K654 三軸銑床的改（gǎi）造與維修-數控機床（chuáng）市場網

您現在的位置：銑（xǐ）床（chuáng）網> 加工與維修>K654 三軸銑床的改造與維修

K654 三軸（zhóu）銑床的改造與維（wéi）修

2022-8-11 來源：中石化江鑽石油機（jī）械有限公司作者：王建（jiàn）忠（zhōng）

摘要：數控機（jī）床的故障分析，診（zhěn）斷（duàn）與維修是數控機床使用過程中重要的組成部分，也是目前製約數控機床發揮作用的因素（sù）之一，在日（rì）常設備維修中，經常會遇到設備（bèi）故障，有時候甚至是疑（yí）難故障，直（zhí）接影（yǐng）響機床的（de）正常運行（háng）。

關鍵詞：數控機床；故障原因（yīn）；分析與排除；技術改造

0 引言

數控銑床是 80 年代初（chū）期從美國進口（kǒu）的銑齒機床，該設備已運行多年，現發現設備性能急速下降，結合設備的實際使（shǐ）用狀況，已充分證實設備（bèi）進入故障高發期，機械性能呈下降趨勢，導生（shēng）產線上硬件的（de）不（bú）足，製造係統產能壓力無法釋放，急（jí）需進行設備關鍵部件（jiàn）國產化改造與維修。

1 、機床存在的問（wèn）題

該機床使用長達 30 a，液壓（yā）係統閥件磨損，各個轉換油缸密封件老（lǎo）化，導致（zhì）係統竄油，壓力損失引起壓力波動。具體故（gù）障現象如下（xià）：

①機床夾具的 2 個軸定位鎖（suǒ）緊機構（gòu）誤差逐漸增大；

②機（jī）床液壓係統閥件磨損，各個轉換油缸（gāng）密封件（jiàn）老化，導致係統竄油，最終導致液壓係（xì）統工作不穩（wěn）定；

③夾具的 4 個夾具軸高度不一致；

④鎖緊裝置油缸蓋焊死後變形，致使每個活塞、缸體變形，鬆開、夾緊（jǐn）不同步，受力點發生變化導致一係列問題。

2、B 軸（zhóu）夾具及傳動機構的改（gǎi）進設計

機床夾具又稱卡具。是由定（dìng）位元件、夾緊裝置、對刀或引導元件、連接元件、夾具體組成的。定位元（yuán）件的作用是使工件在夾具中占據正確的位置。夾緊裝置的作（zuò）用是將工件壓緊（jǐn）夾牢，保證工件（jiàn）在加工過程中受到外力（lì）作用時不（bú）離開已經占據的正確位置。夾具體是夾具上的組成部分，需要通過一個基礎件使其聯接成為一（yī）個整體。

2.1 技（jì）術改造背（bèi）景

該設備使用長達近 30 a，機床各項（xiàng）精度值下降嚴重，夾具4 個軸等高不一致，造成工件加工尺寸（cùn）經常不合（hé）格因鎖緊裝置的油缸端蓋固定螺釘經常出現斷裂故障，在更換傘齒（chǐ）輪及傳動軸時，間隙調整困難，需要（yào）反複多次修磨隔墊，一（yī）根軸隻能鑽 3—5 次定位銷孔就不能（néng）用了，受進口零（líng）部件製約，維修周期長、費用高。

2.2 技術改造思路

技術改造思路是根據產品的加工要求用 6 個支撐點限製工件的自由度，使工件的夾緊力比較均勻，工件定位時，工件受（shòu）力變形小（xiǎo）；在裝夾工件時，工件受力方向為軸向，可提高（gāo）工件（jiàn）的加工精度。技術改造內容如下：

