K654 三軸銑床的改造（zào）與維修-數控機床市場網（wǎng）

您現（xiàn）在的位置：銑床網> 加工與維修>K654 三軸銑床的改造與維修

K654 三軸銑床的改造與維修

2021-9-2 來源：中石化江鑽石油機械有限公司作（zuò）者：王建忠

摘要：數控機床的故障分析，診斷與維修是數控機床使用過程中重（chóng）要的組成部分，也是目前製約數控機床發揮作用的因素之一，在日常（cháng）設備維修中，經常會遇到設備故（gù）障（zhàng），有時候甚（shèn）至是疑難故障，直接影響機床（chuáng）的正常運行。

關鍵詞（cí）：數控機床；故障原因；分（fèn）析與（yǔ）排除；技術改造（zào）

0 引言

數控銑床是（shì） 80 年代（dài）初期從美國進口的銑齒機床，該設備已運行多（duō）年，現發現設備性能急速下降，結合設備的實際使用狀況，已充分（fèn）證實設備進入故障高發期，機械性能呈下（xià）降趨勢，導致生產線上硬件（jiàn）的不足（zú），製造係統產能壓力（lì）無法釋放，急需進行設備關鍵部件國產化（huà）改造與維修。

1、機（jī）床存在的問題

該機床使用長達 30 a，液壓係統閥件磨損，各個轉換油缸密封件老化（huà），導致係統竄油，壓力損失引（yǐn）起壓力波動。具體故障現象如下（xià）：①機床夾具的 2 個軸定位鎖緊機構誤（wù）差逐漸增大；②機床液壓係統閥件磨損，各個轉換油缸密封件老化（huà），導致係（xì）統竄油，最終導致液壓係統工作不（bú）穩定；③夾具（jù）的 4 個夾具軸（zhóu）高度（dù）不一（yī）致；④鎖緊裝置油缸蓋焊死後（hòu）變形，致使每個活塞、缸體（tǐ）變形，鬆開、夾緊不（bú）同步，受力點發生變化導致一係列（liè）問題。

2 、B 軸（zhóu）夾具及傳動（dòng）機構的改進設計

機床夾具又稱卡具。是由定位元件、夾緊裝置、對刀或引導元件、連接元件、夾具體（tǐ）組成的。定位元件的作用是使工（gōng）件在夾具（jù）中占據正確的位置。夾緊裝置的作用是將工（gōng）件壓緊夾牢，保證工件（jiàn）在加工過程中受到外力作用時不離開已經（jīng）占據的正確位置。夾具（jù）體是夾具上的組成部分，需要（yào）通過一個基礎件使其（qí）聯接成為（wéi）一個整體。

2.1 技術改造（zào）背景（jǐng）

該設備使（shǐ）用長達（dá）近 30 a，機床各項精度值下降嚴重，夾具4 個軸等高不一致（zhì），造（zào）成工件加工尺寸經常不合格。因鎖緊裝置的油缸端蓋固定螺釘經（jīng）常出現（xiàn）斷裂故障，在更換傘齒輪（lún）及傳動軸時，間隙調整困難，需要反複多次修磨隔墊，一根軸隻能鑽 3—5 次定位銷孔就不能用（yòng）了，受進口零部件製約，維修周期長、費（fèi）用高。

2.2 技術改造思路

技術（shù）改造思（sī）路是根據產品的加工要（yào）求用（yòng） 6 個支撐點限製工件的自（zì）由（yóu）度，使工（gōng）件的夾緊力比較均（jun1）勻（yún），工件定位時，工件受力變形小；在裝夾工（gōng）件時，工件受力方向為軸（zhóu）向，可（kě）提高（gāo）工件的加工精度。技術改造內容（róng）如下：①按照夾具裝（zhuāng）置（zhì）的結構及（jí）工作原理，重新設計新的結構、零件圖，編寫裝配技術要求（qiú）；②對 B1、B2、B3、B4 軸進行解體、清洗、測繪，對磨損相關原因進行分析；③運用激光幹涉儀對（duì）各（gè）夾具軸進（jìn）行檢測並調整，保持高度一致；④確定傳動傘齒輪及傳動軸轉換及替代方案。

