3.5m數(shù)控銑床故障處理及改造

鄭可心，何楠

西安航天動力機械有限公司 陜西西安 710025

1 序言

公司購入3.5m數(shù)控重型臥式銑床后，用于大型薄壁筒類零件的加工。機床主軸箱具有主傳動及C軸進給功能，共有車削和銑削2個刀架；采用西門子840D系統(tǒng)，全閉環(huán)控制，可實現(xiàn)銑削刀架X、Y、Z3個方向的移動及主軸C軸分度運動的4軸聯(lián)動。

在近期使用過程中，機床主軸C軸分度運動時工件出現(xiàn)明顯抖動，且分度運動精度嚴重超差，已無法滿足生產(chǎn)要求。

2 原因分析與排查

機床主軸C軸分度運動與主傳動的切換通過電磁滑閥—液壓缸實現(xiàn)，主傳動變速液壓缸采用差動液壓缸形式，撥叉設有3個位置：一擋、空擋及二擋，空擋時用于C軸分度運動。C軸傳動鏈為伺服電動機—1∶10減速器—蝸桿—蝸輪—梳齒盤（液壓缸控制）—斜齒圓柱齒輪—主軸。雙電動機分別驅(qū)動兩條傳動鏈，通過雙側(cè)齒輪消除反向間隙。

蝸輪空套在傳動軸上，左側(cè)梳齒盤與蝸輪通過螺紋聯(lián)接，右側(cè)梳齒盤與主軸通過花鍵周向傳動，液壓缸控制右側(cè)梳齒盤軸向的移動。梳齒盤嚙合時，C軸傳動；梳齒盤脫開時，C軸進給停止。

經(jīng)過對傳動鏈的詳細檢查，圓柱齒輪及梳齒盤嚙合可靠無間隙，無磨損情況；蝸輪蝸桿傳動平穩(wěn)未出現(xiàn)異常，但蝸輪齒面單側(cè)磨損嚴重，肉眼可見嚙合痕跡偏離中線；減速器輸出軸與蝸桿軸之間采用脹環(huán)聯(lián)接，蝸桿軸一端為空心軸，脹環(huán)套在空心軸外，通過脹環(huán)施加的力使空心軸內(nèi)壁與減速器軸緊密聯(lián)接，進行拆解后發(fā)現(xiàn)結(jié)合面嚴重磨損。綜上所述，存在的問題有：①蝸桿軸上端空心軸內(nèi)壁與減速器軸表面均明顯磨損，二者配合尺寸偏差過大，導致C軸傳動控制失效。②蝸輪蝸桿對中性出現(xiàn)明顯偏差，蝸輪齒面單側(cè)磨損嚴重，嚴重影響蝸輪蝸桿壽命。

3 故障處理及改進措施

3.1 蝸桿軸與減速器軸脹環(huán)聯(lián)接部分磨損失效

為消除蝸桿軸內(nèi)壁與減速器軸的間隙，需先將磨損的蝸桿軸內(nèi)壁與減速器軸的外表面加工平整，之后在二者之間加薄壁軸套達到過渡配合。減速器軸與空心軸配合的基本尺寸為φ75mm，磨損最嚴重處尺寸分別為φ74.4mm、φ75.5mm?？紤]加工成本、加工條件及工藝性，薄壁軸套初加工厚度取3mm最合適，為保證加工后的強度，空心軸加工量應盡量小，薄壁軸套內(nèi)孔加工至減速機軸加工至兩者過渡配合，空心軸內(nèi)孔加工至如圖1所示。

圖1 減速機輸出軸及蝸桿軸示意

由于該減速機為進口高精度減速機，對裝配條件、裝配方法要求很苛刻，本廠無法滿足裝配要求，不能將其拆卸開加工輸出軸，就要考慮怎樣將減速機軸周向鎖定進行加工。該減速器輸入軸與電動機軸的聯(lián)接采用螺紋緊固的形式，用內(nèi)六角圓柱頭螺釘，緊固縮小空心軸兩部分的間隙，夾緊電動機軸進行傳動?？梢岳么私Y(jié)構(gòu)對減速機軸進行鎖緊，將螺釘擰至圖2所示位置即可鎖死減速機軸轉(zhuǎn)動。在數(shù)控臥式車床上用單動卡盤夾緊減速機殼體，完成減速機軸的加工。

