和引起的误差不一致而引起横梁倾斜。当横梁移动一段时间后，这种误差逐渐变大，进而影响横梁移动的定位精度，最后横梁在两立柱间倾斜引起横梁在立柱上卡死，无法上下移动。

图1 龙门加工中心

图2 原W轴传动结构

2. 故障排除

对横梁传动部分进行改进，横梁驱动部分采用一种新型W轴制动结构，如图3所示，重新设计轴承座和丝杠，在丝杠上端增加电子抱闸制动装置，如图4所示，当横梁上下移动停止或机床主机断电时，抱闸制动装置锁紧驱动丝杠，使得丝杠不产生旋转，从而提高动横梁移动的定位精度。

经计算横梁总质量约13t，总质量约80%以上由平衡液压缸平衡，横梁停止移动时其余部分力矩由电动机自身的驱动转矩克服，抱闸制动只需克服约与电动机驱动转矩相同的转矩大小，就可以在突然断电和停止移动时，通过抱闸制动器的复位弹簧和摩擦片瞬时产生制动，将滚柱丝杠锁死，防止滚珠丝杠旋转，从而制动横梁，防止横梁发生位置移动，保证横梁移动的定位精度。

图3 改进后W轴传动结构原理

龙门加工中心的动横梁安装在左右立柱上，如图1所示，并且左右立柱上分别安装有动横梁上下移动的驱动装置，如图3所示，驱动装置为：伺服电动机驱动主动齿轮，带动从动齿轮旋转，从动齿轮带动滚珠丝杠旋转，而滚珠丝杠上端安装有电磁离合器抱闸制动装置，如图4所示，抱闸装置安装在从动齿轮下方，防止滚珠丝杠旋转，起到消除间隙的作用。

抱闸制动装置结构原理：驱动装置的轴承座固定在立柱上，抱闸制动装置通过螺钉固定在轴承座上，制动摩擦片与从动齿轮通过平键联接在滚珠丝杠上，通电时电磁铁的吸力带动摩擦片上移与轴承座脱离，断电时电磁力消失，复位弹簧推动摩擦片下移与轴承座接触，靠摩擦片的摩擦力防止丝杠转动，起到安全制动作用。

图4 抱闸制动装置结构

如图5所示，抱闸制动装置的工作原理为：当机床横梁在加工零件上下移动时，制动器通过数控系统控制处于通电状态，电磁铁带动摩擦片与轴承座处于脱离状态，丝杠带动摩擦片旋转。当横梁处于静止悬停状态、急停状态或机床主机断电时，数控系统控制电磁铁瞬时断电，复位弹簧推动摩擦片与轴承座接触，处于制动状态，使得丝杠无法旋转，从而使得动横梁处于绝对静止状态，提高动横梁的定位精度。

经更换轴承座和丝杠，在丝杠起始端增加抱闸制动装置后，横梁移动和定位故障大幅降低，经检测横梁移动W轴定位精度为0.02m m，重复定位精度为0.012mm，反向差值为0.02mm。机床加工零件运行一段时间后检测，横梁移动精度无明显变化，改进效果明显，基本消除齿轮传动间隙引起的横梁倾斜和定位精度误差。

图5 横梁抱闸制动装置工作原理

3. 结语

通过在动梁移动龙门加工中心的W轴驱动上增加垂直抱闸制动装置，对龙门加工中心横梁移动的定位精度起到了保障作用，满足了零件加工的精度要求。