技術(shù)中心2024-12-21
摘要：分析XKA2425×40 數(shù)控龍門銑床主軸定向精度差的原因，給出解決問題的方法，并提出設(shè)備維修保養(yǎng)的相應(yīng)措施。
0 引言
一臺XKA2425×40 數(shù)控龍門銑床，已投入使用多年，該機床帶有加長、直角、增速附件頭，并通過程序?qū)崿F(xiàn)自動更換附件頭。某次準(zhǔn)備自動更換附件頭時，主軸頻繁正、反向低速小角度局部轉(zhuǎn)動且不能停止，無法更換附件頭。
一臺XKA2425×40 數(shù)控龍門銑床，已投入使用多年，該機床帶有加長、直角、增速附件頭，并通過程序?qū)崿F(xiàn)自動更換附件頭。某次準(zhǔn)備自動更換附件頭時，主軸頻繁正、反向低速小角度局部轉(zhuǎn)動且不能停止，無法更換附件頭。
1 主軸定向功能與主軸定向傳動
1.1 主軸定向功能
主軸通常只進行速度控制，但在特定的情況下也需要對主軸進行位置（角度）控制。如數(shù)控龍門銑床自動換附件、加工中心自動換刀、鏜孔加工中因工藝要求而需要讓刀、以及數(shù)控車床在裝夾工件（車削螺紋有始止要求）時，都需要主軸準(zhǔn)確地停在一個特定的位置（角度）上，即通常所說的主軸定向功能。按控制方式不同，主軸定向可分為機械減速定向、電氣減速定向、電氣減速磁感應(yīng)定向、電氣減速機械定向、液壓（或氣動）定向。XKA2425×40 數(shù)控龍門銑床主軸定向?qū)儆跈C械減速定向。
1.1 主軸定向功能
主軸通常只進行速度控制，但在特定的情況下也需要對主軸進行位置（角度）控制。如數(shù)控龍門銑床自動換附件、加工中心自動換刀、鏜孔加工中因工藝要求而需要讓刀、以及數(shù)控車床在裝夾工件（車削螺紋有始止要求）時，都需要主軸準(zhǔn)確地停在一個特定的位置（角度）上，即通常所說的主軸定向功能。按控制方式不同，主軸定向可分為機械減速定向、電氣減速定向、電氣減速磁感應(yīng)定向、電氣減速機械定向、液壓（或氣動）定向。XKA2425×40 數(shù)控龍門銑床主軸定向?qū)儆跈C械減速定向。
1.2 主軸定向傳動系統(tǒng)
數(shù)控龍門銑床主軸使用端面銑刀，刀盤直徑大，需要的切削力、切削扭矩也大。加工鋁質(zhì)材料需要較高的轉(zhuǎn)速以保證表面光潔度，數(shù)控龍門銑床通常采用變速箱滿足扭矩、轉(zhuǎn)速的要求，將主軸速度分為高速輕切削（Ⅰ擋）和重力切削（Ⅱ擋）2個擋位。
數(shù)控龍門銑床主軸使用端面銑刀，刀盤直徑大，需要的切削力、切削扭矩也大。加工鋁質(zhì)材料需要較高的轉(zhuǎn)速以保證表面光潔度，數(shù)控龍門銑床通常采用變速箱滿足扭矩、轉(zhuǎn)速的要求，將主軸速度分為高速輕切削（Ⅰ擋）和重力切削（Ⅱ擋）2個擋位。
1.3 主軸定向傳動鏈
（1）重力切削時，主軸伺服電機轉(zhuǎn)速/24×24/60×47/78×27/72×47/47；高速輕切削時，主軸伺服電機轉(zhuǎn)速/24×24/60×47/78×78/47×47/47。見圖1。
（2）主軸轉(zhuǎn)速的擋位切換可以在操作面板上手動操作，使用2 個帶互鎖功能的“高速輕切削（I 擋）”、“重力切削（II 擋）”鍵。也可在編程時用M41 指令實現(xiàn)重力切削、M42 指令實現(xiàn)高速輕切削的切換。
（1）重力切削時，主軸伺服電機轉(zhuǎn)速/24×24/60×47/78×27/72×47/47；高速輕切削時，主軸伺服電機轉(zhuǎn)速/24×24/60×47/78×78/47×47/47。見圖1。
（2）主軸轉(zhuǎn)速的擋位切換可以在操作面板上手動操作，使用2 個帶互鎖功能的“高速輕切削（I 擋）”、“重力切削（II 擋）”鍵。也可在編程時用M41 指令實現(xiàn)重力切削、M42 指令實現(xiàn)高速輕切削的切換。
圖1 主軸定向傳動圖
2 主軸定向傳動誤差原因分析
XKA2425×40 數(shù)控龍門銑床在準(zhǔn)備自動更換附件時，發(fā)生主軸小角度頻繁正反轉(zhuǎn)動、不能停止，主軸定向沒有實現(xiàn)在設(shè)定角度停止，分析原因是主軸定向傳動鏈中間隙增大，傳動鏈中主軸上的編碼器與主軸伺服電機的編碼器發(fā)出的指令沒有得到實現(xiàn)、相互糾正仍不能滿足。
2.1 軸、齒輪與鍵的配合間隙
