立式加工中心第四軸回轉(zhuǎn)精度恢復(fù)

劉蛟輝 李知衛(wèi) 趙陽

摘 要：對立式加工中心第四軸進(jìn)行詳細(xì)深入的分析，確定影響第四軸回轉(zhuǎn)精度、造成工件平行度超差的因素，逐一調(diào)節(jié)，調(diào)整間隙，最終恢復(fù)第四軸的精度，加工出合格的產(chǎn)品。在設(shè)備維修中，精度的調(diào)整是一個相對困難的問題，設(shè)備在使用過程中，都會因為磨損，造成配合間隙增大，使精度減低，這就需要對傳動的各個環(huán)節(jié)進(jìn)行分析，確定間隙過大的原因和調(diào)整方法，然后根據(jù)現(xiàn)場情況確定間隙的合適范圍，調(diào)整間隙，最終達(dá)到恢復(fù)精度的目的。

關(guān)鍵詞：平行度；回轉(zhuǎn)精度；間隙；蝸輪蝸桿

中圖分類號： TG659 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 1673-1069（2016）22-177-2

1 故障現(xiàn)象

如圖1，工件是拖拉機(jī)前轉(zhuǎn)向驅(qū)動橋的轉(zhuǎn)向節(jié)。在這道工序上，由一臺立式加工中心完成a、b面，孔1、2、3、4的粗、精加工。由于轉(zhuǎn)向節(jié)工藝尺寸的優(yōu)化，b面對a面的平行度由0.1mm提高到0.05mm，孔1、2公共軸線的位置度又涉及與孔5軸線的空間交點和角度問題，一個尺寸的不合格，就可能會引起其他一系列相關(guān)尺寸的超差，這就在很大程度上提高了加工難度。目前加工出來的工件，b面的平行度多數(shù)在0.05mm左右，在超差邊緣線。近來，b面的平行度超差的情況突然增多，絕大多數(shù)都維持在0.07mm，孔1、2的公共軸線位置度也出現(xiàn)超差情況，嚴(yán)重影響到了工件的質(zhì)量。

2 故障分析

針對工件超差的問題，首先對加工的現(xiàn)場情況進(jìn)行了分析，操作人員完全按照工藝指導(dǎo)書的操作規(guī)程進(jìn)行操作，沒有違章、違規(guī)問題，排除掉人員的問題。其次，檢查毛柸刀具，毛柸不存在料硬、加工余量大、前序不合格問題，刀具磨損也不嚴(yán)重現(xiàn)象，對機(jī)床X、Y、Z三軸的重復(fù)定位精度、反向間隙都重新進(jìn)行了測量，結(jié)果都在正常范圍內(nèi)。最后，對第四軸進(jìn)行檢查，用如圖1方法，將第四軸旋轉(zhuǎn)到一合適位置，放松第四軸，把百分表架固定在卡具體上，表針頂在卡具分度盤盤面的T型槽內(nèi)側(cè)面上，將鋼板置于T型槽內(nèi)，用手臂以大于15～20公斤的力量順時針或逆時針方向旋轉(zhuǎn)刻度盤，旋轉(zhuǎn)不動時，停止使力并放松，記下百分表刻度，然后以相同的方法，反方向旋轉(zhuǎn)刻度盤，記下表讀數(shù)，讀取兩刻度值之差?？偣策x擇四個位置進(jìn)行測量，相鄰兩位置相差90度，最終結(jié)果顯示平均差值達(dá)到0.4mm。確定造成平行度超差的原因是卡具旋轉(zhuǎn)定位誤差過大，使被加工面平行度超差。

3 第四軸旋轉(zhuǎn)定位精度的校正

3.1 對卡具結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，確定影響第四軸定位精度的要素

拆除側(cè)面部分端蓋，初步確定卡具是由伺服電機(jī)通過一組齒輪嚙合，帶動蝸桿旋轉(zhuǎn)，蝸桿與蝸輪嚙合，蝸輪直接帶動卡具旋轉(zhuǎn)，卡具旋轉(zhuǎn)到指定的位置時，液壓鎖緊，第四軸定位。