①按照夾具裝置的（de）結構及工（gōng）作原理，重新設計新的（de）結構、零件圖，編寫裝配技術要求；

②對 B1、B2、B3、B4軸（zhóu）進行解體、清洗、測繪，對磨損相關原因進行分析；

③運用激光幹涉儀對各夾具軸進行檢測並調（diào）整，保持高度一（yī）致；

④確（què）定傳動傘齒輪及傳動軸轉換及替代方案。

2.3 關鍵技術要點（diǎn）

關鍵技（jì）術要點如下：

①使用直（zhí）徑 125 mm 油缸替代原有液壓油缸，並配作連接液壓拉杆；

②確保降低壓力內泄損耗，將原（yuán）油缸分油器內的 O 形橡膠圈密封，改為間（jiān）隙液（yè）體密封；

③重新配（pèi）對加工傘齒（chǐ）輪；

④對傳動軸重新設計，全部采用公製標準（zhǔn）25×30 mm 標準漲緊環尺寸。

2.4 具體技術要求

夾（jiá）緊軸鎖緊機構：

①夾緊應不破壞工件的定位或（huò）產生過大的夾緊變形，防止工件在（zài）加工中產生振動（dòng）；

②足夠的夾緊行程，夾緊動作迅速，操縱（zòng）方便、安全省力（lì）；

③運用激光幹涉儀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；

⑤夾具結構簡單緊湊，製造、維修（xiū）方便（biàn）。

工件夾緊油缸（gāng）：

①使用直徑 125 mm 油缸替代原有液壓油（yóu）缸，並配作連接液壓拉杆；

②改（gǎi） O 形橡膠圈密封為間隙密封。

傳動（dòng）螺旋傘齒輪：

①傘齒輪重新配對加工（gōng）；

②對傳動軸重新設（shè）計，全部采用公製標準 25×30 mm 標準漲緊（jǐn）環尺寸。

2.5 實際使用效果

改造後的夾（jiá）具結構（gòu）比較（jiào）簡單（dān），便於拆裝，提高了工（gōng）件的夾緊力，避免了夾緊力的過於集中，解決（jué）加工（gōng）時產生（shēng）的位移問題。其次，降低了係統液壓油溫，提高了液壓係統的穩（wěn）定性（xìng）。傳動傘（sǎn）齒輪及傳（chuán）動（dòng）部件改造後，傳動平穩，工作可靠，耐磨損，壽命（mìng）長，各項技（jì）術指標全部達到設計預期，完全可（kě）以終生替代使用。

2.6 經濟價值體驗

此項改（gǎi）進（jìn）（7 套（tào））可節約 35 萬元，使得機械加工性（xìng）能得到鞏固與提升，整個設備技術壽命得到有（yǒu）效延長。節省了每 3000~5000 h 換（huàn） 1 組進口專用密封件的（de）費用，每次 1.25 萬元。進口油缸總成（chéng） 1 套 2.3 萬元，平均壽命（mìng）大約（yuē） 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 對傘齒輪價值人民幣（bì） 1.5 萬元（yuán），未做國產化改進前實際（jì）平均壽命 1500 h，現（xiàn）在改進後每對傘齒輪（lún）價值人民幣 0.35 萬元，已運行 7500 h 無故障（zhàng），預計持續使用 3萬（wàn）小時以上。降低維修勞動強（qiáng）度數十倍，故障率基本為零。

3、 Y 軸滾柱絲杠及組合軸承國產化改進

滾珠絲杠是由絲杠及螺母 2 個配套組成的。其（qí）是工具機械和（hé）精密機（jī）械上最常使用的傳動元件（jiàn），主（zhǔ）要功能是將旋轉運動轉換成線性運動，或將扭矩轉換成軸（zhóu）向反複作用力（lì），同時兼具高（gāo）精度、可逆性和高效率的特點。滾珠返回方（fāng）式主要有端蓋式、插管式和螺旋槽（cáo）式。內循環滾珠均采用（yòng）反向器（qì）實現滾（gǔn）珠循（xún）環，反向（xiàng）器的外輪廓和螺母上的切槽尺寸精（jīng）度要求較高，機床需要改進的Y 軸絲杠為外循環模式。

3.1 技（jì）術改造背景

機（jī）床需要改進的滾珠絲杠支撐座是支撐連（lián）接絲（sī）杠和電（diàn）機的軸承支撐座（zuò），因滾珠（zhū）絲杠副進給傳動的潤滑狀態不良、工（gōng）件（jiàn）受重載切削導致軸向載荷太大、在使用超過 18000～20000 h 後都會引起過載報警。

3.2 技術改造思路

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滾珠螺母（mǔ）不能（néng）承受徑向載荷（hé）或扭矩載荷，隻能承受沿絲杠軸向（xiàng）方向的載荷，而且（qiě）要注（zhù）意（yì）使（shǐ）作（zuò）用在滾珠絲杠副上的（de）軸向載荷（hé）通（tōng）過絲杠軸心（xīn），設（shè）計時不能將徑向負荷、扭矩載荷直接（jiē）施加到螺（luó）母上，否則會大大縮短滾（gǔn）珠絲杠機構的壽命或導致運行（háng）不良，因為徑向載荷或扭（niǔ）矩載荷會使絲杠發生彎（wān）曲，螺母中部分滾珠過載，從而導致傳（chuán）動（dòng）不（bú）平穩、精度下降（jiàng）、壽（shòu）命急（jí）劇縮短。

3.3 關鍵技術要點

精度等級、表麵粗（cū）糙度（dù）、單個（gè）螺距允差和定長上（shàng）的（de）累積允差、外徑（jìng）圓跳動允差。

3.4 具（jù）體技術要求

具體技術要求如下：

①軸承的徑向遊隙和軸向遊隙應符（fú）合GB 4604—1984 的規定；

②軸承與軸的配合采用基孔製，軸承與外殼（ké）的配合（hé）采用基軸製（zhì）；

③軸承極限轉（zhuǎn）速 300 r/min，對應滾珠絲杠副快速移動線速度≥8～15 m/min；

④軸承套圈和（hé）滾（gǔn）子用GCr15 鋼（gāng）製造，確保（bǎo）軸承套圈（quān）和滾子硬度值（zhí）為 61 HRC；

⑤組合軸承預載荷（hé），預拉伸載荷大小在合適（shì）範圍內。

3.5 實際使用效果

由於滾（gǔn）珠絲杠副（fù）的絲杠軸與絲（sī）杠螺（luó）母（mǔ）之間有很多滾珠在做滾（gǔn）動運動，所以能得到較高的運動效率。同時啟動力矩極小，不會出現滑動運動那（nà）樣的爬行現象，能保證（zhèng）實現精確的微進給。通過（guò）實際安裝使用（yòng）後，整體性能達到進口同類產（chǎn）品的技術水（shuǐ）平，滿（mǎn）足各項設計指標，擺脫對進口件依（yī）賴。

