□ 范晉偉 □ 伊曉龍 □ 劉 超 □ 劉勇軍 □ 朱 輝

1.北京工業(yè)大學 機械工程與電子應用技術學院 北京 100124

2.北京第二機床廠有限公司 北京 100165

可靠性是數控磨床的重要指標，是數控磨床質量的核心因素之一，數控磨床工作的可靠性已成為廣大用戶選購的重要標準。數控磨床主要功能部件包含頭架系統(tǒng)、主軸系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)和進給系統(tǒng)等，輔助功能部件包括冷卻液過濾裝置、油霧分離裝置、防護門等。

國內有很多專家學者對數控磨床進行了全面研究，李星軍［1］詳細研究了數控磨床的主要功能部件、故障模式及危害度，針對危害度較大的系統(tǒng)提出了采用故障樹分析方法，還進一步分析了各子系統(tǒng)的故障情況；龔樸［2］對數控磨床頭架建立了動力學模型，并用ANSYS軟件對頭架進行模態(tài)分析和諧相應分析，進而對頭架進行優(yōu)化設計；于勝昔［3］以數控磨床的主軸為研究對象，針對影響主軸系統(tǒng)性能的重要因素進行分析研究，主要內容有主軸系統(tǒng)結構和影響回轉精度的關鍵技術、主軸系統(tǒng)回轉精度的檢測與磨削質量的評價等；劉戰(zhàn)術［4］針對高精度數控磨床的加工精度要求，給出高精度數控磨床的進給系統(tǒng)、伺服控制系統(tǒng)設計方案，提出伺服控制軟件結構、伺服定位單元的參數設置方法和伺服定位系統(tǒng)的現場調試方法。

以上專家學者對數控磨床主要功能部件均作了大量深入的研究分析，并提出了相應的改進措施，因此國內數控磨床重要的可靠性指標MTBF，即平均故障間隔時間，已由20世紀90年代的145 h迅速提升到如今的900 h。然而在數控磨床高速發(fā)展的同時，對其輔助功能部件的研究亟待加強，全國僅有少數的專家學者關注這個問題，陳平［5］深入研究了渾濁的冷卻液對零件表面質量的影響，以及對機床冷卻液箱、零部件的腐蝕，并著重強調該冷卻液可能會縮短機床使用壽命；袁關林等［6］著重研究了機床過濾油及冷卻控溫的新裝置。

在數控磨床輔助功能部件的研究上，尤其是冷卻液過濾裝置、油霧分離裝置、防護門等設備的研究，在國內亟待深入研究，不斷完善。這些設備在磨床實際使用過程中會存在很多故障，但會對數控磨床的生產效率產生極大的影響。筆者著重分析了這些故障，并從實際應用角度提出可行性的設計和改進意見。

1 過濾裝置

在磨床加工過程中，一般使用磨屑-磁性分離器對磨削冷卻液中的雜質進行吸附分離，以提高磨削冷卻液的純凈度。磨床在工作過程中會產生大量的磨屑和磨削泥，磨削泥中含鐵量高達70%，可回收利用。使用磁性分離器無耗材消耗，既可提高磨削冷卻液的純凈度，降低工件表面劃傷，又可變廢為寶，增加企業(yè)效益。

數控磨床中的磨削冷卻液具有冷卻、清洗、防銹和潤滑的作用，其中清洗作用是指冷卻液將鑲嵌在砂輪空隙中的磨屑以及床體內的磨屑沖洗掉，因為鑲嵌在砂輪空隙中的磨屑破壞了砂輪的微刃性，降低了砂輪的磨削性能。由于數控磨床所使用的冷卻液是循環(huán)使用的，這必然要求數控磨床具有鐵屑過濾裝置，及時凈化磨削冷卻液，以便磨削冷卻液進入下一個循環(huán)繼續(xù)使用。數控磨床的過濾裝置如圖1所示，過濾的基本過程是：冷卻液先通過分離系統(tǒng)的磁分區(qū)，分離出第一個固相，即鐵屑，再通過濾紙過濾區(qū)，分離出另一固相，即砂輪末，經過以上過濾過程，使冷卻液能夠得到較高程度的凈化。

傳統(tǒng)的數控磨床過濾裝置在很大程度上滿足了磨床冷卻、清洗、防銹和潤滑的基本需求，但在實際使用過程中仍然存在很大的缺陷：磁滾子在吸附鐵屑的同時會將一部分磨削冷卻液帶出回水槽，這部分磨削冷卻液也會和鐵屑一起在磁滾子后面的鐵屑存放區(qū)存積，機床長時間的運行將會導致這部分冷卻液存積過多，最終會溢出鐵屑存放區(qū)，如圖2所示。

