加工中心鏜孔圓度超差故障分析與排除

1、加工中心鏜孔圓度超差故障分析與排除          摘  要：NC800臥式加工中心、XH715和ARROW1000立式加工中心，加工的箱體上軸承孔圓度超差，主要是主軸刀具松緊機(jī)構(gòu)、滾珠絲杠間隙、主軸軸承預(yù)緊不夠題目所致。    關(guān)鍵詞：NC800 圓度 鏜孔    鏜孔圓度超差故障涉及到工藝系統(tǒng)的很多方面，機(jī)床自身機(jī)械方面的原因，是首先應(yīng)檢查的主要因素。    一、主軸刀具拉緊力不夠    各

2、種加工中心主軸刀具鎖緊機(jī)構(gòu)基本上大同小異，大多采用液壓或氣壓松開，靠碟形彈簧回復(fù)力拉緊刀具，碟形彈簧長期使用會產(chǎn)生疲憊和損壞，導(dǎo)致對刀具的拉緊力下降。在鏜孔過程中由于切削力的作用會使刀具產(chǎn)生松動，從而出現(xiàn)孔尺寸不穩(wěn)定以及孔圓度超差的故障。假如不能確認(rèn)鏜孔圓度超差是否由于主軸碟形彈簧引起，可以先采用壓力調(diào)整法進(jìn)行試驗(yàn)，再結(jié)合其他檢驗(yàn)來判定，避免盲目拆卸主軸松刀機(jī)構(gòu)。    一臺NC800臥式加工中心加工的箱體上軸承孔圓度誤差0.045mm，在排除了其他因素的影響之后，對松刀機(jī)構(gòu)進(jìn)行檢驗(yàn)，先調(diào)整液壓系統(tǒng)壓力，由系統(tǒng)設(shè)置的6.3MPa逐漸往下降，每降低0.5MPa，對松

3、刀情況進(jìn)行檢驗(yàn)，看松刀是否到位。當(dāng)壓力降到4MPa時(shí)，松刀機(jī)構(gòu)卡爪的位移出現(xiàn)題目，刀具不能松開。正常情況下假如系統(tǒng)壓力低于5.8MPa時(shí)，就不能正常裝卸刀具了。假若松刀機(jī)構(gòu)位移即松刀行程不變，而彈簧的回復(fù)力與壓縮彈簧液壓缸的壓力成正比，松刀所需要的液壓壓力降低，證實(shí)彈簧的剛度降低了，這實(shí)際上說明碟形彈簧有題目。    拆卸主軸刀具松緊機(jī)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)部分碟形彈簧損壞，對其進(jìn)行全部更換，將鎖母壓緊到松開前的位置。安裝后，松刀所需的壓力恢復(fù)到正常的5.8MPa左右，再次進(jìn)行鏜孔測試，圓度誤差減至0.01mm以內(nèi)，恢復(fù)到正常水平。    還有一種

4、可能的情況是碟形彈簧并未損壞，但由于疲憊而剛度下降，通過調(diào)緊碟形彈簧的壓緊鎖母也可以增加刀具拉緊力，但留意不要影響松刀機(jī)構(gòu)爪子的松開及鎖緊位置，否則會造成刀具無法正常裝卸，造成新的故障隱患。假如確是這種情況，仍然建議更換全部碟形彈簧，以確保刀具鎖緊可靠。    二、主軸軸承未有效預(yù)緊    加工中心鏜孔圓度超差，一般最直接的原因與主軸旋轉(zhuǎn)精度有關(guān)，主軸旋轉(zhuǎn)精度主要是靠主軸軸承來保證的，加工中心的主軸組件有多種結(jié)構(gòu)形式，由于需要滿足高速、重載、精密的現(xiàn)代加工要求，加工中心主軸前軸承多采用三個(gè)角接觸球軸承組合，并承受雙向的軸向載荷，對于這

5、種配置的軸承的預(yù)緊，存在是否有效的題目。    一臺ARROW1000立式加工中心在加工殼體零件的軸承孔時(shí)，圓度誤差0.03mm，幾乎接近孔徑公差，所以操縱工很難保證該孔的尺寸要求，經(jīng)過對主軸徑跳的靜態(tài)檢驗(yàn)，均符合該機(jī)床的精度指標(biāo)要求，證實(shí)主軸軸承精度保持正常水平，同時(shí)也排除了刀具、夾緊力的影響。模擬主軸加工受力狀況，將百分表壓在鏜刀桿的端部外圓面上，距主軸端面300mm左右，通過對鏜刀桿人為推動施加外力，力的方向朝著表頭壓下的方向，可以看到百分表針有0.05mm左右的擺動。所以以為是主軸軸承預(yù)緊不夠，在零件的加工過程中，由于受切削力的作用造成主軸徑跳加大，從而影

6、響鏜孔圓度。主軸結(jié)構(gòu)如圖1所示。    主軸軸承為三套角接觸球軸承，通過內(nèi)外兩個(gè)隔環(huán)組合在一起。但是，在對預(yù)緊鎖母施加預(yù)緊力之后，仍不能得到應(yīng)有的預(yù)緊效果。由于軸承經(jīng)過長時(shí)期磨損之后，軸向間隙加大，無論在軸承1的內(nèi)環(huán)上施加力有多大，都無法使軸承2、3的內(nèi)環(huán)隨主軸產(chǎn)生位移來消除間隙，因此也就無法對主軸有效預(yù)緊。根據(jù)力平衡原理，軸承1的軸向力應(yīng)即是軸承2、3的軸向力之和，當(dāng)軸向施加外載荷后，軸承2、3的軸向載荷增加，軸承1的載荷則減小，三個(gè)軸承的載荷分配趨向均勻。成套供給的新軸承有很高的精度，基本可以保證軸承2和3有大體相同的預(yù)緊量，即受力比較均勻。在長期使用后，軸承

