淺談普通車床常見的故障維修

江蘇 陳靜

淺談普通車床常見的故障維修

江蘇 陳靜

車床工業為各種類型的機械制造廠提供先進的制造技術與優質高效的車床設備，促進機械制造工業的生產能力和工藝水平的提高。機械制造工業肩負著為國民經濟各部門提供現代化技術裝備的任務，即為工業、農業、交通運輸業、科研和國防等部門提供各種機器、儀器和工具。為適應現代化建設的需要，必須大力發展機械制造工業。可見，機械制造工業是國民經濟各部門賴以發展的基礎，而車床則是機械制造工業的基礎。一個國際車床工業的技術水平在很大程度上標志著這個國家的工業生產能力和科學技術水平。文章介紹了普通車床常見的故障維修方法，目的是使每個學生掌握基本的加工方法、維修方法，最大限度地發揮學生自身的潛能。

結構優化；問題原因；故障；維修

普通車床的車削加工在機器制造工業中應用非常普遍，它的地位也十分重要。普通車床車切削加工的范圍很廣，就其基本內容來說，有車外圓、車端面、切斷和車槽、鉆中心孔、車孔、鉸孔、車螺紋、車圓錐面、車成形面、滾花和盤繞彈簧等。有人也許會提出，隨著現代制造技術與數控車床加工的出現，還有必要學習普通車床的加工嗎？數控車床加工的切削參數、最合理的加工工藝路線、刀具的最佳切削角度哪里來？來自于普通車床加工。因為數控車床價格昂貴，維修價格也比較貴，學校不會讓學生一開始就進行數控車床學習。所以，普通車床實習起到承上啟下的作用，地位不可忽視。普通車床是培養學生對車床的性能、不同材料切削參數選擇的重要途徑。

一、普通車床的結構優化

普通車床的設計大多沿用了以往的設計思想，車床設計的理論依據不足，在整個車床的各個組成部分中，車床床身是一個很重要的大件。目前，對普通車床床身的設計缺乏有效的理論依據，床身的結構設計不盡合理而C6140車床是普通車床中的主流型號之一，因此對該車床的床身進行優化設計有重要的實際價值。本文依據圖紙在三維建模軟件PROE中，利用零件造型模塊建立床身的三維模型，利用有限元分析軟件ANSYS將模型導入進來，建立有限元模型，然后對床身進行受力分析，床身的受力來源于床鞍、床頭、床腿。經過對三者的受力分析，建立起床身的力學模型，利用有限元分析軟件ANSYS和PROE中的Mechanica分析模塊，分別對CD6140車床床身進行了有限元結構分析和模態分析，采用科學計算和實際經驗相結合的方法類比同類車床床身的結構，并依據有限元分析的數據，對該床身結構進行優化。針對CD6140車床床身提出了三個原始減重方案，依據床身的鑄造工藝、車床的實際工作狀況、剛度和固有頻率等，論證每個減重方案的可行性。依據三個原始減重方案修改床身結構，并分別對床身進行有限元分析。采取第三個原始減重方案為初步方案，在此基礎上又提出更加合理的結構優化設計，要求對床身的肋板結構重新設計，并進行拓撲優化。經過反復的結構優化設計得到床身肋板的合理結構，綜合考慮車床的工況指標以及制造成本、鑄造工藝等因素，在不降低車床性能的基礎上得到了床身的結構優化設計方案。通過對CD6140車床床身的有限元分析和結構優化，減輕了車床床身的重量，節省了工程材料，床身的剛度和固有頻率等指標也得到了不同程度的提高。

二、普通車床產生故障的原因和解決方案

1.車削螺距較小的螺紋時，一般采用直進刀切削法(在垂直于工件軸線方向做直線進刀)；車削螺距較大的螺紋時，為減小切削力，往往采用左右借刀切削法(通過移動小滑板讓螺紋車刀分別用左右切削刃切削)車削螺紋時，床鞍的移動是由長絲杠的轉動帶動開合螺母的移動來實現的。長絲杠的軸承處有軸向間隙，長絲杠與開合螺母之間也同樣有軸向間隙。當采用左右借刀切削法強力車削右旋蝸桿用右主刀刃切削時，刀具承受了工件給它的力P(忽略切屑與前刀面的摩擦力)，把力P分解成軸向分力Px和徑向分力巧，其中軸向分力Px與刀具的進給方向相同，刀具把這個軸向分力Px傳給了床鞍，從而推動了床鞍向有間隙一側做快速猛烈的來回竄動，其結果是使刀具來回竄動，并使加工表面產生波紋，甚至斷刀。但用左主刀刃切削時就沒有這種現象，當用左主刀刃切削時，刀具所承受的軸向分力Px與進給方向相反，往消除間隙的方向運動，這時床鞍做勻速運動。切斷時，中滑板的移動是由中滑板絲杠的旋轉帶動螺母的移動來實現的，絲杠軸承處有軸向間隙，絲杠與螺母之間也有軸向間隙。在車床上切斷時，刀具前刀面(帶有前角的)承受了工件給它的力P(忽略切屑與前刀面的摩擦力)，把力P分解成力Pz和徑向分力巧，其中徑向分力巧與切斷車刀的進給方向相同，指向工件，將刀具朝工件里推，從而會拉動中滑板向有間隙方向竄動，使切斷刀突然扎入工件，造成扎(斷)刀或工件彎曲。