圖2 減速機輸入軸示意

薄壁軸套內(nèi)孔加工完成后，由于薄壁結(jié)構(gòu)剛度及強度較小，再單獨加工其外圓會導致已加工的內(nèi)孔變形，故選擇在200℃環(huán)境加熱25min，與減速機軸裝配之后冷卻至常溫，最后車削加工軸套外圓至與空心軸內(nèi)孔過渡配合。

考慮到磨損原因為該部分脹環(huán)聯(lián)接滿足不了在機床較高負荷工作條件下傳遞足夠扭矩，導致結(jié)合面相對滑動，長時間使用后磨損加劇，使傳動失效，特增加銷聯(lián)接結(jié)構(gòu)，在減速機軸和空心軸上加工出銷孔，根據(jù)軸徑尺寸，選擇φ20mm圓柱銷，保證足夠的聯(lián)接強度。

3.2 蝸輪蝸桿對中性出現(xiàn)明顯偏差

蝸輪與主軸部分的聯(lián)接如圖3所示，由于床頭箱箱體及蝸輪蝸桿各部分加工過程中有一定超差，累積誤差導致蝸輪蝸桿沒有對正。在圖示方向上蝸輪相對于正確嚙合位置向右偏移，根據(jù)對蝸輪表面磨損情況的檢查，偏移量在1mm左右。 要恢復正確位置，需要將其軸向定位向左移動，梳齒盤的軸向運動由右側(cè)液壓缸控制，在兩梳齒盤咬合后液壓系統(tǒng)會進行保壓，確保二者嚙合緊密可靠，蝸輪向左移動的量不會影響梳齒盤的傳動可靠性。

圖3 C軸進給部分蝸輪軸向定位示意

如果用加裝軸向隔套等零件來調(diào)節(jié)，無法保證零件軸向尺寸恰好彌補偏移量，將需要多次修配調(diào)整才能保證蝸輪的正確位置。蝸輪部分與角接觸球軸承外環(huán)的配合公差為H7間隙配合，適宜采用軸向可調(diào)整的補償方法。根據(jù)現(xiàn)有結(jié)構(gòu)特點，考慮到加工成本、加工時間和加工工藝，最終選擇在蝸輪上打螺紋孔，通過螺釘來調(diào)節(jié)蝸輪軸向位置。根據(jù)現(xiàn)有結(jié)構(gòu)尺寸，左側(cè)推力軸承外徑為240mm，右側(cè)角接觸球軸承外徑為260mm，為保證軸向定位穩(wěn)定可靠，螺釘端面要與角接觸球軸承有足夠接觸面積，螺釘直徑應稍大一些，螺紋孔所在分度圓直徑應盡量小，但是螺釘頭不能與左側(cè)推力軸承產(chǎn)生干涉。綜合考慮之后，決定在260mm分度圓上加工3個M12沉頭螺紋孔，用內(nèi)六角圓柱頭螺釘使蝸輪向左移動補償偏差。

4 維修及改進效果

經(jīng)過維修與改造，蝸桿軸與減速器軸脹環(huán)聯(lián)接處表面質(zhì)量得到修復，薄壁套筒滿足其過渡配合，保證了傳動平穩(wěn)性和可靠性，增加的銷聯(lián)接結(jié)構(gòu)進一步增加聯(lián)接強度，滿足高負荷工作時傳遞足夠扭矩。裝配時蝸輪軸向定位通過螺釘可以方便地調(diào)整，使蝸輪蝸桿恢復正確嚙合位置，保證了蝸輪蝸桿的使用壽命。

5 結(jié)束語

經(jīng)過試運行和試件加工試驗，C軸進給沒有再出現(xiàn)工件抖動等異常情況，傳動穩(wěn)定可靠，C軸分度精度達標，試件加工精度滿足要求。

本次維修及改造及時有效地解決了設備的問題，取得了良好的效果，也為處理類似的設備問題提供了方法和經(jīng)驗。