3.5m數控銑床故障處理及改造

3.5m數控銑床C軸進給運動時工件抖動，分度精度超差，檢查發(fā)現C軸傳動鏈中間連接部分傳動失效，同時蝸輪蝸桿對中性出現偏差，經過維修及改造，恢復了機床功能及精度。1.序言本公司購入3.5m數控重型臥式銑床后，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，共有車削和銑削兩個刀架；采用西門子840D系統(tǒng)，全閉環(huán)控制，可實現銑削刀架X、Y、Z三個方向的移動及主軸C軸分度運動的4軸聯動。在近期使用過程中，機床主軸C軸分度運動時工件出現明顯抖動，且分度運動精度嚴重超差，已無法滿足生產要求。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—油缸實現，主傳動變速油缸采用差動油缸形式，撥叉設有3個位置：一擋、空擋、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（油缸控制）—斜齒圓柱齒輪—主軸。雙電動機分別驅動兩條傳動鏈，通過雙側齒輪消除反向間隙。蝸輪空套在傳動軸上，左側梳齒盤與蝸輪通過螺紋聯接，右側梳齒盤與主軸通過花鍵周向傳動，油缸控制右側梳齒盤軸向的移動。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)未出現異常，但蝸輪齒面單側磨損嚴重，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壁與減速器軸緊密聯接，進行拆解后發(fā)現結合面嚴重磨損。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明顯偏差，蝸輪齒面單側磨損嚴重，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)聯接部分磨損失效為消除蝸桿軸內壁與減速器軸的間隙，需先將磨損的蝸桿軸內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?75mm，磨損最嚴重處尺寸分別為?74.4mm、?75.5mm?？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，薄壁軸套內孔加工至?73+0.03/0mm，減速機軸加工至?73+0.03/0mm，兩者過渡配合，空心軸內孔加工至?75.5+0.03/0mm。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接采用螺紋緊固的形式，用內六角圓柱頭螺釘，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構對減速機軸進行鎖緊，將螺釘擰至如圖2所示位置即可鎖死減速機軸轉動。在數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孔加工完成后，由于薄壁結構剛度及強度較小，再單獨加工其外圓會導致已加工的內孔變形，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?75.5+0.03/0mm與空心軸內孔過渡配合?？紤]到磨損原因為該部分脹環(huán)聯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，特增加銷聯接結構，在減速機軸和空心軸上加工出銷孔，根據軸徑尺寸，選擇?20mm圓柱銷，保證足夠的聯接強度。3.2蝸輪蝸桿對中性出現明顯偏差蝸輪與主軸部分的聯接如圖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油缸控制，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3C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，適宜采用軸向可調整的補償方法。根據現有結構特點，考慮到加工成本、加工時間和加工工藝性，最終選擇在蝸輪上打螺紋孔，通過螺釘來調節(jié)蝸輪軸向位置。根據現有結構尺寸，左側推力軸承外徑為?240mm，右側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推力軸承產生干涉，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.維修及改進效果經過維修與改造，蝸桿軸與減速器軸脹環(huán)聯接處表面質量得到修復，薄壁套筒滿足其過渡配合，保證了傳動平穩(wěn)性和可靠性，增加的銷聯接結構進一步增加聯接強度，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