深孔钻床中机械、液压系统的优化调整
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作者:杨杰
摘 要：我公司自从引进第一台深孔钻后，经过安装调试，到机床可以钻孔，经历了几个月的时间。在初期使用过程中，完成了2块30万千瓦高加管板、2块60万千瓦高加管板的钻孔工作，但是检测结果发现钻孔精度和机床稳定性都很差，如只钻一些对精度要求不高的产品还勉强可以，根本无法进行AP1000管板的加工。为了使深孔钻床能够满足管板钻孔的要求，我们对钻孔实验数据和机床原理进行了深入的分析研究，对机床的机械系统、电气系统、液压系统都做了优化调整，同时还完成了部分备件的国产化。
关键词：深孔钻床;液压系统;优化
1 机械、液压系统优化调整
1.1 机械系统调整
在机床调整初期，为了提高钻孔精度，使相邻孔距公差能够满足要求，对主轴和BOZA座的同轴度、立柱位置等进行了多次的观测和调整，机床的钻孔精度有所提高，但同时发现机床的稳定性不好，如某次进行9个孔的钻孔试验时，检测结果相邻两孔距离公差都在0.3mm/1000mm以内，但再次钻9个孔试验时，检测结果就会出现超差，其中最大的相邻两孔距离公差超过1mm/1000mm。经过分析我们认为该机床的稳定性存在问题，为保证AP1000管板钻孔的顺利进行，必须提高机床的稳定性。另外机床的排屑系统存在排屑不畅问题，也要对其进行改造。
1.1.1 提高机床的稳定性
针对机床稳定性的问题，从两个方面入手解决了这一问题，第一是加大Y1、Y2、Y3轴间夹紧效果，消减钻孔时3个轴的上下窜动;第二是对X、Y轴导轨进行加固。具体如下：
①为了增强钻孔时Y1、Y2、Y3轴的稳定性，在原有夹紧装置的基础上，再增加一套夹紧装置，位置确定在3个BOZA顶端的后部。首先对这部分的表面进行加工，根据公司现有的条件，使用130移动式镗床进行加工，期间克服了机床定位，找正等困难，然后开始安装夹紧装置，连接液压管路。
②对于X、Y轴导轨，原有机床导轨刚性较差，机床滑座在运行过程中会发生“漂移”，为增强导轨刚性，需要采取加固措施。具体为先经过计算确定销孔位置，然后进行钻孔、加入固定销、填充密封胶，最后对导轨平面进行刮研平整。
1.1.2 排屑系统的改造
机床在使用过程中，我们发现它的排屑系统效果不太好，当有长铁屑时经常会发生在某一段堵住的情况，同时还存在原有的铁屑箱太小，不能满足生产需要。针对这两个问题我们对排屑系统进行改造，采取的方法是将北侧的排屑系统的所有装置去除，新做一个铁屑箱和接油槽安放在东侧铁屑传送带下方，同时对电气线路、油路和急停系统进行了重新的连接和调整。改造后消除了铁屑堵塞现象，提高了排屑系统的工作效率。
经过上述调整后，机床钻孔精度得到稳定，为了进一步提高精度，我们决定对机床的液压系统进行优化调整。
1.2 液压系统优化
1.2.1 优化压力值
首先确定调整后的压力值范围，同时针对每个压力值进行钻孔实验，经过逐一试验后，把X轴夹紧压力、导套向前的压力等都优化为最佳值。为正式产品提供了有效的参数保证。
1.2.2 改造部分液压单元
对控制导套移动的液压回路进行了重新设计，相比原来增加了一套电磁阀，使得前后换向时的控制更加灵活可靠。
1.2.3 增加切削油加热装置
在钻孔过程中，切削油需要在一定的温度范围内，才能保证机床正常工作。而在冬天早晨刚开机时，油温只有5℃左右，距离要求相差较多，开始我们采取启动机床自带的预热程序这种办法，不过用此种方式达到需要温度要预热2小时，但这样每天早晨都特别耽误时间，为此我们经过研究决定增加一套切削油加热装置，具体规格尺寸经计算和现场测量后确定。安装完成投入使用后，在停机时此装置能将切削油恒定在我们需要的一个温度，这就保证了早晨开机时的油温也可以满足正常钻孔条件，省去了切削油预热过程。
经过上述机械、液压系统优化调整，此台深孔钻床钻孔精度和稳定性都得到了明显提高，在进行27个孔的钻孔试验时，已能确保出口端相邻两孔距离公差都在0.3mm以内。此后又经过几个月的工艺试验，检测出的钻孔数据也都能满足AP1000管板钻孔要求。
2 电气系统的优化
这台深孔钻的电气控制部分采用了最新的西门子840D数控系统，整体性能良好，且制造厂为了方便用户使用开发了专门的用户界面，里面集成了很多复杂功能，这样使我们操作起来比较简单，自动化程度较高。但在机床使用过程中我们发现有些地方操作方式不太符合我们的使用习惯，且机床没有防止打错孔这一功能。另要增加verifier功能，由于此台机床原来没有防止打错孔的功能，并且我公司在加工60万高加管板时出现过打错孔情况，于是我们针对此机床开发了verifier功能，用来保证在加工程序出错或误操作等情况下，機床不会在管板的非钻孔坐标上进行钻孔，同时触发报警停止加工，提醒操作者进行检查。此功能是通过在专门开发的用户界面上输入相邻两孔的X、Y轴中心距等参数，然后经由后台程序进行计算，来实现机床只在我们要求的坐标上进行钻孔，verifier功能的实现除了需增加少量PLC程序外，主要是通过编写的VERIFIER.SPF和VERIF.COM两个文件来实现。
3 备件国产化
这台机床是由意大利SIRMU公司生产的，所有的零部件都是欧洲制造的，为了确保机床能够长期正常运行，需要采购大量零部件备用，而这些欧洲制造的零部件价格相当昂贵，且供货周期很长。经过我们针对功能、技术指标等的分析发现有些是可以国产化的，其中过滤用的滤纸经过国产化后，使用效果一样，但价格从原来的每卷1000欧元变成1000元人民币，一年下来能为公司节约80000多元（每个月需更换一卷滤纸）。同时我们也对一些低压电气元件的备件进行了国产化。
4 结语
综上所述，我公司的深孔钻床在经过了增加新夹紧装置、加固导轨、液压系统优化、调整机床控制程序、增加verifier功能这些优化后，整体性能得到很大提升，已能够安全可靠的对高精度产品进行钻孔工作，之后又经过几个月的工艺试验，检测出的钻孔数据完全满足AP1000管板钻孔的要求，最终保证了管板深孔加工，机床运行状态良好。
参考文献：
[1]刘文英，王芳，等.高精度深孔钻床结构的创新研究[J].中国设备工程，2018（19）.
作者简介：杨杰（1976-），男，汉族，吉林人，硕士，工程师，研究方向：机械工程。
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