對刀儀故障診斷

■ 松下壓縮機（大連）有限公司 （遼寧大連 116228） 崔維民 齊 偉 朱紅泉

某公司生產(chǎn)產(chǎn)品精度達到0.001mm，為保證產(chǎn)品質(zhì)量，對機加工加工設(shè)備、刀具、夾具等都有較高精度及特性要求。由于公司設(shè)備壽命已達二十多年，存在磨損、老化現(xiàn)象，產(chǎn)品質(zhì)量問題也隨之出現(xiàn)。為保證產(chǎn)品質(zhì)量，公司對經(jīng)常出現(xiàn)問題的設(shè)備進行全面檢測、排查、維修和更新。

1. 現(xiàn)象及檢測

因為產(chǎn)品精度規(guī)格較高，所以刀具精度要求較高，其中刀尖偏擺0.005mm以下。雖然對刀后刀具可以滿足相應(yīng)規(guī)格要求，但偶爾出現(xiàn)首件加工不良的情況。此次，首件加工不良的刀具再次對刀，刀尖偏擺達到0.02mm以上，遠超出標(biāo)準值范圍，與前一次對刀數(shù)值相差較大，經(jīng)檢查，刀具沒有松動情況。刀柄型號NC5，現(xiàn)象初步分析如圖1所示，檢測環(huán)境溫度35℃，主軸精度檢測情況見表1。主軸拉力機構(gòu)檢驗，如圖2所示計算，為0.95kN。

圖1 刀具偏擺大魚骨圖

表1 主軸精度檢測情況

圖2 碟簧規(guī)格

該設(shè)備在徑向只受到千分表微小的力，不同于加工設(shè)備中刀具的受力情況，所以不能用常規(guī)標(biāo)準來衡量該設(shè)備。

刀柄錐部末端有兩個碟簧，組合方式是對合組合，組合方式特性線如圖3所示，由i個相向同規(guī)格碟片組成。對合組合的碟簧數(shù)目只影響碟簧所占空間大小，其載荷FZ=F，且最大力F是一定的。

圖3 組合方式特性線（h0/δ＜0.5）

具體載荷與變形計算公式為

式中F為單個碟片的載荷；Fz為組合碟簧的載荷；f為單個碟片的變形；Fz為組合碟簧的變形；H0為單個碟片的自由高度；Hz為組合碟簧的自由高度；i為疊合彈簧組組數(shù)；δ為碟片厚度。載荷與變形計算公式未計入摩擦力。

碟簧力F的計算。在環(huán)境溫度35℃的條件下，通過公式計算得到碟簧載荷F=1.738kN，即刀柄自身碟簧載荷1.738kN，所以對刀儀拉力應(yīng)大于1.738kN，如圖2所示，De=48mm，Di=38.5mm，l0=2.15mm，h0=1.0mm。

2. 分析

（1）設(shè)備狀態(tài) 設(shè)備整個壽命周期內(nèi)，其故障的發(fā)生是有規(guī)律的，即所謂“浴盆曲線”規(guī)律，如圖4所示。早期故障期：故障多是由于設(shè)備設(shè)計、制造缺陷以及搬運、安裝不適、操作不熟練引起的。偶然故障期：設(shè)備運轉(zhuǎn)故障率最低，故障的發(fā)生主要是由于操作者的疏忽和錯誤。嚴重故障期：由于設(shè)備經(jīng)常磨損、腐蝕而引起故障。此設(shè)備1998年報竣，按設(shè)備故障規(guī)律判斷，現(xiàn)在處于嚴重故障期。

圖4 浴盆曲線

操作過程：安裝刀具的刀柄以定位塊定位，夾緊后保證刀柄錐部和端面與主軸錐孔和端面完全接觸，保證徑向和軸向定位。進行測量，讀取數(shù)據(jù)并記錄，定位塊一側(cè)的刀柄處作標(biāo)示以區(qū)分檢測方向，松開刀柄放入刀架，如圖5所示。

圖5 主軸結(jié)構(gòu)

存在問題點：①主軸沒有定位塊，如圖6所示。②測量后刀柄沒有從主軸中彈出，需要雙手將刀柄拔出。③主軸內(nèi)拉爪可以圓周方向移位，正常狀態(tài)4個拉爪成90°，如圖7所示，實際使用狀態(tài)如圖8所示。

圖6 實際檢測狀態(tài)

圖7 拉爪正常位置

圖8 拉爪實際位置

（2）問題及數(shù)據(jù)分析 針對魚骨圖問題使用排除法進行分析。

1）刀具不良。刀具批量生產(chǎn)，統(tǒng)一采購，且此批號其他刀具目前沒有發(fā)現(xiàn)問題，只此一把刀具出現(xiàn)問題的幾率較小，所以刀具自身材質(zhì)、形狀、特性等不會存在問題。經(jīng)調(diào)查，所有刀具研磨都是經(jīng)過清洗、擦抹后進行研磨，必須將刀具崩刃、磨損、斷裂之處磨掉，且保證精度的前提下再次投入使用。

