劉治層
(河南龍宇能源股份有限公司機電制修廠,河南商丘 476600)
沈陽機床股份有限公司中捷鉆鏜床廠生產(chǎn)的TPX6113/2型臥式銑鏜床是一種萬能型機床,可對大型零件進(jìn)行鏜孔、鉆孔、銑平面等切削加工,廣泛應(yīng)用于能源、交通、石化機械等行業(yè),機床主軸直徑為130 mm,主軸箱行程1400 mm,帶固定式平旋盤。河南龍宇能源股份有限公司機電制修廠是河南能源化工集團(tuán)下屬的一個煤礦機電設(shè)備制造與維修單位,該廠利用上述型號的鏜床銑削加工刮板機機頭側(cè)面等鉛直大端面時,鏜軸振動幅度較大;同時,在鏜孔修復(fù)加工采煤機搖臂銷軸孔時,由于主軸前端下垂幅度大而經(jīng)常造成鏜孔尺寸超差、光潔度低,影響加工質(zhì)量。
該廠使用的TPX6113/2型臥式銑鏜床是2006年12月安裝的設(shè)備,自投用以來,由于工作任務(wù)飽滿,12年來平均每年日運轉(zhuǎn)率維持在90%以上,且從未大修過。長年累月的滿負(fù)荷運行,勢必造成機床內(nèi)部的齒輪、絲杠、蝸輪、齒條等機械結(jié)構(gòu)磨損,齒輪嚙合間隙變大,對機床精度造成一定的影響。
鏜床主軸伸出過長,在伸出平旋盤端面600 mm以上時,由于重力的作用,鏜軸會出現(xiàn)較大程度的下垂,加工工件時,鏜軸既要承受切削阻力,又要承受自身重力所造成的附加阻力,根據(jù)杠桿原理,若鏜桿前端所受切削阻力不變,鏜桿伸出越長,鏜桿端頭所受的力矩也就越大,主軸振動幅度和前端下垂幅度也隨著主軸伸出長度的增大而增大。同時,在鏜削加工較大內(nèi)徑的孔時,鏜軸偏離平旋盤中心位置,重心偏離軸心,加工工件時,鏜軸離心率大,也會造成一定程度的振動,而影響加工精度。
(1)工件為鑄鋼件材質(zhì)或經(jīng)過堆焊修復(fù)時,若內(nèi)部存在鑄造氣孔、砂眼、夾砂等,加工時,鏜軸遇到此類缺陷位置,由于材質(zhì)突變,勢必會出現(xiàn)較大幅度的振動。
(2)鑄件材質(zhì)較硬時,鏜刀切削吃力,鏜孔加工時會出現(xiàn)退刀現(xiàn)象,嚴(yán)重時會出現(xiàn)打刀的情況,也會造成一定程度的振動。
(3)工件被加工位置存在溝槽、拼裝間隙、焊縫等情況時,切削阻力突變,會造成振動。
工件在加工過程中,操作工為了追求勞動效率,鏜桿的轉(zhuǎn)速、吃刀量和進(jìn)給量過大;鏜刀選擇不當(dāng),刀刃出現(xiàn)磨損變鈍未及時更換或打磨等,這些人為因素會使加工產(chǎn)生較大幅度的振動。
(1)進(jìn)行設(shè)備大修,消除內(nèi)因。針對設(shè)備機械磨損嚴(yán)重的問題,聯(lián)系專業(yè)設(shè)備維修單位,最好是設(shè)備原廠家進(jìn)行設(shè)備大修。將機床進(jìn)行解體,檢查齒輪、蝸桿、螺桿等傳動機構(gòu)和操作機構(gòu)的完好情況,更換磨損嚴(yán)重的零部件,通過清洗、檢查、測量、加工、更換等手段以全面消除缺陷,重新裝配以盡可能地恢復(fù)設(shè)備原有精度和性能,消除內(nèi)因。