通過對卡具工作方式的分析，發(fā)現(xiàn)影響第四軸定位精度的因素主要是電機(jī)齒輪與蝸桿上的齒輪之間的嚙合間隙、蝸桿蝸輪之間的背隙、蝸桿的攢動、卡具旋轉(zhuǎn)軸處的軸承等。

3.2 對影響定位精度各要素的分析與調(diào)整

觀察卡具油窗和各潤滑點，油量充足，潤滑良好，旋轉(zhuǎn)第四軸，運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，沒有異響卡頓，判定選裝軸處的軸承工作狀態(tài)良好，出現(xiàn)問題的可能性比較小。

觀察電機(jī)，電機(jī)是通過螺栓與卡具主體連接在一起，沒有定位銷。此處，電機(jī)位置可能會動，另外，齒輪之間的磨損可能會造成齒側(cè)間隙過大，影響精度。由于蝸輪蝸桿傳動方向不可逆，手動旋轉(zhuǎn)卡具就不能使蝸桿轉(zhuǎn)動，因此上面測量的定位精度超差，問題不在電機(jī)處的齒輪間隙，但齒輪間隙會影響旋轉(zhuǎn)精度。這里，先擰松固定電機(jī)的螺栓，用銅棒輕擊電機(jī)法蘭，適當(dāng)減小齒側(cè)間隙，背緊螺栓，然后調(diào)整伺服電機(jī)的驅(qū)動參數(shù)，消除電機(jī)旋轉(zhuǎn)的反向間隙，達(dá)到調(diào)整精度的目的。但由于傳動鏈的減速比比較大，電機(jī)齒輪處于傳動鏈的第一環(huán)節(jié)，電機(jī)齒輪轉(zhuǎn)動一定角度，卡具只能旋轉(zhuǎn)一個很小的角度，因此這里的齒輪間隙對卡具精度的影響非常小，可以忽略不計，可以不調(diào)整。

查看第四軸如圖2所示的圖紙，蝸桿一端用一對背靠背的圓錐滾子軸承實現(xiàn)蝸桿的軸向定位，另一端用一套深溝球軸承游動支撐，軸承可相對殼體移動。蝸桿的軸向定位精度取決于固定端軸承的軸向游隙，可以通過備緊軸承的鎖緊螺母來調(diào)節(jié)間隙，從而控制蝸桿的軸向攢動量，達(dá)到調(diào)節(jié)精度的目的。打開蝸桿軸承座一端端蓋，找到鎖緊螺母并調(diào)節(jié)，適當(dāng)減小軸承游隙，減小蝸桿軸向攢動量，若效果不理想，可以考慮更換軸承。細(xì)看圖紙，蝸桿固定端軸承座通過M10內(nèi)六角螺栓固定在殼體上，M6內(nèi)六角螺栓是頂在殼體上的，通過這兩組螺栓調(diào)節(jié)軸承座的位置實現(xiàn)蝸桿軸向位置的調(diào)整，M10螺栓是固定螺栓，M6螺栓是調(diào)整螺栓。

查看蝸輪蝸桿的相關(guān)資料，發(fā)現(xiàn)有一種雙導(dǎo)程蝸桿又稱變齒厚蝸桿，可以通過調(diào)整蝸桿的軸向位置來消除蝸輪副的嚙合間隙。雙導(dǎo)程蝸輪副與普通蝸輪副的區(qū)別是，雙導(dǎo)程蝸桿齒的左、右兩側(cè)面具有不同的導(dǎo)程，而同一側(cè)的導(dǎo)程則是相等的。固然蝸桿齒左右側(cè)面具有不同的齒距（即不同的模數(shù)），但因同一側(cè)面的齒距相同，故沒有破壞嚙合條件。由于該蝸桿的齒厚從蝸桿的一端向另一端均勻地逐漸增厚或減薄，故可用軸向移動蝸桿的方法來消除或調(diào)整蝸輪副的嚙合間隙。