7、2和3也基本有大體相同的磨損量，實(shí)在只需對軸承1和2之間的內(nèi)隔環(huán)進(jìn)行配磨，就可補(bǔ)償軸承的軸向間隙，使得在軸承1和2與外隔環(huán)相互接觸時(shí)，而內(nèi)隔環(huán)與軸承內(nèi)圈之間留有一定間隙，壓緊后即可得到要求的預(yù)緊力。因此，解決的方法有兩個(gè)：一是更換軸承；二是通過修配隔環(huán)使主軸預(yù)緊?？紤]到軸承的精度還沒有喪失，還是采取修配隔環(huán)使主軸預(yù)緊較好。由于在實(shí)際操縱中面臨丈量方面的困難，將內(nèi)隔環(huán)的長度由121.35mm修磨到121.25mm。安裝后，以120N·m左右的力矩旋緊鎖母來壓緊軸承，留意預(yù)緊力不要太大，可根據(jù)機(jī)床要求的力矩，由于軸承1、2和內(nèi)隔環(huán)之間可能壓緊后仍存有間隙，預(yù)緊力過大會造成軸承發(fā)熱，若無丈

8、量力矩的裝置，盤動主軸略有阻尼感覺即可。此后，經(jīng)過測試及現(xiàn)場切削加工證實(shí)，此方法可行，同樣鏜80mm的孔，圓度誤差由0.03mm減小到0.005mm，完全滿足零件的加工要求。     三、坐標(biāo)軸間隙導(dǎo)致的鏜孔圓度超差    加工中心坐標(biāo)軸的間隙，在很大程度上影響機(jī)床運(yùn)行的穩(wěn)定性，是引起機(jī)床運(yùn)行抖動的重要原因。在半閉環(huán)控制系統(tǒng)中，系統(tǒng)只檢測電機(jī)輸出真?zhèn)€位置，對坐標(biāo)軸的實(shí)際位置并不檢測，即使加進(jìn)間隙補(bǔ)償，也只是保證反向運(yùn)行的精度，并不能糾正坐標(biāo)軸停止后的位置變化。尤其是輕系列的加工中心，大都采用直線導(dǎo)軌，具有運(yùn)動輕便靈活、負(fù)載輕的特點(diǎn)，但

9、這類機(jī)床坐標(biāo)軸抗振性較差，對間隙的反應(yīng)很敏感，極易受到切削力的影響，在鏜孔過程中也會引起圓度超差現(xiàn)象。    一臺XH715立式加工中心，采用直線導(dǎo)軌，半閉環(huán)控制系統(tǒng)，在加工行星架的三個(gè)齒輪軸的安裝孔時(shí)，同一把鏜刀，加工圓周方向均布的三個(gè)相同尺寸的孔大小不一樣。進(jìn)一步精測發(fā)現(xiàn)，三個(gè)孔的圓度都有不同程度的超差，誤差大的0.03mm，小的0.02mm，但總是呈一定規(guī)律分布，圓度超差的方向上一致，都是在Y軸方向上尺寸小，X方向上尺寸基本沒有變化，通過對Y軸監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)在鏜孔過程中Y軸有稍微抖動，且抖動的頻率與主軸轉(zhuǎn)速一致，對Y軸進(jìn)行檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)Y軸反向間隙超過0.07mm，

10、X軸反向間隙為零。間隙的存在，使工作臺在切削力的作用下，Y方向產(chǎn)生讓刀現(xiàn)象，是造成鏜孔圓度超差的主要因素。    檢查Y軸滾珠絲杠正負(fù)方向運(yùn)動的竄動量基本為零，支撐的預(yù)緊沒有題目，確認(rèn)0.07mm的間隙是由絲杠的螺母產(chǎn)生，該螺母為雙螺母墊片調(diào)隙結(jié)構(gòu)，如圖2。    可通過加厚墊片厚度，使兩螺母向撐開的方向產(chǎn)生軸向位移，達(dá)到消除間隙的目的。根據(jù)丈量的結(jié)果，先取出兩個(gè)螺母之間的連接鍵塊，將兩螺母旋開一點(diǎn)，參照墊片的圓環(huán)尺寸，將0.07mm厚的銅皮剪成合適的半圓環(huán)，緊貼著墊片裝進(jìn)，隨即旋緊兩螺母，用鍵塊壓緊。完成安裝之后，驗(yàn)其反向間隙在0.01mm以內(nèi)，達(dá)到了消除間隙的目的。再次進(jìn)行零件的加工試驗(yàn)，Y軸抖動現(xiàn)象消失。    四、結(jié)論    加工中心鏜孔圓度超差題目，在機(jī)械維修中固然不是很復(fù)雜的題目，但與類似傳動部件失效、零件損壞、卡死等故障不同。鏜孔圓度超差可以是機(jī)床的原因