3.6 經濟價值體驗

原進口 1 套同型號的軸承價（jià）格約（yuē） 1.42 萬元（yuán），現在（zài）改進後加工及裝配（pèi）費用約 0.23 萬元。降低（dī）維修勞動強度數 10 倍，由原每月（yuè）平均維修 12 h 延長到每（měi）年維修 20 h。

4 、動力主軸總成國（guó）產化

機床的主軸部件包括主軸（zhóu）及主軸兩（liǎng）端的支撐軸（zhóu）承和安裝在主軸上的傳動零件等。動力主軸部件是機床的重要部件，用來（lái）傳遞運動及扭矩，主要性能指標為剛度、旋轉精度及速度適應性。為了（le）實現自動換刀（dāo）功能，刀具在（zài）主軸上的自動夾緊和裝卸由刀具的自動準停裝置和夾緊裝置來實現。

4.1 技（jì）術改造背（bèi）景

銑削（xuē）加工的進刀量最關鍵，每轉（zhuǎn）或每分進（jìn）給時（shí）切削量都不能過大，否則就要過載，而在生產實際中往往因為生產任務重，采取低速重載切削方式，導致主軸下端承受重載切削（xuē），產生較大的（de）徑向切削力，同時主軸上端在同步皮帶徑向拉緊的作用力下形成一個較大（dà）的力矩，在主軸長期（qī）運轉後產生徑向位移，而該機床主軸出廠時采用的（de）主軸（zhóu）端（duān）部密封方式為（wéi）迷宮式防塵結構，其密封件與主軸（zhóu）的間隙很小，隻有 0.04 mm，因而當時間一長，磨（mó）損量達到間隙值時主軸便開始接觸端部的密封件，高（gāo）速運轉產生摩（mó）擦高溫（wēn），導（dǎo）致主軸被（bèi）研（yán）死甚至燒壞主軸。

4.2 技術改造思路

技術改造內容包括：

①根（gēn）據現狀將重點放在（zài）改造設計防塵結構上；

②根據（jù）其工作原理、結構特點進行國產化；

③對方案（àn）審核確立，開始著（zhe）手關鍵零部件圖（tú）紙設計與繪製；

④在國內選擇有加工能力的外協資源按設計要求進行零（líng）部（bù）件加工。

4.3 關鍵技術要點

以提高機床動力主軸平均使用壽命為攻關著眼點，針（zhēn）對原裝配（pèi）方式及迷宮式防塵結構進行國產（chǎn）化改進、主軸重新國產（chǎn）化選型。

4.4 具體技（jì）術要求（qiú）

技術要求如下：

①動力（lì）主軸選用合金鋼，為了提高接觸（chù）剛度，防止裝拆（chāi）軸承（chéng）時敲碰損傷軸（zhóu）頸的配合表麵，主軸軸頸（jǐng）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（jīng）度檢測，軸向竄動控（kòng）製在 0.008 mm 以內（nèi）、徑向跳（tiào）動控製在（zài） 0.005 mm 以內；

③主軸上端部采（cǎi）用間隙可調密封防塵結構。

4.5 實際使用效果

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

4.6 經濟價（jià）值體驗

原進口一根動力（lì）主軸價值（zhí）人民幣約 20 萬元（yuán），未做國產化改進前實際平均壽命隻有（yǒu） 2000 h，現在改進後每個價值人民幣1.3 萬元，已運行 25000 h 無故障，預計持續使用 50000 h 以上（shàng）。降低維修勞動強度數十倍（bèi），故障率基本為零。

5 、結束語

通過對該機床的各項機械部件進行（háng）國產化改造，機床的（de）性能和可靠性有了（le）明顯的提升。不（bú）僅可為公司節約（yuē）大量的設備采購（gòu）資金（jīn），降低維修成（chéng）本，同時（shí）提高了（le）產品的整體加工質量。自改進後設備故障率（lǜ）較以前（qián）有了明顯的降低，設備運（yùn）轉效率（lǜ）得到（dào）了顯（xiǎn）著的提，既滿足了工藝技術的（de）要求，又可縮（suō）短產品生產周期。

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

更多相關信息

名企推薦

業界視點

| 更多

行業數據

| 更多

博文選萃

| 更多