2.3 關鍵（jiàn）技（jì）術（shù）要點

關鍵技術要點如下：①使用直徑 125 mm 油缸替代原有液壓油缸，並配作連接液壓拉杆；②確保（bǎo）降低壓力內泄損耗，將原油缸分油器內（nèi）的 O 形橡膠圈密封，改為間隙液體密封；③重新配（pèi）對（duì）加工傘齒輪；④對傳動軸重新設計，全部采用公製標準25×30 mm 標準漲緊環尺寸[4]。

2.4 具體技（jì）術要（yào）求

夾緊軸鎖（suǒ）緊機構：①夾緊應不破壞工件的定位或產生過大的夾（jiá）緊變形，防止工（gōng）件在加工中（zhōng）產生振動；②足夠的夾（jiá）緊行程，夾緊動作迅速，操縱方便、安全省力；③運用激光幹涉儀（yí）對各軸進行檢測調整，使其高度保持一致；④夾具壓力控製在5.516 MPa（800 psi）以內（nèi）[5]；⑤夾具結構（gòu）簡單緊湊，製造、維修方便。工件夾緊油缸：①使用直徑 125 mm 油缸替代原有液壓油缸，並（bìng）配作（zuò）連接液壓拉杆（gǎn）[5]；②改 O 形橡（xiàng）膠圈密封為間隙密封。傳（chuán）動螺旋傘齒輪：①傘齒輪重新配（pèi）對加工；②對傳動軸重新設計，全部采用（yòng）公（gōng）製標準 25×30 mm 標準漲緊環尺寸[4]。

2.5 實際使用效果

改（gǎi）造後的（de）夾具結構比較簡單，便於拆裝，提高了工（gōng）件的夾緊力（lì），避（bì）免了夾緊力的過於集中，解決加工時（shí）產生的位移問題。其次，降低了係統（tǒng）液壓油溫，提高（gāo）了液壓係統的（de）穩定（dìng）性。

傳動傘齒輪及傳動部件改造後，傳動平穩（wěn），工作可靠，耐磨損，壽命長，各項（xiàng）技術指標全部達到設計預（yù）期，完全可以終生替代使用。

2.6 經濟價值體驗

此（cǐ）項改（gǎi）進（7 套）可節約 35 萬元，使（shǐ）得機械加工性能得（dé）到鞏固與提升，整個設備技術壽命得到有效（xiào）延長。節省了每 3000~5000 h 換 1 組進口專用密封件的費用，每次 1.25 萬元。進口油缸總（zǒng）成 1 套 2.3 萬元，平均壽（shòu）命（mìng）大約 1.5 萬小時。國產油缸總成 0.12萬元，壽命 2 萬小時。解決了夾具翻轉軸（zhóu）翻轉平衡（héng）力不均帶來產品的質量及安全隱患。原進口 1 對傘齒輪價值人民（mín）幣 1.5 萬元，未做國產化改進前實際平均（jun1）壽命 1500 h，現在改進後每對傘（sǎn）齒輪價值人民幣 0.35 萬元，已運行（háng） 7500 h 無故障，預計持續使用（yòng） 3萬小（xiǎo）時以上。降低維修勞動強度數十倍，故障率基（jī）本為零。

3、 Y 軸（zhóu）滾（gǔn）柱絲杠（gàng）及組合軸承國產化改進（jìn）

滾珠絲杠是由絲杠及螺母 2 個配套組成的。其是工具機械和精密機械上最常使用的傳動元件，主要功能是將（jiāng）旋轉運動轉換成線性運動，或將扭矩轉換成軸向反複作用力，同時兼具高精度、可逆性和高效率的特（tè）點。滾珠返回方式主要（yào）有端蓋式、插（chā）管（guǎn）式和（hé）螺旋槽式。內循（xún）環滾珠均采用反向器（qì）實（shí）現滾珠循環，反向器的外輪廓和螺母上的切槽尺（chǐ）寸（cùn）精度要求較高，機床需要改進的Y 軸絲杠為（wéi）外循環模式。

