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卧式加工中心镗孔圆度差怎么办?

  卧式加工中心主要用于箱体的加工,有时会碰到加工圆度超差的问题,主要是主轴刀具松紧机构、滚珠丝杠间隙、主轴轴承预紧不够原因所致。镗孔圆度超差的故障涉及到工艺系统的很多方面,机床自身机械方面的原因,是首先应检查的主要因素。
 
  一、主轴刀具拉紧力不够
 
  各种加工中心主轴刀具锁紧机构基本上大同小异,大多采用液压或气压松开,靠碟形弹簧回复力拉紧刀具。碟形弹簧长期使用会产生疲惫和损坏,导致对刀具的拉紧力下降。在镗孔过程中由于切削力的作用会使刀具产生松动,从而出现孔尺寸不稳定以及孔圆度超差的故障。假如不能确认镗孔圆度超差是由主轴碟形弹簧引起,可以先采用压力调整法进行试验,再结合其他检验来判定,避免盲目拆卸主轴松刀机构。
 
  卧式加工中心加工的箱体上轴承孔圆度误差0.045mm,在排除了其他因素的影响之后,对松刀机构进行检验。
 
  先调整液压系统压力,由系统设置的6.3MPa逐渐往下降,每降低0.5MPa,对松刀情况进行检验看松刀是否到位;当压力降到4MPa时,松刀机构卡爪的位移出现状况,刀具不能松开。
 
  正常情况下假如系统压力低于5.8MPa时,就不能正常装卸刀具了;假若松刀机构位移(即松刀行程)不变,而弹簧的回复力与压缩弹簧液压缸的压力成正比,松刀所需要的液压压力降低证实弹簧的刚度降低了,这实际上说明碟形弹簧有状况。
 
  拆卸主轴刀具松紧机构,会发现部分碟形弹簧损坏,对其进行全部*换,将锁母压紧到松开前的位置。安装后,松刀所需的压力恢复到正常的5.8MPa左右,再次进行镗孔测试,圆度误差减至0.01mm以内则恢复到正常水平。
 
  还有一种可能的情况是碟形弹簧并未损坏,但由于疲惫而刚度下降,通过调紧碟形弹簧的压紧锁母也可以增加刀具拉紧力。但留意不要影响松刀机构爪子的松开及锁紧位置,否则会造成刀具无法正常装卸,造成新的故障隐患。假如确是这种情况,仍然建议*换全部碟形弹簧,以确保刀具锁紧可靠。
 
  二、主轴轴承未有效预紧
 
  加工中心镗孔圆度超差,一般*直接的原因与主轴旋转精度有关,主轴旋转精度主要是靠主轴轴承来保证的,加工中心的主轴组件有多种结构形式,由于需要满足高速、重载、精密的现代加工要求,加工中心主轴前轴承多采用三个角接触球轴承组合,并承受双向的轴向载荷,对于这种配置的轴承的预紧,存在是否有效的隐患。
 
  卧式加工中心在加工壳体零件的轴承孔时,圆度误差0.03mm,几乎接近孔径公差,所以操纵工很难保证该孔的尺寸要求。经过对主轴径跳的静态检验,均符合该机床的精度指标要求,证实主轴轴承精度保持正常水平,同时也排除了刀具、夹紧力的影响。模拟主轴加工受力状况,将百分表压在镗刀杆的端部外圆面上,距主轴端面300mm左右,通过对镗刀杆人为推动施加外力,力的方向朝着表头压下的方向,可以看到百分表针有0.05mm左右的摆动。所以以为是主轴轴承预紧不够,在零件的加工过程中,由于受切削力的作用造成主轴径跳加大,从而影响镗孔圆度。
 
  主轴轴承为三套角接触球轴承,通过内外两个隔环组合在一起。但是在对预紧锁母施加预紧力之后,仍不能得到应有的预紧效果。
 
  由于轴承经过长时期磨损之后,轴向间隙加大,无论在轴承1的内环上施加力有多大,都无法使轴承2、3的内环随主轴产生位移来消除间隙,因此也就无法对主轴有效预紧。
 
  根据力平衡原理,轴承1的轴向力应即是轴承2、3的轴向力之和,当轴向施加外载荷后,轴承2、3的轴向载荷增加,轴承1的载荷则减小,三个轴承的载荷分配趋向均匀。成套供给的新轴承有很高的精度,基本可以保证轴承2和3有大体相同的预紧量,即受力比较均匀。
 
