數(shù)控凸輪軸銑床加工精度超差原因分析與修復(fù)

馮為湛

摘 要：通過分析XK45/3數(shù)控銑床加工凸輪類零件精度超差的原因，提出可行的維修方法與步驟，并對數(shù)控銑床進(jìn)行修理和改進(jìn)，提高了加工凸輪類零件的精度。

關(guān)鍵詞：數(shù)控銑床；凸輪類零件加工；滾珠絲杠；維修改進(jìn)

數(shù)控機(jī)床自動化程度越來越高，在機(jī)械加工領(lǐng)域，產(chǎn)品質(zhì)量受設(shè)備的精度影響越來越大，合理調(diào)試，準(zhǔn)確及時診斷，排除故障，能確保產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率，提高生產(chǎn)效益。

1 XK45/3數(shù)控銑床加工凸輪軸狀況

一臺型號為XK45/3數(shù)控銑床加工凸輪軸銑床，正常使用3個月的使用后，凸輪頭加工面出現(xiàn)粗糙度偏大，同軸度超差現(xiàn)象，同時在加工切削過程中機(jī)床振動大，噪聲異常等故障，后經(jīng)廠家售后人員幾次維修未果，嚴(yán)重影響我校的教學(xué)需求，故對該設(shè)備進(jìn)行徹底的維修改造，因引起上述問題原因涉及整個生產(chǎn)系統(tǒng)各方面，現(xiàn)就機(jī)床機(jī)械傳動方面可能涉及的因素作分析。

2 問題分析

2.1 主軸回轉(zhuǎn)精度

主軸回轉(zhuǎn)精度是影響加工精度的主要部件，當(dāng)機(jī)床精度出現(xiàn)問題時，應(yīng)首先檢測主軸精度，檢驗(yàn)前先使主軸充分旋轉(zhuǎn)起來，以保證在檢驗(yàn)期間潤滑油膜不會發(fā)生變化。檢驗(yàn)時，測頭應(yīng)垂直于回轉(zhuǎn)軸線且位于軸線的垂直平面內(nèi)。

（1）主軸軸向竄動。用千分表檢測主軸端面跳動量，測得其讀數(shù)最大差值小于0.015mm，然后用手在主軸尾端施加一定壓力，再放松，反復(fù)幾次，表針基本沒擺動，軸承預(yù)緊正常。

（2）內(nèi)錐孔徑向跳動。用千分表測主軸內(nèi)錐孔的內(nèi)表面跳動量，測其讀數(shù)最大值為小于0.01mm。

（3）主軸徑向跳動。先把檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)芯棒裝在主軸上，用千分表測得芯棒近端徑向跳動為小于0.01mm，遠(yuǎn)端（250mm）徑向跳動為小于0.02mm。

根據(jù)以上檢測數(shù)據(jù)均在合格范圍內(nèi)，故判斷主軸精度合格，未對主軸進(jìn)行拆檢。

2.2 坐標(biāo)軸的精度

（1）絲杠兩端軸承及聯(lián)軸器。經(jīng)檢查機(jī)床所用絲杠軸承精度等級，轉(zhuǎn)速等可達(dá)使用要求，軸承潤滑良好，裝配正確，運(yùn)動平穩(wěn)，軸承預(yù)緊力，壓蓋調(diào)節(jié)合適，電機(jī)與絲杠聯(lián)軸器連接可靠，排除軸承及聯(lián)軸器故障因素。

（2）滾珠絲杠。絲杠使用一段時間后出現(xiàn)磨損是非常普遍的現(xiàn)象，特別是加工凸輪類零件，X軸Y軸必須同時切削運(yùn)行，如圖1，經(jīng)對X軸Y軸絲杠打表，測得反向間隙為：X軸0.015mm，Y軸0.06mm，X軸間隙在合格范圍之內(nèi)，故未對X軸絲杠進(jìn)行拆檢，而Y軸間隙超差，經(jīng)拆檢測量發(fā)現(xiàn)Y軸絲杠局部磨損較大，原因是加工切削時絲杠經(jīng)常集中于某一段工作；因絲杠兩端結(jié)構(gòu)完全一致，故對Y軸絲杠進(jìn)行集中調(diào)整間隙及調(diào)頭使用，即可修復(fù)機(jī)床加工精度，如圖2。

3 維修裝配步驟

（1）拆卸。用專用電刻筆將絲杠副的主要零件做好標(biāo)記，然后進(jìn)行拆卸，此時，需特別注意兩個螺母內(nèi)的滾珠數(shù)量，把滾珠及螺母分別用兩個塑料盒裝好，拆完后，用汽油把零件清洗干凈，以便檢查、測量。