改進后，磨削冷卻液先進入回水槽，通過水泵將其送到磁滾子裝置上，去除磨削冷卻液中的鐵屑，緊接著冷卻液再經過濾紙過濾區(qū)進入下一個循環(huán)，改進裝置結構如圖3所示。改進后的過濾裝置不僅可以完成改進前的所有功能，還可以有效地改善磨削冷卻液溢出的問題，使磨削冷卻液直接流入濾紙過濾區(qū)，從而有效地改善了過濾裝置存在的缺陷，提高了數控磨床冷卻液的使用率，改善了操作工人的工作環(huán)境。

▲圖1 數控磨床的過濾裝置

▲圖2 磨削冷卻液溢出

2 油霧分離器

油霧分離器安裝在機床、清洗機等工業(yè)設備上，用于從源頭收集、凈化機加工設備加工過程中產生的油霧、水霧等易在空氣中擴散的污染物。數控磨床加工過程中，一般會產生含有多氯聯(lián)苯成分的大量油霧，會污染工作環(huán)境，影響生產效率，也會影響數控系統(tǒng)中元件的使用壽命，如圖4所示。

▲圖3 改進后的數控磨床的過濾裝置

如今人們越來越重視環(huán)保，油霧分離器既可以消除油霧，減少油霧對數控磨床的銹蝕，延長磨床的使用壽命，又可以減少對空氣的污染。因此，油霧分離器不僅可以提高工作效率，還可以創(chuàng)造一個舒適的工作環(huán)境，提高操作工人的積極性。

油霧分離器在數控磨床中的引用，有效地解決了數控磨床使用過程中存在的油霧、水霧或粉塵等影響車間環(huán)境的問題，有效提高了數控磨床的可靠性及延長使用壽命。

▲圖4 未使用油霧分離器的數控磨床一年的銹蝕情況

3 防護門

數控磨床的自動防護門是安全設施的第一道防線，其安全有效性將直接影響操作工人的安全。防護門在磨床開始工作和運轉的同時自動關閉，防護門上的安全鎖將自動保持鎖定，直到磨床停止運行且沒有危險后才允許打開防護門進行下一步操作，這有效地防止了鐵屑和冷卻液的飛濺，保護操作者的人身安全。門上安裝有防彈玻璃，方便操作者觀察工件的切削狀態(tài)。防護門的功能決定了其需要在磨床重復的工作中實現不斷地開合，這要求其具有較高的可靠性。表1是防護門在使用過程中出現的故障統(tǒng)計，圖5所示是工作中的防護門。

由表1可以看出，防護門在使用過程中最容易出現的故障是滾輪軸承損壞，因此要提高防護門的可靠性，首先要提高滾輪軸承的使用壽命。根據防護門出現的故障，可采取以下措施來解決：①由于數控磨床上防護門的使用工況比較惡劣，可設計補充潤滑油通道，提高軸承的使用壽命；②由于軸承是外購件，應選擇可靠性較高的軸承；③加強操作者的培訓，提高操作者愛護機床的意識，在操作機床的過程中減少不必要的損壞；④定時檢查防護門上易松動螺母的緊固狀態(tài)。

表1 防護門故障統(tǒng)計

▲圖5 工作中的防護門

4 結論

介紹的輔助功能部件是影響數控磨床可靠性和使用壽命的部件，亦將直接影響數控磨床的生產效率。

通過對過濾裝置的結構改進，顯著改善了數控磨床冷卻液外漏的問題；油霧分離器的應用，使磨床加工時產生的油霧等明顯減少，降低了油霧等對磨床內部的銹蝕，特別是對主軸系統(tǒng)和頭架系統(tǒng)的損害，同時，車間的工作環(huán)境得到明顯的提升；改善防護門的軸承、滾珠絲杠等元器件，有效地降低了防護門出現故障的概率，提升了輔助功能部件的可靠性。

在數控磨床的使用過程中，還可通過以下方式提高數控磨床的可靠性：①加強操作者的培訓，提高操作業(yè)務水平，減少不必要的操作失誤；②加強對數控磨床易損件的定期檢查，及時更換磨損嚴重的耗損件。

［1］ 李星軍.數控磨床整機系統(tǒng)可靠性分析與評價［D］.杭州：浙江大學，2011.

［2］ 龔樸.磨床頭架的結構分析及優(yōu)化設計［D］.武漢：武漢理工大學，2007.

［3］ 于勝昔.內圓磨床精密主軸系統(tǒng)關鍵技術研究應用［D］.鄭州：河南工業(yè)大學，2013.

［4］ 劉戰(zhàn)術.高精度數控磨床的進給系統(tǒng)與伺服控制系統(tǒng)設計［J］.組合機床與自動化加工技術,2009（5）:68-71.

［5］ 陳平.數控電火花線切割機床過濾系統(tǒng)的改進［J］.電加工與模具，2012（4）:59-61.

［6］ 袁關林,錢春法.機床設備過濾除油及冷卻控溫的新裝置［J］.機械制造,1997（11）:41.

［7］ 鄧凌.高速數控機床的安全防護設計［J］.航空制造技術，2005（4）:108-110.