2）各移動軸精度不良。因為對刀儀不同于機床設(shè)備以及現(xiàn)有檢測手段有限，所以無法檢測該設(shè)備X、Z軸精度。

3）千分表不良。檢具外審過程中檢查出對刀儀千分表精度不合格，更換一塊新的蘇制千分表（最小量程0.001mm），使用至事件發(fā)生時為期一周，再更換一塊新的千分表檢測作對比，檢測數(shù)值一致，基本排除千分表不良的可能性。

4）操作面板不良。面板按鈕及顯示屏沒有破損等不良情況，可以正常使用，當(dāng)各傳動軸移動時，顯示器顯示數(shù)據(jù)與千分表指針變化量完全一致。

5）對刀儀標(biāo)準棒精度不良。事件發(fā)生時，對刀儀負責(zé)人曾親自使用標(biāo)準棒對對刀儀進行檢測、校正，測得主軸遠端徑向跳動數(shù)據(jù)為0.020mm，診斷人員使用新標(biāo)準棒測量后數(shù)據(jù)為0.006mm，懷疑標(biāo)準棒因長期使用已磨損，初步診斷為標(biāo)準棒精度不良。本著認真、負責(zé)的態(tài)度，次日再次使用新標(biāo)準棒測量，主軸遠端徑向跳動為0.016mm，為查找原因使用對刀儀標(biāo)準棒測量，數(shù)據(jù)為0.015mm，反復(fù)三次測得數(shù)據(jù)最大差值0.001mm，見表2，說明對刀儀標(biāo)準棒精度與新標(biāo)準棒精度基本一致，即對刀儀標(biāo)準棒精度良好。

6）人員操作不當(dāng)。換刀人員工作時間一年以上，且負責(zé)人也對刀具及標(biāo)準棒進行過測量，數(shù)據(jù)與換刀人員測得的一致，所以排除人員操作不當(dāng)?shù)脑颉?/p>

7）對刀儀主軸精度不良。對刀儀主軸精度主要有3個：①主軸錐孔精度。刀柄錐部長度34.0mm，與主軸接觸有效長度30.0mm，所以選擇上端測量點距離端面5.0mm，下端測量點距離端面25.0mm位置，測得數(shù)值趨勢一致，即上下端磨損位置相同。標(biāo)準棒檢測近端徑向跳動，數(shù)值及趨勢與錐孔精度基本一致。但是次日測量標(biāo)準棒，遠端數(shù)據(jù)為0.016mm，檢測條件：同一臺設(shè)備、同一個人、同一個標(biāo)準棒、同一塊千分表、同樣操作順序、相同地點、不同時間和不同溫度。不同時間檢測即二次裝夾；不同溫度會使設(shè)備零部件、標(biāo)準棒、千分表等產(chǎn)生微變形，對精度會產(chǎn)生微小變化，不足以使精度發(fā)生較大變化，見表3。②主軸端面精度。主軸端面軸向跳動0.004mm，與錐孔數(shù)值趨勢相同，即錐孔與端面磨損位置方向相同。端面由于沒有定位塊定位，刀具測量數(shù)據(jù)存在安裝誤差的可能性。③拉力。拉力計檢測拉力為0.95kN。碟簧載荷F會受到材質(zhì)、尺寸、溫度、組合方式和數(shù)目等因素的影響，現(xiàn)場的工作環(huán)境唯一有變化的是溫度，測量結(jié)果見表4。

表2 標(biāo)準棒檢測情況 （單位：mm）

表3 主軸徑向跳動檢測情況

表4 不同環(huán)境溫度力F情況

從表4可以看出，最高溫度35.5℃時碟簧載荷F為1.736kN，最低溫度28.5℃時碟簧載荷F為1.739kN，溫度越低，碟簧載荷越大。工作現(xiàn)場雖然溫差7℃，但是碟簧載荷的變化較小，假設(shè)冬天室溫為10℃，通過公式計算，碟簧載荷F=1.743kN，說明溫度對碟簧影響較小。

實際拉力值為0.95kN，已是標(biāo)準值二分之一，遠小于標(biāo)準值，無法滿足正常工作的需要。

經(jīng)檢查，主軸內(nèi)拉爪有松動現(xiàn)象，4個拉爪正常成90°狀態(tài)，如圖7所示，現(xiàn)拉爪都可以圓周方向移動，手動變換角度進行試驗，標(biāo)準棒遠端徑向跳動最大差值0.005mm，說明拉爪位置對徑向跳動影響較大。

測量后刀具無法自動彈出，說明拉爪磨損。

3. 結(jié)語

通過各項檢測能精確診斷出問題點，有針對性地對問題點進行維修、調(diào)整，從而提高設(shè)備的可靠性、降低維修頻率、減少維修費用及提高產(chǎn)品質(zhì)量、產(chǎn)量，降低生產(chǎn)成本、提高經(jīng)濟效益。