■南車戚墅堰機車車輛工藝研究所有限公司 (江蘇常州 213011)
宗建軍 郭景紅
捷克TOS臥式鏜銑加工中心(見圖1)采用西門子840D數控系統(tǒng),能夠高精度、高效率地完成孔的鉆、擴、鏜、鉸、攻螺紋等加工工序及平面與曲面的加工。機床受控軸為5個,并且可實現X、Y、Z/W和B的四軸聯(lián)動功能。機床的最小輸入、輸出增量≤1μm。機床X、Y和Z軸全行程定位精度≤0.01mm,重復定位精度≤0.006mm;W軸定位精度≤0.02mm;工作臺B軸分度精度≤0.001°。戚所齒輪事業(yè)部共引進4臺該設備,主要用于對風電類、機車城軌類的各種箱體、行星架等大型零部件的精加工。
該型機床在2010年初安裝使用,2013年年中在使用中陸續(xù)發(fā)現主軸后部有漏油及在使用主軸內冷時有漏冷卻液的現象發(fā)生。
圖1 機床全景實圖
經過對機床主軸防護板拆卸后發(fā)現,漏油處發(fā)生在主軸后部松刀液壓缸端蓋處。該機床采用的DIN 69871-SK-50型刀柄,松刀靠液壓缸力,靠碟簧力自動緊刀,當機床換刀過程中松刀動作時,液壓缸端蓋處有少量漏油,時間長后導致液壓油缺失。初步判斷為液壓缸密封件失效。
另外在使用主軸內冷加工時,主軸后部松刀液壓缸較前的位置有漏水的現象,該機床的主軸中心出水冷卻,壓力≥2.0MPa。檢查刀具及壓力都正常,也初步判斷為主軸內密封件失效。
首先對松刀液壓缸進行試拆卸。拆卸前主軸需處于緊刀狀態(tài)。拆卸過程中要注意各管路的標記及液壓缸的位置。尤其在拆卸油管接頭時要先松開一點,將油管內部的壓力卸掉后在全部拆卸,防止壓力油噴濺。對主軸松緊刀的感應開關及擋塊的拆卸要著重注意開關位置,保證安裝時的信號準確性。試拆后發(fā)現,液壓缸為整體式,如圖2所示,可直接松開4個聯(lián)接螺釘后整體拆出。由于液壓缸外圓與主軸內孔配合較好,為保證順利拆卸,可準備兩根長螺桿穿在液壓缸定位螺釘孔內進行定位后拆裝,防止破壞配合面。
圖2 整體式液壓缸實物
圖3 液壓缸拆卸后主軸后部實圖
拆卸后機床狀況如圖3所示,并將整體式液壓缸進行分步拆卸,逐一檢查后發(fā)現活動缸體上的密封件(為O形密封圈)老化磨損,更換后重新安裝液壓缸。在安裝前要注意液壓缸各部件的清潔,推薦使用煤油作為清潔劑。裝配前可在密封件表面涂抹少量潤滑脂,防止安裝時密封件的滑傷。
安裝液壓缸時同樣用兩根長螺桿作為導柱,由于液壓缸體與主軸內孔配合較好,在涂抹潤滑油后可用尼龍錘輕輕敲擊,當缸體進入1/3時用手便可輕推到位。其中要特別注意的是,由于內部錐孔軸前端為六角形,與液壓缸活動缸體內六角形孔相配合,故在安裝時要緩慢轉動主軸,使其能順利進入配合面,切記不可蠻力強行安裝。
液壓缸安裝到位后根據標記進行各管路的聯(lián)接,特別注意松緊刀確認開關的位置。開機后進行松緊刀具動作,一切正常,漏油故障消除。
機床使用內冷時,冷卻液通過管路,經由液壓缸內旋轉套、聯(lián)接錐軸、中心長軸、拉爪、內冷刀具進行噴射冷卻。故障機床在開啟內冷后,主軸后部冷卻液呈現大面積漏出現象。
拆卸后初步發(fā)現聯(lián)接錐軸與旋轉套密封件配合處有部分磨痕,決定將聯(lián)接錐軸拆卸進行精磨處理,并更換密封件。
