江蘇 陳靜

淺談普通車床常見的故障維修

江蘇 陳靜

車床工業(yè)為各種類型的機械制造廠提供先進(jìn)的制造技術(shù)與優(yōu)質(zhì)高效的車床設(shè)備，促進(jìn)機械制造工業(yè)的生產(chǎn)能力和工藝水平的提高。機械制造工業(yè)肩負(fù)著為國民經(jīng)濟(jì)各部門提供現(xiàn)代化技術(shù)裝備的任務(wù)，即為工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通運輸業(yè)、科研和國防等部門提供各種機器、儀器和工具。為適應(yīng)現(xiàn)代化建設(shè)的需要，必須大力發(fā)展機械制造工業(yè)。可見，機械制造工業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)各部門賴以發(fā)展的基礎(chǔ)，而車床則是機械制造工業(yè)的基礎(chǔ)。一個國際車床工業(yè)的技術(shù)水平在很大程度上標(biāo)志著這個國家的工業(yè)生產(chǎn)能力和科學(xué)技術(shù)水平。文章介紹了普通車床常見的故障維修方法，目的是使每個學(xué)生掌握基本的加工方法、維修方法，最大限度地發(fā)揮學(xué)生自身的潛能。

結(jié)構(gòu)優(yōu)化；問題原因；故障；維修

普通車床的車削加工在機器制造工業(yè)中應(yīng)用非常普遍，它的地位也十分重要。普通車床車切削加工的范圍很廣，就其基本內(nèi)容來說，有車外圓、車端面、切斷和車槽、鉆中心孔、車孔、鉸孔、車螺紋、車圓錐面、車成形面、滾花和盤繞彈簧等。有人也許會提出，隨著現(xiàn)代制造技術(shù)與數(shù)控車床加工的出現(xiàn)，還有必要學(xué)習(xí)普通車床的加工嗎？數(shù)控車床加工的切削參數(shù)、最合理的加工工藝路線、刀具的最佳切削角度哪里來？來自于普通車床加工。因為數(shù)控車床價格昂貴，維修價格也比較貴，學(xué)校不會讓學(xué)生一開始就進(jìn)行數(shù)控車床學(xué)習(xí)。所以，普通車床實習(xí)起到承上啟下的作用，地位不可忽視。普通車床是培養(yǎng)學(xué)生對車床的性能、不同材料切削參數(shù)選擇的重要途徑。

一、普通車床的結(jié)構(gòu)優(yōu)化

普通車床的設(shè)計大多沿用了以往的設(shè)計思想，車床設(shè)計的理論依據(jù)不足，在整個車床的各個組成部分中，車床床身是一個很重要的大件。目前，對普通車床床身的設(shè)計缺乏有效的理論依據(jù)，床身的結(jié)構(gòu)設(shè)計不盡合理而C6140車床是普通車床中的主流型號之一，因此對該車床的床身進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計有重要的實際價值。本文依據(jù)圖紙在三維建模軟件PROE中，利用零件造型模塊建立床身的三維模型，利用有限元分析軟件ANSYS將模型導(dǎo)入進(jìn)來，建立有限元模型，然后對床身進(jìn)行受力分析，床身的受力來源于床鞍、床頭、床腿。經(jīng)過對三者的受力分析，建立起床身的力學(xué)模型，利用有限元分析軟件ANSYS和PROE中的Mechanica分析模塊，分別對CD6140車床床身進(jìn)行了有限元結(jié)構(gòu)分析和模態(tài)分析，采用科學(xué)計算和實際經(jīng)驗相結(jié)合的方法類比同類車床床身的結(jié)構(gòu)，并依據(jù)有限元分析的數(shù)據(jù)，對該床身結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。針對CD6140車床床身提出了三個原始減重方案，依據(jù)床身的鑄造工藝、車床的實際工作狀況、剛度和固有頻率等，論證每個減重方案的可行性。依據(jù)三個原始減重方案修改床身結(jié)構(gòu)，并分別對床身進(jìn)行有限元分析。采取第三個原始減重方案為初步方案，在此基礎(chǔ)上又提出更加合理的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計，要求對床身的肋板結(jié)構(gòu)重新設(shè)計，并進(jìn)行拓?fù)鋬?yōu)化。經(jīng)過反復(fù)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計得到床身肋板的合理結(jié)構(gòu)，綜合考慮車床的工況指標(biāo)以及制造成本、鑄造工藝等因素，在不降低車床性能的基礎(chǔ)上得到了床身的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計方案。通過對CD6140車床床身的有限元分析和結(jié)構(gòu)優(yōu)化，減輕了車床床身的重量，節(jié)省了工程材料，床身的剛度和固有頻率等指標(biāo)也得到了不同程度的提高。