（2）清潔、測量。把清洗干凈的絲杠晾干，在偏擺測量儀上用千分表測量絲杠的同軸度，兩端軸承位的徑向跳動，結(jié)果精度合格。然后通過目測、手感等方法，發(fā)現(xiàn)絲杠滾道有效導(dǎo)程的一端1/3處有明顯的磨損痕跡（即工作區(qū)），這是導(dǎo)致加工超差的原因，余下部位基本完好，為了修復(fù)其加工精度，我決定將絲杠調(diào)頭使用。再用千分尺測量滾珠的精度，包括均勻度、失圓等。目測表面的亮度、色澤、銹蝕等均達(dá)合格要求。

（3）安裝。再次清洗零件，晾干，移至無塵車間進(jìn)行安裝，將螺母調(diào)頭套入絲杠，用專用滾珠導(dǎo)入管將滾珠逐一裝進(jìn)螺母內(nèi)，4條滾道滾珠數(shù)量相等，緊固好滾道導(dǎo)管，鑲?cè)胝{(diào)整墊片，調(diào)整螺母預(yù)緊力。使其既能消除間隙又可靈活轉(zhuǎn)動，測量滾珠絲杠的軸向間隙。保證工作區(qū)最大間隙不能超過0.02mm。最后將調(diào)整墊片的定位鍵鑲?cè)搿㈡i緊，完成安裝過程，垂直放好以待總裝。

4 導(dǎo)軌副設(shè)計(jì)存在的缺陷及其改進(jìn)方法

通過對Y軸導(dǎo)軌副的拆檢發(fā)現(xiàn)：雖然床身導(dǎo)軌與滑重導(dǎo)軌配合并無明顯誤差，但設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)天生缺陷，如圖3所示：工件切削時力矩關(guān)系：

F×a=G×c+f×b

f=（F×a-G×c）/b

導(dǎo)軌b越寬，在加工同等切削條件下（轉(zhuǎn)速，進(jìn)給速度，加工余量，毛坯材料及硬度等相同條件下，即切削力相同條件下）。所須的導(dǎo)軌反作用力越小，即導(dǎo)軌所受的力越小，導(dǎo)軌及機(jī)架變形量越小，振動越小。

根據(jù)分析可得：該機(jī)床加工時切削力的其中一個分力的反作用力的支承設(shè)計(jì)在中間兩條導(dǎo)軌的側(cè)面上，此時，導(dǎo)軌b的寬度較小，其所需承受的力較大，容易造成局部磨損，影響絲桿壽命。為了解決這一問題，通過測算，把導(dǎo)軌b的寬度改在外邊的兩條導(dǎo)軌上，使導(dǎo)軌所需的反作用力減小。

維修改進(jìn)步驟：

（1）拆檢部件。將壓板，鑲條、滑座等從床身導(dǎo)軌上拆出，清理干凈，檢查尋軌面磨損情況。

（2）維修改進(jìn)。因?qū)к?、壓板結(jié)合面配合的松緊對機(jī)床的工作性能和精度有直接的影響。配合過緊將使運(yùn)動阻力增加，磨損加快，甚至?xí)a(chǎn)生爬行（導(dǎo)軌爬行是低速下忽快忽慢的運(yùn)動現(xiàn)象。因此，維修時刮研工作非常重要，先用高精度機(jī)床將導(dǎo)軌面加工好，再將4條導(dǎo)軌的平面刮研至平面度達(dá)0.015～0.025/1000mm，保證在25×25mm2面積內(nèi)的接觸點(diǎn)數(shù)不低于10個；然后把兩邊導(dǎo)軌的側(cè)面（基準(zhǔn)導(dǎo)軌）底面進(jìn)行刮研，使兩條導(dǎo)軌的平行度、垂直度、精度同時達(dá)到要求。

5 總裝及運(yùn)轉(zhuǎn)試加工

各部件維修好后進(jìn)入總裝備。裝配前清潔導(dǎo)軌配合面及各部件，然后對X軸Y軸、絲杠、導(dǎo)軌副按拆卸時的逆順序遂一安裝好，使導(dǎo)軌副裝配間隙小于0.02mm，絲杠軸承副軸間隙小于0.01mm。

總裝結(jié)束后進(jìn)行空運(yùn)轉(zhuǎn)試驗(yàn)，啟動電源，將X軸Y軸原點(diǎn)設(shè)定好，試運(yùn)行兩軸的最大行程，檢查各部件的運(yùn)行精度，能達(dá)到要求，試加工過程中，切削時的振動、噪音基本消除，加工的零件精度全部合格。

6 結(jié)論

經(jīng)過對機(jī)床進(jìn)行維修和改進(jìn)，有效避免絲桿的磨損，降低產(chǎn)品報(bào)廢率，為自己在維修裝配技能上積累了一定經(jīng)驗(yàn)，降低了加工成本，提高了生產(chǎn)效率。

參考文獻(xiàn)

[1]技工學(xué)校機(jī)械類通用教材編審委員會主編.鉗工工藝學(xué)[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2014.

[2]沈韶華主編.工程力學(xué)[M].經(jīng)濟(jì)科學(xué)版社，2010.

（作者單位：廣東省電子信息高級技工學(xué)校）