鏜床主軸振幅度和前端下垂幅度大原因分析

劉治層

（河南龍宇能源股份有限公司機(jī)電制修廠，河南商丘 476600）

0 引言

沈陽機(jī)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(jī)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(jī)械等行業(yè)，機(jī)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(jī)電制修廠是河南能源化工集團(tuán)下屬的一個煤礦機(jī)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(jī)機(jī)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(jī)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。

1 原因分析

1.1 設(shè)備機(jī)械磨損嚴(yán)重

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(yùn)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(yùn)行，勢必造成機(jī)床內(nèi)部的齒輪、絲杠、蝸輪、齒條等機(jī)械結(jié)構(gòu)磨損，齒輪嚙合間隙變大，對機(jī)床精度造成一定的影響。

1.2 物理外因

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。

1.3 被加工件材料與結(jié)構(gòu)原因造成的振動

（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。

1.4 操作問題

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。

2 解決措施

（1）進(jìn)行設(shè)備大修，消除內(nèi)因。針對設(shè)備機(jī)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(jī)床進(jìn)行解體，檢查齒輪、蝸桿、螺桿等傳動機(jī)構(gòu)和操作機(jī)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(bǔ)焊后的內(nèi)孔進(jìn)行粗鏜，消除補(bǔ)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(jī)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。

3 結(jié)束語

鏜床作為一種機(jī)械加工的重要設(shè)備，在機(jī)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(jī)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。