數控重型臥式車床主軸錐孔研傷后的修復方法
2019-4-25 來源：中國一重設備能源管控中心設備維修廠 作者：雍強龍
摘 要: 分析歸納粗加工重型數控臥式車床主軸錐孔研傷的原因。以200 t粗加工數控臥式車床為例，介紹了主軸錐孔研傷后的修復方法。為今后粗加工重型臥式車床主軸錐孔研傷后的修復提供了一種既便捷又高效的方法。
關鍵詞: 粗加工;數控臥式車床;錐孔;頂尖;修復
目前，重型臥式車床所使用的頂尖主要分為無法蘭式長尾錐和法蘭式短尾錐兩大類，普通重型臥式車床采用的頂尖為無法蘭式長尾錐頂尖，而數控重型臥式車床采用的則是法蘭式短尾錐頂尖。由于無法蘭式長尾錐頂尖與主軸錐孔的接觸長度較長，承載的力大，穩定性好，這就決定了普通重型臥式車床在粗加工活件的過程中很少出現主軸錐孔研傷現象;而法蘭式短尾錐頂尖與主軸錐孔的接觸長度短，使用此種頂尖的數控重型臥式車床只適用于活件的半精和精加工，為了適應于當前市場和生產等因素，使用法蘭式短尾錐的數控重型臥式車床越來越多參與活件的粗加工，當出現主軸錐孔與頂尖尾錐接觸率達不到要求時，一旦頂尖法蘭上的把合螺栓剪斷或者缺失后，在加工活件的過程中操作者不能及時發現，時間一長，就會造成數控重型臥式車床主軸錐孔和頂尖尾錐研傷，在重載下一旦出現研傷，兩者的研傷面比較嚴重，最終造成頂尖報廢，主軸錐孔需要修復。
1、機床所用頂尖的分類
1．1 無法蘭式長尾錐頂尖
普通重型臥式車床采用的頂尖為無法蘭式長尾錐頂尖，如圖1所示。此類頂尖尾錐常用的錐度有1∶7、1∶8和1∶10，尾錐長度按照機床噸位不同在200～400 mm不等，尾錐大端直徑也隨噸位逐漸增大。由于頂尖尾錐比較長，與主軸錐孔接觸率大，承載力大，穩定性好，在安裝時只要保證尾錐的接觸率達到75%以上，大端接觸良好即可，無需專項維護保養。在粗加工活件過程中頂尖和主軸錐孔出現研傷的概率極低。
圖1 無法蘭式長尾椎頂尖
1．2 法蘭式短尾錐頂尖
數控重型臥式車床采用的頂尖為法蘭式短尾錐頂尖，如圖2所示。此類頂尖尾錐的錐度為1∶4，尾錐長度按照機床噸位不同在50～180 mm不等，尾錐大端直徑也隨噸位逐漸增大。由于頂尖的尾錐比較短，安裝過程要求比較嚴格，必須保證尾錐接觸率達到75%以上，大端接觸良好;在緊固法蘭上螺栓對頂尖產生預緊力后，頂尖法蘭端面和主軸端面之間間隙必須消除。如果以上兩方面不能同時滿足，數控重型臥車在粗加工活件的過程中由于諸多因素就會造成頂尖法蘭螺栓被剪斷，操作者不能及時發現，在重載下就會造成頂尖尾錐和主軸錐孔大面積研傷。
圖2 法蘭式短尾椎頂尖
2、主軸錐孔研傷原因分析
2．1 頂尖自身結構
數控重型臥式車床采用的頂尖為法蘭式短尾錐頂尖，此類頂尖只適應于機床對活件的半精和精加工，不適用于機床對活件的粗加工。
2．2 中心孔同軸度
粗加工活件兩端中心孔同軸度相差過大。鍛造的活件表面不規矩，劃線工劃線的輔具、業務水平等諸多因素造成毛坯上加工出來的兩端中心孔同軸度相差過大，這樣的活件一旦上機床，就會對主軸頂尖產生一個額外的力矩，加之頂尖尾錐接觸率較小，時間一長，就會對主軸錐孔產生擠壓變形。
2．3 頂尖的維護和保養
機床操作者對頂尖的維護保養不到位。在粗加工活件過程中，頂尖法蘭上的把合螺栓易松動，甚至有時丟失，要求機床操作者在上卸活和活件調頭時補齊缺失的螺栓，并緊固螺栓。在機床粗加工活件過程中頂尖螺栓缺失和松動時常出現。頂尖法蘭上的把合螺栓一旦松動，頂尖和主軸之間的預緊力就會消失，由于頂尖尾錐很短，頂尖與主軸就會發生相對轉動，最終造成頂尖尾錐和主軸1∶4錐孔大面積研傷。
2．4 裝卡面要求
對于粗加工活件，在上機床粗加工之前，必須銑至少兩個合理的裝卡面。由于不銑裝卡面或者只銑一個裝卡面，活件時常與主軸產生相對轉動，極易造成頂尖和主軸錐孔出現研傷。
2．5 維修方面的因素
2．5．1 主軸頂尖法蘭上把合螺栓全部被剪斷后，如果不能從根源上分析問題和解決問題，而是忙于取出斷在主軸上的螺栓，螺栓取出后重新換一批新螺栓把合頂尖，讓機床重新加工活件，久而久之，造成故障進一步擴大，最終造成頂尖尾錐和主軸錐孔出現研傷。
2．5．2 當機床主軸頂尖前端75°/90°錐面出現嚴重研傷或者損壞后不能滿足機床生產需要時，需要更換新頂尖，在更換新頂尖時如果所換頂尖達不到頂尖所需的檢驗標準也會造成頂尖尾椎和主軸錐孔出現研傷。
以上五方面因素是造成粗加工數控重型臥車主軸1∶4錐孔出現大面積研傷的主要原因。
3、主軸1∶4錐孔研傷后的修復方法