切削加工（主軸高速重力切削時突然停止產(chǎn)生的強力沖擊、斷續(xù)切削產(chǎn)生的沖擊）過程中，傳動鏈中的軸、齒輪與鍵聯(lián)接部位配合面長期使用變形、磨損造成配合間隙增大。本次故障主要原因是鍵受損變形、磨損明顯（圖2）。傳動鏈中的軸、齒輪聯(lián)接配合軸徑與孔徑因磨損間隙增大。主軸高速重力切削突然停止強力沖擊、斷續(xù)切削沖擊使軸產(chǎn)生變形，造成齒輪中心距變化。
切削加工（主軸高速重力切削時突然停止產(chǎn)生的強力沖擊、斷續(xù)切削產(chǎn)生的沖擊）過程中，傳動鏈中的軸、齒輪與鍵聯(lián)接部位配合面長期使用變形、磨損造成配合間隙增大。本次故障主要原因是鍵受損變形、磨損明顯（圖2）。傳動鏈中的軸、齒輪聯(lián)接配合軸徑與孔徑因磨損間隙增大。主軸高速重力切削突然停止強力沖擊、斷續(xù)切削沖擊使軸產(chǎn)生變形，造成齒輪中心距變化。
圖2 磨損變形的鍵
2.2 齒輪面精度降低
數(shù)控龍門銑床主軸傳動鏈齒輪配合面，因長期使用及潤滑不足造成磨損，導(dǎo)致精度降低，配合間隙增大，與主軸高速重力切削突然停止強力沖擊、斷續(xù)切削沖擊使傳動鏈齒輪配合面受力不均勻，產(chǎn)生齒面變形影響嚙合精度。本次故障次要原因是潤滑不足，齒面正轉(zhuǎn)方向有輕微磨損印跡。
2.3 軸、編碼器與聯(lián)軸器的配合間隙
軸、編碼器與聯(lián)軸器聯(lián)接的配合面，因振動造成松動，產(chǎn)生退讓造成間隙增大，表現(xiàn)為軸鍵槽變形磨損、鍵的磨損、聯(lián)軸器變形失效。
2.4 軸承精度降低
傳動鏈中的軸承長期使用造成的磨損，軸承鋼珠磨損變小、軸承彈導(dǎo)磨損變大造成軸承間隙增大。潤滑不足、密封不良、潤滑油變質(zhì)造成軸承加速磨損、精度降低引起軸承間隙增大。
傳動鏈中的軸承長期使用造成的磨損，軸承鋼珠磨損變小、軸承彈導(dǎo)磨損變大造成軸承間隙增大。潤滑不足、密封不良、潤滑油變質(zhì)造成軸承加速磨損、精度降低引起軸承間隙增大。
3 主軸定向?qū)Σ鹦?、裝配、試車的要求
設(shè)備拆卸過程中，要認(rèn)真觀察裝配關(guān)系，重點部位進行拍照并用劃線標(biāo)識標(biāo)記相互位置；清洗干凈所有拆卸的零件并整齊有序擺放，仔細檢查零件狀態(tài)，特別是鍵、鍵槽、齒輪接觸面、軸承、軸、聯(lián)軸器配合滑動部位，將變形部位可以修整的先修整,再配做配合件，加工并更換損壞件，裝配過程控制配合面間隙，保證滑動部件靈活可靠，傳動部件沒有沖擊。潤滑管路暢通無滲漏。安裝后，檢查保證潤滑充分到位，主軸從200 r/min 開始運轉(zhuǎn)≥1 h，運轉(zhuǎn)時對運行狀態(tài)進行觀察處理，正常后每次增加200r/min 運行到最高轉(zhuǎn)速。
4 提高主軸定向精度的措施
（1）加工中心、數(shù)控龍門銑床在編寫加工程序時，杜絕主軸從高速突然降為零的方式，應(yīng)采用分級逐步降低，減少沖擊對傳動鏈精度的損壞，如1000→800→600→400→200→0（r/min）。
（2）大型結(jié)構(gòu)件加工前裝夾固定時，合理分布支撐緊固點，增加剛性、降低加工振動，采用合理切削參數(shù)。
（3）設(shè)備合理維護、定期保養(yǎng)，日常檢查逐一觀察潤滑情況。
（4）條件許可時，適當(dāng)提高主軸傳遞鏈中齒輪精度、齒輪齒面硬度。
（1）加工中心、數(shù)控龍門銑床在編寫加工程序時，杜絕主軸從高速突然降為零的方式，應(yīng)采用分級逐步降低，減少沖擊對傳動鏈精度的損壞，如1000→800→600→400→200→0（r/min）。
（2）大型結(jié)構(gòu)件加工前裝夾固定時，合理分布支撐緊固點，增加剛性、降低加工振動，采用合理切削參數(shù)。
（3）設(shè)備合理維護、定期保養(yǎng)，日常檢查逐一觀察潤滑情況。
（4）條件許可時，適當(dāng)提高主軸傳遞鏈中齒輪精度、齒輪齒面硬度。
參考文獻
［1］ 中國機械工程學(xué)會設(shè)備維修分會.設(shè)備工程實用手冊［M］.北京：中國經(jīng)濟出版社，1999.
［2］ 王紅萍.機械設(shè)備故障診斷技術(shù)與應(yīng)用［M］.西安：西北工業(yè)大學(xué)出版社，2001.
［1］ 中國機械工程學(xué)會設(shè)備維修分會.設(shè)備工程實用手冊［M］.北京：中國經(jīng)濟出版社，1999.
［2］ 王紅萍.機械設(shè)備故障診斷技術(shù)與應(yīng)用［M］.西安：西北工業(yè)大學(xué)出版社，2001.