二、普通車床產(chǎn)生故障的原因和解決方案

1.車削螺距較小的螺紋時，一般采用直進(jìn)刀切削法(在垂直于工件軸線方向做直線進(jìn)刀)；車削螺距較大的螺紋時，為減小切削力，往往采用左右借刀切削法(通過移動小滑板讓螺紋車刀分別用左右切削刃切削)車削螺紋時，床鞍的移動是由長絲杠的轉(zhuǎn)動帶動開合螺母的移動來實現(xiàn)的。長絲杠的軸承處有軸向間隙，長絲杠與開合螺母之間也同樣有軸向間隙。當(dāng)采用左右借刀切削法強力車削右旋蝸桿用右主刀刃切削時，刀具承受了工件給它的力P(忽略切屑與前刀面的摩擦力)，把力P分解成軸向分力Px和徑向分力巧，其中軸向分力Px與刀具的進(jìn)給方向相同，刀具把這個軸向分力Px傳給了床鞍，從而推動了床鞍向有間隙一側(cè)做快速猛烈的來回竄動，其結(jié)果是使刀具來回竄動，并使加工表面產(chǎn)生波紋，甚至斷刀。但用左主刀刃切削時就沒有這種現(xiàn)象，當(dāng)用左主刀刃切削時，刀具所承受的軸向分力Px與進(jìn)給方向相反，往消除間隙的方向運動，這時床鞍做勻速運動。切斷時，中滑板的移動是由中滑板絲杠的旋轉(zhuǎn)帶動螺母的移動來實現(xiàn)的，絲杠軸承處有軸向間隙，絲杠與螺母之間也有軸向間隙。在車床上切斷時，刀具前刀面(帶有前角的)承受了工件給它的力P(忽略切屑與前刀面的摩擦力)，把力P分解成力Pz和徑向分力巧，其中徑向分力巧與切斷車刀的進(jìn)給方向相同，指向工件，將刀具朝工件里推，從而會拉動中滑板向有間隙方向竄動，使切斷刀突然扎入工件，造成扎(斷)刀或工件彎曲。

解決方法：當(dāng)車削螺距較大采用左右借刀切削法的螺紋時，除了調(diào)整好車床有關(guān)參數(shù)外，還應(yīng)調(diào)整床鞍同床身導(dǎo)軌之間的配合間隙，使其稍緊一些，以增大移動時的摩擦力，減少床鞍竄動的可能性，但這個間隙也不能調(diào)得太緊，以能平穩(wěn)搖動床鞍為宜。調(diào)整好中滑板的間隙，盡量使間隙最小；調(diào)整好小滑板的松緊，使其稍緊一些，以防車削時車刀移位。應(yīng)盡量縮短工件和刀桿伸出的長度，盡量采用左主刀刃切削；用右主刀刃切削時，要減小背吃刀量；增大右主刀刃的前角，刀刃口要直，要鋒利，以減小刀具所承受的軸向分力Px。從理論上講，右主刀刃的前角越大越好。切斷或開槽時，首先要調(diào)整好小滑板的松緊，使其稍緊一些，以防車削時車刀移位。調(diào)整好中滑板的間隙，減少絲杠軸承處的軸向間隙和絲杠與螺母之間的軸向間隙。磨好切斷刀，不宜取過大前角，因為前角增大，刀具所受到的徑向分力巧增大，從而增大扎刀或斷刀的可能性。卷屑槽不宜過深，一般深0.75～1.5mm為宜，前角過大楔角減小，刀頭散熱面積減小，使刀尖強度降低，刀具壽命降低。不宜取過大進(jìn)給量，如果是手動進(jìn)給，一定要平穩(wěn)地勻速進(jìn)刀。當(dāng)前角取0度時，刀具所受到的徑向分力分力Py=O，刀具耐用，但不鋒利。