200 t粗加工數控臥車主軸錐孔大端大面積研傷，如圖3所示。主軸頂尖尾椎大端大面積研傷，如圖4所示。
粗加工數控重型臥式車床雖然是數控機床，但機床一直承擔著大型軸類零件毛坯的粗加工序，由于毛坯表面的不規矩性、加工過程中大走刀量和切削深度，造成機床各部精度嚴重下降，尤其是刀架各部間隙比較大。一旦主軸錐孔出現嚴重研傷后，需拆卸主軸上精度比較高的精加工機床車磨主軸1∶4錐孔，拆卸主軸必須先拆掉主軸箱和主軸上的各種附件，拆卸過程既費時又費力，還會對機床主軸造成二次傷害;對于靜壓結構的主軸，在拆卸和安裝過程極易造成靜壓軸瓦研傷。
圖3 200 t粗加工數控臥車主軸錐孔大端研傷
圖4 主軸頂尖尾椎大端研傷
為了既省時又省力，避免對機床造成二次傷害和提高維修進度，采用不拆卸主軸，機床利用自身刀架完成對主軸1∶4錐孔的車磨序。由于粗加工機床刀架X、Z軸間隙較大，編程后理論軌跡與實際軌跡相差甚遠，這對加工主軸錐孔帶來了一定困難。這就要求采用的加工方法在機床運行編程前必須消除X、Z軸的反向間隙，此種加工方法加工出來的實際軌跡才能逼近理論軌跡，降低在磨削過程中的改錐度次數，提高維修進度。
3．1 主軸錐孔檢驗標準
合格主軸錐孔的檢驗標準為:
(1) 涂色檢查，在圓周和長度上接觸率均需達到70%以上，且錐孔大端接觸良好。
(2) 頂尖和主軸兩端面之間預留0．10～0．15mm間隙，加力后消除。
3．2 研傷后的修復方法及工藝
以200 t粗加工數控臥車為例:
3．2．1 加工前的準備工作
拆卸機床卡盤上四個卡體等附件，使用稀油擦拭干凈新頂尖尾錐和端面上的防銹油。
3．2．2 焊序
(1)條件允許的情況下使用氬弧焊或者氣保焊補焊研傷的機床主軸錐孔，單邊補焊量需大于3 mm。反之，使用J507普通焊條補焊。
(2)使用電焊取出所有斷螺栓。
3．2．3 車序
上加長刀桿找正中心高后:
(1) 以最小量平主軸上安裝頂尖的端面見平即可。
(2) 按1∶4錐度車補焊后的主軸錐孔，要求錐孔大端尺寸車至254 mm(主軸頂尖尾錐大端尺寸為256 mm，留2 mm磨量)。
3．2．4 攻絲
使用絲錐重新逐個攻主軸上把合頂尖的絲孔。
3．2．5 磨序
車序完成后，上磨頭，找正中心高后，按1∶4錐度磨主軸錐孔，采用從錐孔小端到大端編程磨削(即采用倒磨)，這種磨削方法在走程序前可以盡量排除刀架X、Z軸反向間隙。當主軸錐孔在整個長度和圓度上粗糙度達到Ｒa0．8μm后，頂尖尾錐涂色配研主軸錐孔。安裝頂尖后，必須對稱把合頂尖上12個螺栓，并緊固到位。
3．2．6 檢驗與判斷
螺栓緊固到位后，測量頂尖端面和主軸端面之間的間隙，測完間隙后，拆卸頂尖，檢查頂尖尾錐與主軸錐孔的接觸率。
(1)當主軸錐孔接觸率達到檢驗標準，且兩端面之間間隙在0．10～0．15 mm之間時，即可達到要求，停止磨序。
(2)當主軸錐孔接觸率達到檢驗標準，而兩端面之間間隙大于0．15 mm時，即采用原程序(不改變任何數值和錐度值)和原方法重復磨主軸錐孔直至兩端之間間隙達到要求停止磨序。在磨削的過程中需要多次上頂尖測量。
(3)當主軸錐孔接觸率達不到檢驗標準時，按照著色情況小值(一般改動0．05～0．10 mm)改動錐度值(即改動程序中的X軸數值，其它數值和磨削方法不變)，重復磨主軸錐孔直至接觸率達到檢驗標準，且兩端面之間間隙在0．10～0．15 mm之間，停止磨序。改動錐度值之后，當錐孔在整個長度上均磨削到后，需要及時安裝頂尖配研主軸錐孔，并測量兩端面之間間隙。
3．2．7 頂尖的安裝
使用稀油擦拭頂尖和主軸錐孔各部，安裝頂尖，對稱緊固頂尖上所有把合螺栓，采用外力消除頂尖和主軸兩端面之間的間隙，再重新對稱緊固所有頂尖把合螺栓，上卡體加工活件。在日常上卸活的空余時間，需要勤檢查頂尖把合螺栓，并及時緊固和補齊螺栓。
3．3 修復過程中的數值采集
采用的磨削方法雖然在走程序前排除了X、Z軸反向間隙，但在磨削的過程中刀架各部還是有間隙存在，再加之在磨削過程中砂輪的磨損和磨頭自身誤差等原因，需要多次改動錐度值重復磨序才能達到要求。
4、結論
經過一周時間，完成了200 t粗加工數控重型臥式車床主軸1∶4錐孔的修復工作，修復后主軸錐孔與頂尖尾錐在長度和圓周方向的接觸率均達到了80%以上，且大端接觸良好;兩端面預留0．15 mm間隙，并在加壓的作用下完全消除。為今后重型臥式車床主軸錐孔研傷后的修復提供了一種既便捷又高效的方法，具有很大的推廣價值。
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