捷克TOS臥式鏜銑加工中心主軸內冷故障分析與修理

■南車戚墅堰機車車輛工藝研究所有限公司 （江蘇常州 213011）

宗建軍 郭景紅

捷克TOS臥式鏜銑加工中心（見圖1）采用西門子840D數控系統(tǒng)，能夠高精度、高效率地完成孔的鉆、擴、鏜、鉸、攻螺紋等加工工序及平面與曲面的加工。機床受控軸為5個，并且可實現X、Y、Z/W和B的四軸聯(lián)動功能。機床的最小輸入、輸出增量≤1μm。機床X、Y和Z軸全行程定位精度≤0.01mm，重復定位精度≤0.006mm；W軸定位精度≤0.02mm；工作臺B軸分度精度≤0.001°。戚所齒輪事業(yè)部共引進4臺該設備，主要用于對風電類、機車城軌類的各種箱體、行星架等大型零部件的精加工。

該型機床在2010年初安裝使用，2013年年中在使用中陸續(xù)發(fā)現主軸后部有漏油及在使用主軸內冷時有漏冷卻液的現象發(fā)生。

圖1 機床全景實圖

1. 故障原因分析

經過對機床主軸防護板拆卸后發(fā)現，漏油處發(fā)生在主軸后部松刀液壓缸端蓋處。該機床采用的DIN 69871-SK-50型刀柄，松刀靠液壓缸力，靠碟簧力自動緊刀，當機床換刀過程中松刀動作時，液壓缸端蓋處有少量漏油，時間長后導致液壓油缺失。初步判斷為液壓缸密封件失效。

另外在使用主軸內冷加工時，主軸后部松刀液壓缸較前的位置有漏水的現象，該機床的主軸中心出水冷卻，壓力≥2.0MPa。檢查刀具及壓力都正常，也初步判斷為主軸內密封件失效。

2. 主軸松刀漏油的處理

首先對松刀液壓缸進行試拆卸。拆卸前主軸需處于緊刀狀態(tài)。拆卸過程中要注意各管路的標記及液壓缸的位置。尤其在拆卸油管接頭時要先松開一點，將油管內部的壓力卸掉后在全部拆卸，防止壓力油噴濺。對主軸松緊刀的感應開關及擋塊的拆卸要著重注意開關位置，保證安裝時的信號準確性。試拆后發(fā)現，液壓缸為整體式，如圖2所示，可直接松開4個聯(lián)接螺釘后整體拆出。由于液壓缸外圓與主軸內孔配合較好，為保證順利拆卸，可準備兩根長螺桿穿在液壓缸定位螺釘孔內進行定位后拆裝，防止破壞配合面。

圖2 整體式液壓缸實物

圖3 液壓缸拆卸后主軸后部實圖

拆卸后機床狀況如圖3所示，并將整體式液壓缸進行分步拆卸，逐一檢查后發(fā)現活動缸體上的密封件（為O形密封圈）老化磨損，更換后重新安裝液壓缸。在安裝前要注意液壓缸各部件的清潔，推薦使用煤油作為清潔劑。裝配前可在密封件表面涂抹少量潤滑脂，防止安裝時密封件的滑傷。

安裝液壓缸時同樣用兩根長螺桿作為導柱，由于液壓缸體與主軸內孔配合較好，在涂抹潤滑油后可用尼龍錘輕輕敲擊，當缸體進入1/3時用手便可輕推到位。其中要特別注意的是，由于內部錐孔軸前端為六角形，與液壓缸活動缸體內六角形孔相配合，故在安裝時要緩慢轉動主軸，使其能順利進入配合面，切記不可蠻力強行安裝。

液壓缸安裝到位后根據標記進行各管路的聯(lián)接，特別注意松緊刀確認開關的位置。開機后進行松緊刀具動作，一切正常，漏油故障消除。

3. 主軸內冷卻時漏冷卻液的處理

機床使用內冷時，冷卻液通過管路，經由液壓缸內旋轉套、聯(lián)接錐軸、中心長軸、拉爪、內冷刀具進行噴射冷卻。故障機床在開啟內冷后，主軸后部冷卻液呈現大面積漏出現象。