通過對結構圖樣分析,開始對聯(lián)接錐軸的拆卸。聯(lián)接錐軸拆卸前狀態(tài)如圖4所示。步驟為:
(1)拆卸主軸前端抓刀拉爪。在拆卸前用深度游標卡尺測量拉爪底部到主軸端面距離為169.76mm,一般在安裝時上下偏差控制在±0.1mm,從而保證安裝后抓刀的準確性,如圖5所示。
拆卸需準備200m m長的內六角扳手,從前部插入拉爪內部螺釘內,用力逆時針轉動,聽到“啪”聲便可松動。全部脫開后可用卡簧鉗夾住底部兩孔取出拉爪,如圖6所示。
(2)將后部主軸固定卡簧拆卸,并將隔套取出,要注意隔套的安裝方向。為了保護前端螺紋,可在主軸前部墊用長套管進行輕輕敲擊,便可將聯(lián)接錐軸及中心軸取出(如需更換主軸鎖緊碟簧便可依照此步驟)。拆卸時狀況如圖7所示。由于只需拆卸聯(lián)接錐軸,為了便于安裝一般不全部取出,只需將錐軸的鎖緊螺釘露出即可。將2個鎖緊螺釘松開便可將聯(lián)接錐軸拆下。
用外圓磨床磨削錐軸上的配合外圓,去除0.02~0.03mm。對旋轉套內密封進行更換,其密封結構為X形密封圈加尼龍墊。
(3)依據拆卸的步驟,反向進行逐一安裝。首先需特別注意前部拉爪位置。拉爪內的內六角圓柱頭螺釘便是用來調整位置的,當將拉爪旋到位,用深度游標卡尺測量準確后將螺釘鎖緊即可。其次安裝錐軸時也要特別注意將中心長軸先裝好后再整體裝入,在聯(lián)接螺紋處要加涂螺紋膠防松,每個密封件外表面最好都要涂抹潤滑脂,防止安裝時的損傷。
開機后進行試機,大大地改善修理前漏冷卻液的問題,但故障并未完全消除,仍有少量滲漏。分析后懷疑仍有密封處存在故障。
圖4 聯(lián)接錐軸實物圖
圖5 測量距離實圖
圖6 拆卸拉爪實圖
圖7 聯(lián)接錐套拆出實物圖
再次將松刀液壓缸拆出,并將液壓缸后部于錐軸聯(lián)接的旋轉套拆除。仔細分析旋轉套結構,如圖8、圖9所示。發(fā)現其實為動密封結構,但密封環(huán)上并無明顯磨損及破壞痕跡。進一步發(fā)現動密封環(huán)軸向動作不靈活,有卡阻現象。其工作原理是靠外部的壓力液體作用在套端的密封橡膠件上,推動密封環(huán)緊貼在靜密封環(huán)上,起到旋轉時密封的作用(國內常見的是靠彈簧力作用)。但由于軸向動作的卡阻,密封環(huán)之間貼合并不十分緊密,故產生冷卻液滲漏現象。
將旋轉套前部動密封環(huán)徹底清洗,并加少量潤滑脂,保證軸向動作靈活。將旋轉套、液壓缸全部安裝到位后進行試機,一切正常。
由于引進的許多進口機床并沒有詳細的機械裝配圖,只是提供簡要的示意圖。故在維修這類機床機械故障時,要仔細分析,并結合實物進行試拆裝。但在這過程中,必須做好詳細的記錄和標記,在無把握的情況下寧愿多測量、多標記,防止安裝時不到位。此次維修除了解決上述故障外,為今后可能發(fā)生的主軸拉爪、鎖緊碟簧及W軸進給等故障的修理積累了經驗。
雖然大量的數控設備技術先進,系統(tǒng)都帶有自診斷,但本文的兩起故障實質為液壓及冷卻回路故障,且故障時機床都不會發(fā)生報警,維修主要又牽涉主軸機械部件的拆裝,所以要求維修人員除了數控和電氣知識外,對機械、液壓及氣壓等多方面知識都要熟悉,才能更好地維修這類進口大型數控設備。
圖8 旋轉套整體結構實物圖
圖9 旋轉套分解結構實物圖