解決方法：當車削螺距較大采用左右借刀切削法的螺紋時，除了調整好車床有關參數外，還應調整床鞍同床身導軌之間的配合間隙，使其稍緊一些，以增大移動時的摩擦力，減少床鞍竄動的可能性，但這個間隙也不能調得太緊，以能平穩搖動床鞍為宜。調整好中滑板的間隙，盡量使間隙最小；調整好小滑板的松緊，使其稍緊一些，以防車削時車刀移位。應盡量縮短工件和刀桿伸出的長度，盡量采用左主刀刃切削；用右主刀刃切削時，要減小背吃刀量；增大右主刀刃的前角，刀刃口要直，要鋒利，以減小刀具所承受的軸向分力Px。從理論上講，右主刀刃的前角越大越好。切斷或開槽時，首先要調整好小滑板的松緊，使其稍緊一些，以防車削時車刀移位。調整好中滑板的間隙，減少絲杠軸承處的軸向間隙和絲杠與螺母之間的軸向間隙。磨好切斷刀，不宜取過大前角，因為前角增大，刀具所受到的徑向分力巧增大，從而增大扎刀或斷刀的可能性。卷屑槽不宜過深，一般深0.75～1.5mm為宜，前角過大楔角減小，刀頭散熱面積減小，使刀尖強度降低，刀具壽命降低。不宜取過大進給量，如果是手動進給，一定要平穩地勻速進刀。當前角取0度時，刀具所受到的徑向分力分力Py=O，刀具耐用，但不鋒利。

2.車床的維修系統參數發生變化或改動、機械故障、車床電氣參數未優化、電機運行異常、車床位置環異常或控制邏輯不妥，是生產中數控車床加工精度異常故障的常見原因，找出相關故障點并進行處理，車床均可恢復正常。生產中經常會遇到數控車床加工精度異常的故障。此類故障隱蔽性強、診斷難度大。導致此類故障的原因主要有五個方面：（1）車床進給單位被改動或變化。（2）車床各軸的零點偏置(NULLOFFSET)異常。（3）軸向的反向間隙(BACKLASH)異常。（4）電機運行狀態異常，即電氣及控制部分故障。（5）機械故障，如絲桿、軸承、軸聯器等部件。此外，加工程序的編制、刀具的選擇及人為因素，也可能導致加工精度異常，系統參數發生變化或改動。系統參數主要包括車床進給單位、零點偏置、反向間隙等等。例如，機械故障導致的加工精度異常：一臺THM6350臥式加工中心，采用FANUC0i-MA數控系統。一次在銑削汽輪機葉片的過程中，突然發現Z軸進給異常，造成至少1mm的切削誤差量 (Z向過切)。調查中了解到：故障是突然發生的。車床在點動、MDI操作方式下各軸運行正常，且回參考點正常；無任何報警提示，電氣控制部分硬故障的可能性排除。分析認為，主要應對以下幾方面逐一進行檢查：（1）檢查車床精度異常時正運行的加工程序段，特別是刀具長度補償、加工坐標系(G54～G59)的校對及計算。（2）在點動方式下，反復運動Z軸，經過視、觸、聽對其運動狀態進行診斷，發現Z向運動聲音異常，特別是快速點動，噪聲更加明顯。由此判斷，機械方面可能存在隱患。（3）檢查車床Z軸精度。用手脈發生器移動Z軸，配合百分表觀察Z軸的運動情況。

返回車床實際運動位移的變化上，可以分為四個階段：①車床運動距離d1＞d=0.1mm(斜率大于1);②表現出為d=0.1mm＞d2＞d3(斜率小于1)；③車床機構實際未移動，表現出最標準的反向間隙；④車床運動距離與手脈給定值相等(斜率等于1)，恢復到車床的正常運動。無論怎樣對反向間隙 (參數1851)進行補償，其表現出的特征是：除第③階段能夠補償外，其他各段變化仍然存在，特別是第①階段嚴重影響到車床的加工精度。補償中發現，間隙補償越大，第①段的移動距離也越大。分析上述檢查，認為存在幾點可能原因：一是電機有異常；二是機械方面有故障；三是存在一定的間隙。為了進一步診斷故障，將電機和絲杠完全脫開，分別對電機和機械部分進行檢查。電機運行正常；在對機械部分診斷中發現，用手盤動絲杠時，返回運動初始有非常明顯的空缺感。而正常情況下，應能感覺到軸承有序而平滑的移動。經拆檢發現其軸承確已受損，且有一顆滾珠脫落，更換后車床恢復正常。

車床電氣參數未優化，電機運行異常。例如，一臺數控立式銑床，配置FANUC0-MJ數控系統。在加工過程中，發現X軸精度異常。檢查發現X軸存在一定間隙，且電機啟動時存在不穩定現象。用手觸摸X軸電機時感覺電機抖動比較嚴重，啟停時不太明顯，JOG方式下較明顯。分析認為，故障原因有兩點，一是機械反向間隙較大；二是X軸電機工作異常。利用FANUC系統的參數功能，對電機進行調試。首先對存在的間隙進行了補償；調整伺服增益參數及N脈沖抑制功能參數，X軸電機的抖動消除，車床加工精度恢復正常。

總之，普通車床在操作中也應該有很多需要注意的地方，主要的注意方面包括：普通車床運行前的檢查工作、車床潤滑油脂的合適程度、各部件的靈活程度及齊全程度、各檔是否在零位處、空車試運轉的必要性等。這些方面，不僅在普通車床運行時需要多加注意，在其他車床運行時也同樣需要加以注意。

（編輯 劉麗娜）

（作者單位：江蘇省靖江中等專業學校）