由上述資料，可以判定這里用的就是雙導(dǎo)程蝸桿，可以通過調(diào)整間隙來恢復(fù)第四軸精度。調(diào)整方法如下：松開四個緊固螺栓→逆時針旋轉(zhuǎn)調(diào)整螺釘（間隙過大時，逆時針調(diào)整，間隙過小時，順時針調(diào)整）→鎖緊四個緊固螺栓→用如圖2的方法測量間隙。反復(fù)調(diào)整，直至調(diào)整到合適的間隙。蝸輪蝸桿間隙過大時，會影響旋轉(zhuǎn)精度，甚至造成傳動不良，降低使用壽命等；間隙過小時，會增加傳動阻力，產(chǎn)生過多的熱，易燒結(jié)、膠合等。因此，間隙的調(diào)整既不能過大，也不能過小。查看相關(guān)資料，雙導(dǎo)程蝸桿間隙可以調(diào)整到很小，可調(diào)整至0.01～0.015mm，普通蝸桿可調(diào)整至0.03～0.08mm，但在實際的調(diào)整過程中，必須根據(jù)現(xiàn)場的使用情況和工況，調(diào)整出合適的間隙。調(diào)整時，由于選擇的測量位置在轉(zhuǎn)盤上，測量點測量結(jié)果會將齒側(cè)間隙放大，大約在3倍。反復(fù)調(diào)整后，各測量點的間隙值最終調(diào)整至0.05～0.12mm之間，在系統(tǒng)中查看B軸負(fù)載，卡具靜止時在5%左右，穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)時在15%左右，瞬時值較大。當(dāng)調(diào)整間隙小于0.05mm時，B軸負(fù)載比較大，卡具靜止時就達(dá)到10%，穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)時可達(dá)25%，會使驅(qū)動器電流過大，易出現(xiàn)過熱過載等報警，影響驅(qū)動器使用壽命。當(dāng)調(diào)整間隙大于0.20mm時，就不能保證卡具的旋轉(zhuǎn)精度，生產(chǎn)出不合格的產(chǎn)品，起不到調(diào)整的目的。

調(diào)整好蝸桿齒測間隙后，測量第四軸反向間隙。如圖1的方法，將卡具旋轉(zhuǎn)到某一位置，百分表表頭頂在旋轉(zhuǎn)盤T型槽上，表架固定在卡具本體上。手動正方向旋轉(zhuǎn)卡具，使T型槽壓住百分表表頭；再走程序，使卡具正方向旋轉(zhuǎn)0.2度，記下卡具旋轉(zhuǎn)0.2度百分表走的數(shù)值為0.35mm；保持百分表不動，用手撥動表盤對表，使表針指向0刻度線；走程序使卡具反方向旋轉(zhuǎn)0.2度，這時發(fā)現(xiàn)表針反向走了0.13mm，說明B軸反向間隙反映在在百分表上是0.22mm（由于是圓周上，這里的間隙值將實際值放大了）。這時調(diào)整系統(tǒng)中1851參數(shù)中B軸的數(shù)值，將該數(shù)值增加了2500（調(diào)整過程發(fā)現(xiàn)該數(shù)值變動100，百分表變動量約0.01mm），再反復(fù)調(diào)整間隙，直到反向間隙在0.05mm以內(nèi)?？梢詫⒖ň咝D(zhuǎn)到多個不同位置調(diào)整間隙，使各位置間隙調(diào)整至合適范圍。重啟系統(tǒng)，空走程序，一切正常。試加工零件，測量b面平行度為0.03mm，在三坐標(biāo)測量儀上測量其他空間尺寸也都符合要求。 連續(xù)加工十余件零件，均符合技術(shù)要求，平行度維持在0.02～0.03mm之間，完成立加第四軸精度的恢復(fù)。

4 結(jié)語

這次對旋轉(zhuǎn)卡具的調(diào)整，每一步都進(jìn)行了詳細(xì)細(xì)致的剖析，確保一次調(diào)整到位，縮短不必要的維修時間，遵循先易后難，先調(diào)整易判斷、易調(diào)整、易驗證的要素，再進(jìn)行難拆解、難調(diào)整、難驗證的要素，達(dá)到高效快速修復(fù)設(shè)備的目的。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 丁海萍，楊晶，徐呈藝.FANUC 0I系統(tǒng)在XH713型立式加工中心改造中的應(yīng)用[J].機(jī)床與液壓，2016（04）.

[2] 許鵬飛.數(shù)控機(jī)床增加第四軸改造方式的研究探索[J].硅谷，2013（24）：132-133.