  在长期使用后,轴承2和3也基本有大体相同的磨损量,实在只需对轴承1和2之间的内隔环进行配磨,就可补偿轴承的轴向间隙,使得在轴承1和2与外隔环相互接触时,而内隔环与轴承内圈之间留有一定间隙,压紧后即可得到要求的预紧力。
 
  因此解决的方法有两个:一是*换轴承;二是通过修配隔环使主轴预紧。考虑到轴承的精度还没有丧失,还是采取修配隔环使主轴预紧较好。
 
  由于在实际操纵中面临丈量方面的困难,将内隔环的长度由121.35mm修磨到121.25mm。安装后以120N·m左右的力矩旋紧锁母来压紧轴承,留意预紧力不要太大,可根据机床要求的力矩设置。由于轴承1、2和内隔环之间可能压紧后仍存有间隙,预紧力过大会造成轴承发热,若无丈量力矩的装置,盘动主轴略有阻尼感觉即可。
 
  此后经过测试及现场切削加工证实,此方法可行,同样镗Ф80mm的孔,圆度误差由0.03mm减小到0.005mm,完全满足零件的加工要求。
卧式加工中心镗孔圆度差怎么办
 
  三、坐标轴间隙导致的镗孔圆度超差
 
  加工中心坐标轴的间隙,在很大程度上影响机床运行的稳定性,是引起机床运行抖动的重要原因。在半闭环控制系统中,系统只检测电机输出某个位置,对坐标轴的实际位置并不检测,即使加进间隙补偿,也只是保证反向运行的精度,并不能纠正坐标轴停止后的位置变化。尤其是轻系列的加工中心,大都采用直线导轨,具有运动轻便灵活、负载轻的特点,
 
  但这类机床坐标轴抗振性较差,对间隙的反应很敏感,极易受到切削力的影响,在镗孔过程中也会引起圆度超差现象。
 
  卧式加工中心采用直线导轨半闭环控制系统,在加工行星架的三个齿轮轴的安装孔时,同一把镗刀加工圆周方向均布的三个相同尺寸的孔大小不一样。进一步精测发现,三个孔的圆度都有不同程度的超差,误差大的0.03mm,小的0.02mm。但总是呈一定规律分布,圆度超差的方向上一致,都是在Y轴方向上尺寸小,X方向上尺寸基本没有变化,通过对Y轴监测,发现在镗孔过程中Y轴有稍微抖动,且抖动的频率与主轴转速一致,对Y轴进行检验,发现Y轴反向间隙超过0.07mm,X轴反向间隙为零。因间隙的存在,使工作台在切削力的作用下,Y方向产生让刀现象,是造成镗孔圆度超差的主要因素。检查Y轴滚珠丝杠正负方向运动的窜动量基本为零,支撑的预紧没有问题,确认0.07mm的间隙是由丝杠的螺母产生,该螺母为双螺母垫片调隙结构,如图2所示:
 
  可通过加厚垫片厚度,使两螺母向撑开的方向产生轴向位移,达到消除间隙的目的。根据丈量的结果,先取出两个螺母之间的连接键块,将两螺母旋开一点,参照垫片的圆环尺寸,将0.07mm厚的铜皮剪成合适的半圆环,紧贴着垫片装进,随即旋紧两螺母,用键块压紧。完成安装之后,验其反向间隙在0.01mm以内,达到了消除间隙的目的。再次进行零件的加工试验,Y轴抖动现象消失。
 
  四、结论
 
  卧式加工中心镗孔圆度超差原因,在机械维修中固然不是很复杂的题目,但与类似传动部件失效、零件损坏、卡死等故障不同。镗孔圆度超差可以是机床的原因,也可以是刀具、夹具以及零件材料的原因,还可能是几种因素共同影响所致。
 
  以上列举的导致镗孔圆度超差的几个原因及解决途径只是个例,实际中碰到的情况可能不尽相同,但只要针对具体故障,密切关注不同机床的特征与故障现象之间的联系,具体状况具体分析,通过试验、丈量及现实的一些手段,找出影响圆度题目*主要的因素,故障的解决就只是个过程而已。
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