3.1 技術改造背景

機床需要改進的滾珠絲（sī）杠支撐座是（shì）支撐連接絲杠和電機的軸承支撐座，因滾珠（zhū）絲杠副進給（gěi）傳動的潤滑狀態不（bú）良、工件受（shòu）重載切削導致軸向載（zǎi）荷太大（dà）、在使（shǐ）用超過 18 000～20 000 h 後（hòu）都會引起過載報警[7]。

3.2 技術改造思（sī）路

針對滾柱絲杠的故障現像，國產化設計時滾珠絲杠機構在運行時（shí）滾珠螺母不能承受徑向載荷（hé）或扭矩載荷，隻能承受沿絲杠軸向方（fāng）向（xiàng）的載荷，而且要注意使作用在（zài）滾珠絲杠副上的軸向載荷（hé）通過絲杠（gàng）軸心，設計時不能將徑向負荷、扭矩載荷直接施加到螺母上，否則會（huì）大大縮短滾（gǔn）珠絲杠機構的壽命或導致運行不良，因為徑向載荷或扭矩載荷會（huì）使絲杠發生彎曲，螺母中部分滾珠過載（zǎi），從而（ér）導致傳動不平穩、精度下（xià）降、壽命急劇縮短[8]。

3.3 關鍵技術要點

精（jīng）度（dù）等級、表麵粗糙度、單個螺距允（yǔn）差和定長（zhǎng）上的累積允差、外徑圓跳動允差。

3.4 具體技（jì）術要（yào）求（qiú）

具（jù）體技術要求如下：①軸承的徑向遊隙（xì）和軸向遊隙應符（fú）合GB 4604—1984 的規定；②軸承與軸的配合（hé）采用基孔製，軸承與外殼的配合采用基軸製；③軸（zhóu）承極限轉速 300 r/min，對應滾（gǔn）珠絲杠副快速移動線速度≥8～15 m/min[9]；④軸承套圈和滾子用GCr15 鋼製造，確保軸承套圈和（hé）滾子硬度值為 61 HRC；⑤組合軸承預載荷，預拉伸載荷（hé）大小在合適範圍（wéi）內。

3.5 實際使用效果

由於（yú）滾珠絲杠副的絲杠軸與絲杠螺母之間有很多滾珠在做滾動運動，所以能得到較高的運（yùn）動（dòng）效率。同時啟動力矩極小，不會（huì）出現滑動運動那樣的爬行現象，能保證實現精確的微進給。通過實際安裝（zhuāng）使用（yòng）後，整體性能達到進口同類產品的技術水平，滿足各項設計指標，擺脫對進口件依賴（lài）。

3.6 經濟價值體（tǐ）驗

原進口 1 套同型號的軸承價格約 1.42 萬元，現在改進後加工及裝配費用約 0.23 萬元。降低維修勞（láo）動強（qiáng）度數 10 倍，由（yóu）原每月平均維修（xiū） 12 h 延長到每年維修 20 h。

4、動力主軸總成國產化

機（jī）床的（de）主軸部件包括主軸及主軸兩端的支撐軸承和安裝在（zài）主軸上的傳動零件等。動力主軸部件（jiàn）是機床的重要部件，用來傳遞運動及扭矩，主要性能指（zhǐ）標為剛度、旋轉精度及速度適應性。為了實現自動換刀功能，刀具（jù）在主（zhǔ）軸上的自動夾緊和（hé）裝卸由刀（dāo）具的自動準停裝置和夾（jiá）緊裝置來（lái）實現。