拆卸后初步發(fā)現聯(lián)接錐軸與旋轉套密封件配合處有部分磨痕，決定將聯(lián)接錐軸拆卸進行精磨處理，并更換密封件。

通過對結構圖樣分析，開始對聯(lián)接錐軸的拆卸。聯(lián)接錐軸拆卸前狀態(tài)如圖4所示。步驟為：

（1）拆卸主軸前端抓刀拉爪。在拆卸前用深度游標卡尺測量拉爪底部到主軸端面距離為169.76mm，一般在安裝時上下偏差控制在±0.1mm，從而保證安裝后抓刀的準確性，如圖5所示。

拆卸需準備200m m長的內六角扳手，從前部插入拉爪內部螺釘內，用力逆時針轉動，聽到“啪”聲便可松動。全部脫開后可用卡簧鉗夾住底部兩孔取出拉爪，如圖6所示。

（2）將后部主軸固定卡簧拆卸，并將隔套取出，要注意隔套的安裝方向。為了保護前端螺紋，可在主軸前部墊用長套管進行輕輕敲擊，便可將聯(lián)接錐軸及中心軸取出（如需更換主軸鎖緊碟簧便可依照此步驟）。拆卸時狀況如圖7所示。由于只需拆卸聯(lián)接錐軸，為了便于安裝一般不全部取出，只需將錐軸的鎖緊螺釘露出即可。將2個鎖緊螺釘松開便可將聯(lián)接錐軸拆下。

用外圓磨床磨削錐軸上的配合外圓，去除0.02～0.03mm。對旋轉套內密封進行更換，其密封結構為X形密封圈加尼龍墊。

（3）依據拆卸的步驟，反向進行逐一安裝。首先需特別注意前部拉爪位置。拉爪內的內六角圓柱頭螺釘便是用來調整位置的，當將拉爪旋到位，用深度游標卡尺測量準確后將螺釘鎖緊即可。其次安裝錐軸時也要特別注意將中心長軸先裝好后再整體裝入，在聯(lián)接螺紋處要加涂螺紋膠防松，每個密封件外表面最好都要涂抹潤滑脂，防止安裝時的損傷。

開機后進行試機，大大地改善修理前漏冷卻液的問題，但故障并未完全消除，仍有少量滲漏。分析后懷疑仍有密封處存在故障。

圖4 聯(lián)接錐軸實物圖

圖5 測量距離實圖

圖6 拆卸拉爪實圖

圖7 聯(lián)接錐套拆出實物圖

再次將松刀液壓缸拆出，并將液壓缸后部于錐軸聯(lián)接的旋轉套拆除。仔細分析旋轉套結構，如圖8、圖9所示。發(fā)現其實為動密封結構，但密封環(huán)上并無明顯磨損及破壞痕跡。進一步發(fā)現動密封環(huán)軸向動作不靈活，有卡阻現象。其工作原理是靠外部的壓力液體作用在套端的密封橡膠件上，推動密封環(huán)緊貼在靜密封環(huán)上，起到旋轉時密封的作用（國內常見的是靠彈簧力作用）。但由于軸向動作的卡阻，密封環(huán)之間貼合并不十分緊密，故產生冷卻液滲漏現象。

將旋轉套前部動密封環(huán)徹底清洗，并加少量潤滑脂，保證軸向動作靈活。將旋轉套、液壓缸全部安裝到位后進行試機，一切正常。

4. 結語

由于引進的許多進口機床并沒有詳細的機械裝配圖，只是提供簡要的示意圖。故在維修這類機床機械故障時，要仔細分析，并結合實物進行試拆裝。但在這過程中，必須做好詳細的記錄和標記，在無把握的情況下寧愿多測量、多標記，防止安裝時不到位。此次維修除了解決上述故障外，為今后可能發(fā)生的主軸拉爪、鎖緊碟簧及W軸進給等故障的修理積累了經驗。

雖然大量的數控設備技術先進，系統(tǒng)都帶有自診斷，但本文的兩起故障實質為液壓及冷卻回路故障，且故障時機床都不會發(fā)生報警，維修主要又牽涉主軸機械部件的拆裝，所以要求維修人員除了數控和電氣知識外，對機械、液壓及氣壓等多方面知識都要熟悉，才能更好地維修這類進口大型數控設備。

圖8 旋轉套整體結構實物圖

圖9 旋轉套分解結構實物圖