2.車床的維修系統(tǒng)參數(shù)發(fā)生變化或改動、機械故障、車床電氣參數(shù)未優(yōu)化、電機運行異常、車床位置環(huán)異常或控制邏輯不妥，是生產(chǎn)中數(shù)控車床加工精度異常故障的常見原因，找出相關(guān)故障點并進(jìn)行處理，車床均可恢復(fù)正常。生產(chǎn)中經(jīng)常會遇到數(shù)控車床加工精度異常的故障。此類故障隱蔽性強、診斷難度大。導(dǎo)致此類故障的原因主要有五個方面：（1）車床進(jìn)給單位被改動或變化。（2）車床各軸的零點偏置(NULLOFFSET)異常。（3）軸向的反向間隙(BACKLASH)異常。（4）電機運行狀態(tài)異常，即電氣及控制部分故障。（5）機械故障，如絲桿、軸承、軸聯(lián)器等部件。此外，加工程序的編制、刀具的選擇及人為因素，也可能導(dǎo)致加工精度異常，系統(tǒng)參數(shù)發(fā)生變化或改動。系統(tǒng)參數(shù)主要包括車床進(jìn)給單位、零點偏置、反向間隙等等。例如，機械故障導(dǎo)致的加工精度異常：一臺THM6350臥式加工中心，采用FANUC0i-MA數(shù)控系統(tǒng)。一次在銑削汽輪機葉片的過程中，突然發(fā)現(xiàn)Z軸進(jìn)給異常，造成至少1mm的切削誤差量 (Z向過切)。調(diào)查中了解到：故障是突然發(fā)生的。車床在點動、MDI操作方式下各軸運行正常，且回參考點正常；無任何報警提示，電氣控制部分硬故障的可能性排除。分析認(rèn)為，主要應(yīng)對以下幾方面逐一進(jìn)行檢查：（1）檢查車床精度異常時正運行的加工程序段，特別是刀具長度補償、加工坐標(biāo)系(G54～G59)的校對及計算。（2）在點動方式下，反復(fù)運動Z軸，經(jīng)過視、觸、聽對其運動狀態(tài)進(jìn)行診斷，發(fā)現(xiàn)Z向運動聲音異常，特別是快速點動，噪聲更加明顯。由此判斷，機械方面可能存在隱患。（3）檢查車床Z軸精度。用手脈發(fā)生器移動Z軸，配合百分表觀察Z軸的運動情況。

返回車床實際運動位移的變化上，可以分為四個階段：①車床運動距離d1＞d=0.1mm(斜率大于1);②表現(xiàn)出為d=0.1mm＞d2＞d3(斜率小于1)；③車床機構(gòu)實際未移動，表現(xiàn)出最標(biāo)準(zhǔn)的反向間隙；④車床運動距離與手脈給定值相等(斜率等于1)，恢復(fù)到車床的正常運動。無論怎樣對反向間隙 (參數(shù)1851)進(jìn)行補償，其表現(xiàn)出的特征是：除第③階段能夠補償外，其他各段變化仍然存在，特別是第①階段嚴(yán)重影響到車床的加工精度。補償中發(fā)現(xiàn)，間隙補償越大，第①段的移動距離也越大。分析上述檢查，認(rèn)為存在幾點可能原因：一是電機有異常；二是機械方面有故障；三是存在一定的間隙。為了進(jìn)一步診斷故障，將電機和絲杠完全脫開，分別對電機和機械部分進(jìn)行檢查。電機運行正常；在對機械部分診斷中發(fā)現(xiàn)，用手盤動絲杠時，返回運動初始有非常明顯的空缺感。而正常情況下，應(yīng)能感覺到軸承有序而平滑的移動。經(jīng)拆檢發(fā)現(xiàn)其軸承確已受損，且有一顆滾珠脫落，更換后車床恢復(fù)正常。

車床電氣參數(shù)未優(yōu)化，電機運行異常。例如，一臺數(shù)控立式銑床，配置FANUC0-MJ數(shù)控系統(tǒng)。在加工過程中，發(fā)現(xiàn)X軸精度異常。檢查發(fā)現(xiàn)X軸存在一定間隙，且電機啟動時存在不穩(wěn)定現(xiàn)象。用手觸摸X軸電機時感覺電機抖動比較嚴(yán)重，啟停時不太明顯，JOG方式下較明顯。分析認(rèn)為，故障原因有兩點，一是機械反向間隙較大；二是X軸電機工作異常。利用FANUC系統(tǒng)的參數(shù)功能，對電機進(jìn)行調(diào)試。首先對存在的間隙進(jìn)行了補償；調(diào)整伺服增益參數(shù)及N脈沖抑制功能參數(shù)，X軸電機的抖動消除，車床加工精度恢復(fù)正常。

總之，普通車床在操作中也應(yīng)該有很多需要注意的地方，主要的注意方面包括：普通車床運行前的檢查工作、車床潤滑油脂的合適程度、各部件的靈活程度及齊全程度、各檔是否在零位處、空車試運轉(zhuǎn)的必要性等。這些方面，不僅在普通車床運行時需要多加注意，在其他車床運行時也同樣需要加以注意。

（編輯 劉麗娜）

（作者單位：江蘇省靖江中等專業(yè)學(xué)校）