4.1 技術改造背景（jǐng）

銑削（xuē）加工的進刀量（liàng）最（zuì）關鍵，每轉或（huò）每分（fèn）進給時（shí）切削量都不（bú）能過大，否則就要過載，而（ér）在生產（chǎn）實際（jì）中往往因為（wéi）生產任（rèn）務重，采取低速重載切削方式，導致主軸下端（duān）承（chéng）受重載切削，產生較大的徑向切削力（lì），同時主軸上端在同（tóng）步皮帶徑向拉緊的（de）作用（yòng）力下（xià）形成（chéng）一個（gè）較大的力矩，在主軸長期運轉後產生徑向位移，而該（gāi）機床主軸出廠時采用的主軸端部密封（fēng）方式為迷（mí）宮式防塵結構，其密封件與主軸的間隙很小，隻有 0.04 mm，因而當時（shí）間一長，磨損量達（dá）到間隙（xì）值時（shí）主軸便開始接觸端（duān）部的密封件，高速運轉產生摩擦高溫，導致主軸被研死甚至燒壞主軸。

4.2 技（jì）術（shù）改造思路

技術改造內容包括：①根（gēn）據現狀將重點放在改造設計（jì）防塵結構上；②根據其工（gōng）作原理、結構特點進行國產化；③對方案（àn）審核確立，開始著手（shǒu）關鍵零部件圖紙設（shè）計與繪製；④在國內選擇有（yǒu）加工能力的外協資源按設計（jì）要求進行零部件加工。

4.3 關（guān）鍵技術要點

以提高機床動力主軸平均使用壽命（mìng）為（wéi）攻關著眼點，針對原裝配方式及迷宮式（shì）防塵結構進行國產化改進（jìn）、主（zhǔ）軸重新國產化選型。

4.4 具體技術要求

技術要求如下：①動力主軸（zhóu）選用合金鋼，為了提高接觸剛度，防（fáng）止裝拆軸承時敲碰損傷軸頸的配合表麵，主軸軸頸必須有很高的硬度，采用低噪聲預緊滾動軸承；②進行裝配精度檢測，軸向（xiàng）竄動控製在 0.008 mm 以內、徑向跳（tiào）動控製在 0.005 mm 以內（nèi）；③主軸上端部采用間（jiān）隙可調密封防塵結構。

4.5 實際使用（yòng）效果

動力主軸總成部件進行國產化改進後，已投入使用接近25 000 h，至今沒有出現故障，始終運行穩定，各項技術指標全部達到設計預期，完全可以終生替代使用。

4.6 經濟價值體驗（yàn）

原進口一根動力主軸價值人民幣約 20 萬元，未做（zuò）國產化改進前實際平均壽命隻有 2000 h，現在改進後每個價（jià）值人（rén）民幣1.3 萬元，已運行 25 000 h 無（wú）故障，預計持續（xù）使用 50 000 h 以上。降低維修勞動強度數十倍，故障率基本為零。

5、結束語

通過對該機床的各項機械（xiè）部件（jiàn）進行（háng）國產化改造，機（jī）床的性（xìng）能和可靠（kào）性有了明顯的提（tí）升。不僅可為公司節約大量的設備（bèi）采購資金，降低維修成本，同（tóng）時提高了（le）產品的整體加工（gōng）質量。自改進後設備故障率較以前有了明顯的降（jiàng）低，設備運（yùn）轉效率得到了顯著（zhe）的（de）提高，既滿足了工藝技術的要求，又可縮短產品生產周期。

投稿箱：
如果您有機床行業、企業相關新聞稿件（jiàn）發表，或進行資訊（xùn）合作，歡迎聯係本網編輯部（bù），郵箱：skjcsc@vip.sina.com

更多相關信（xìn）息

名企（qǐ）推薦（jiàn）

業界視點（diǎn）

| 更多（duō）

行業（yè）數據

| 更多

博文選萃

| 更多