(2)制作鏜軸配重塊,降低主軸振動幅度。鏜床在加工大孔時,鏜軸位于旋轉(zhuǎn)盤的一側(cè)位置,偏離中心,在旋轉(zhuǎn)的時候,重心向一側(cè)偏斜,致使加工時,鏜桿振動,影響加工精度和加工質(zhì)量。為此,操作工設(shè)計制作了一種大鏜床鏜軸配重塊,如圖1所示,該配重塊兩端分別有一個沉孔,用于將其固定于鏜床旋轉(zhuǎn)盤上,重量經(jīng)過測算,與鏜軸重量相當(dāng),配重塊的使用,抵消了鏜軸偏向一側(cè)的向心力,保證了鏜桿的平衡性,極大地降低了主軸的振動幅度,提高了加工質(zhì)量。
(3)制作主軸支撐座,降低主軸前端下垂幅度。制作一種鏜床主軸鏜桿支撐座,如圖2所示。該支撐底座外圓與鏜床平旋盤相配合,通過螺栓緊固在一起,支撐座中心是一個伸出的套筒,該套筒與平旋盤垂直,套筒最外端有一個臺階,里面裝有一個軸承,軸承內(nèi)孔有一個內(nèi)套,鏜桿伸出后直接從內(nèi)套里出來,在鏜桿伸出較長的情況下,支撐座能起到輔助支撐作用,在一定程度上抵消前端力矩,進(jìn)而降低鏜桿的前端下垂幅度和振動幅度。
圖1 鏜軸配重塊
(4)選取適合的鏜桿轉(zhuǎn)速、吃刀量和進(jìn)給量。鏜桿轉(zhuǎn)速越高、吃刀量和進(jìn)給量越大,鏜桿的振動也就越大,加工時,阻力大,讓刀越嚴(yán)重,主軸的前端下垂幅度也就越大;反之,鏜桿轉(zhuǎn)速越低、吃刀量和進(jìn)給量越小,鏜桿的振動也就越小,加工時,阻力小,讓刀越輕微,主軸的前端下垂幅度也就越小。但前者工作效率高,后者工作效率低,因此可綜合考慮被加工工件的材質(zhì)、加工位置、加工余量等具體情況,在保證鏜桿振動幅度和前端下垂幅度在可控的范圍內(nèi),盡量采用較高的轉(zhuǎn)速、吃刀量和進(jìn)給量進(jìn)行加工。
圖2 鏜桿支撐座
(5)提高工件被加工位置的焊縫和修復(fù)焊接質(zhì)量,改進(jìn)加工工藝。當(dāng)工件被加工位置存在溝槽、拼裝間隙、焊縫等難以加工的情況時,一要盡可能的優(yōu)化上道工序的工藝流程,提高上道工序的拼裝、焊接質(zhì)量,二是改進(jìn)鏜床加工工藝,進(jìn)而消除鏜桿的振動和前端下垂幅度。例如,在鏜孔加工修復(fù)焊接的工件銷軸孔時,由于銷軸孔表面焊接材質(zhì)硬度和工件原有硬度不一致,焊接表面凹凸不平,內(nèi)部更是可能出現(xiàn)氣孔、夾砂等缺陷,鏜刀在加工過程中存在鈍刀、退刀現(xiàn)象。為此,首先要提高修復(fù)焊接的質(zhì)量,降低加工難度;其次在加工過程中,首先用白鋼刀(白鋼刀為高速鋼材質(zhì),有很好的韌性及較高的硬度)對補焊后的內(nèi)孔進(jìn)行粗鏜,消除補焊材質(zhì)硬度高、表面凹凸不平所形成的表層,之后再利用白鋼刀進(jìn)行半精鏜。最后為保證銷軸孔的光潔度,在鏜床上采用機夾合金刀進(jìn)行精鏜加工,如此以來,針對不同的狀況,采用適宜的刀具和加工工藝,便可大大降低鏜桿加工過程產(chǎn)生的振動,提高工件加工質(zhì)量。
鏜床作為一種機械加工的重要設(shè)備,在機加工領(lǐng)域具有舉足輕重的地位,其加工范圍和精度決定著機械加工企業(yè)的加工能力,通過各種措施降低鏜床主軸的振動幅度和前端下垂幅度,不僅有益于延長設(shè)備使用壽命,降低設(shè)備故障率,減少企業(yè)為修理維護(hù)設(shè)備所產(chǎn)生的人員、資金投入,還保證了設(shè)備加工精度和加工效率,提高工件加工質(zhì)量,提升企業(yè)核心競爭力。