數控凸輪軸銑床加工精度超差原因分析與修復

馮為湛

摘 要：通過分析XK45/3數控銑床加工凸輪類零件精度超差的原因，提出可行的維修方法與步驟，并對數控銑床進行修理和改進，提高了加工凸輪類零件的精度。

關鍵詞：數控銑床；凸輪類零件加工；滾珠絲杠；維修改進

數控機床自動化程度越來越高，在機械加工領域，產品質量受設備的精度影響越來越大，合理調試，準確及時診斷，排除故障，能確保產品質量和生產效率，提高生產效益。

1 XK45/3數控銑床加工凸輪軸狀況

一臺型號為XK45/3數控銑床加工凸輪軸銑床，正常使用3個月的使用后，凸輪頭加工面出現粗糙度偏大，同軸度超差現象，同時在加工切削過程中機床振動大，噪聲異常等故障，后經廠家售后人員幾次維修未果，嚴重影響我校的教學需求，故對該設備進行徹底的維修改造，因引起上述問題原因涉及整個生產系統各方面，現就機床機械傳動方面可能涉及的因素作分析。

2 問題分析

2.1 主軸回轉精度

主軸回轉精度是影響加工精度的主要部件，當機床精度出現問題時，應首先檢測主軸精度，檢驗前先使主軸充分旋轉起來，以保證在檢驗期間潤滑油膜不會發生變化。檢驗時，測頭應垂直于回轉軸線且位于軸線的垂直平面內。

（1）主軸軸向竄動。用千分表檢測主軸端面跳動量，測得其讀數最大差值小于0.015mm，然后用手在主軸尾端施加一定壓力，再放松，反復幾次，表針基本沒擺動，軸承預緊正常。

（2）內錐孔徑向跳動。用千分表測主軸內錐孔的內表面跳動量，測其讀數最大值為小于0.01mm。

（3）主軸徑向跳動。先把檢驗標準芯棒裝在主軸上，用千分表測得芯棒近端徑向跳動為小于0.01mm，遠端（250mm）徑向跳動為小于0.02mm。

根據以上檢測數據均在合格范圍內，故判斷主軸精度合格，未對主軸進行拆檢。

2.2 坐標軸的精度

（1）絲杠兩端軸承及聯軸器。經檢查機床所用絲杠軸承精度等級，轉速等可達使用要求，軸承潤滑良好，裝配正確，運動平穩，軸承預緊力，壓蓋調節合適，電機與絲杠聯軸器連接可靠，排除軸承及聯軸器故障因素。

（2）滾珠絲杠。絲杠使用一段時間后出現磨損是非常普遍的現象，特別是加工凸輪類零件，X軸Y軸必須同時切削運行，如圖1，經對X軸Y軸絲杠打表，測得反向間隙為：X軸0.015mm，Y軸0.06mm，X軸間隙在合格范圍之內，故未對X軸絲杠進行拆檢，而Y軸間隙超差，經拆檢測量發現Y軸絲杠局部磨損較大，原因是加工切削時絲杠經常集中于某一段工作；因絲杠兩端結構完全一致，故對Y軸絲杠進行集中調整間隙及調頭使用，即可修復機床加工精度，如圖2。

3 維修裝配步驟

（1）拆卸。用專用電刻筆將絲杠副的主要零件做好標記，然后進行拆卸，此時，需特別注意兩個螺母內的滾珠數量，把滾珠及螺母分別用兩個塑料盒裝好，拆完后，用汽油把零件清洗干凈，以便檢查、測量。

（2）清潔、測量。把清洗干凈的絲杠晾干，在偏擺測量儀上用千分表測量絲杠的同軸度，兩端軸承位的徑向跳動，結果精度合格。然后通過目測、手感等方法，發現絲杠滾道有效導程的一端1/3處有明顯的磨損痕跡（即工作區），這是導致加工超差的原因，余下部位基本完好，為了修復其加工精度，我決定將絲杠調頭使用。再用千分尺測量滾珠的精度，包括均勻度、失圓等。目測表面的亮度、色澤、銹蝕等均達合格要求。

（3）安裝。再次清洗零件，晾干，移至無塵車間進行安裝，將螺母調頭套入絲杠，用專用滾珠導入管將滾珠逐一裝進螺母內，4條滾道滾珠數量相等，緊固好滾道導管，鑲入調整墊片，調整螺母預緊力。使其既能消除間隙又可靈活轉動，測量滾珠絲杠的軸向間隙。保證工作區最大間隙不能超過0.02mm。最后將調整墊片的定位鍵鑲入、鎖緊，完成安裝過程，垂直放好以待總裝。

4 導軌副設計存在的缺陷及其改進方法

通過對Y軸導軌副的拆檢發現：雖然床身導軌與滑重導軌配合并無明顯誤差，但設計結構天生缺陷，如圖3所示：工件切削時力矩關系：

F×a=G×c+f×b

f=（F×a-G×c）/b

導軌b越寬，在加工同等切削條件下（轉速，進給速度，加工余量，毛坯材料及硬度等相同條件下，即切削力相同條件下）。所須的導軌反作用力越小，即導軌所受的力越小，導軌及機架變形量越小，振動越小。

根據分析可得：該機床加工時切削力的其中一個分力的反作用力的支承設計在中間兩條導軌的側面上，此時，導軌b的寬度較小，其所需承受的力較大，容易造成局部磨損，影響絲桿壽命。為了解決這一問題，通過測算，把導軌b的寬度改在外邊的兩條導軌上，使導軌所需的反作用力減小。

維修改進步驟：

（1）拆檢部件。將壓板，鑲條、滑座等從床身導軌上拆出，清理干凈，檢查尋軌面磨損情況。

（2）維修改進。因導軌、壓板結合面配合的松緊對機床的工作性能和精度有直接的影響。配合過緊將使運動阻力增加，磨損加快，甚至會產生爬行（導軌爬行是低速下忽快忽慢的運動現象。因此，維修時刮研工作非常重要，先用高精度機床將導軌面加工好，再將4條導軌的平面刮研至平面度達0.015～0.025/1000mm，保證在25×25mm2面積內的接觸點數不低于10個；然后把兩邊導軌的側面（基準導軌）底面進行刮研，使兩條導軌的平行度、垂直度、精度同時達到要求。

5 總裝及運轉試加工

各部件維修好后進入總裝備。裝配前清潔導軌配合面及各部件，然后對X軸Y軸、絲杠、導軌副按拆卸時的逆順序遂一安裝好，使導軌副裝配間隙小于0.02mm，絲杠軸承副軸間隙小于0.01mm。

總裝結束后進行空運轉試驗，啟動電源，將X軸Y軸原點設定好，試運行兩軸的最大行程，檢查各部件的運行精度，能達到要求，試加工過程中，切削時的振動、噪音基本消除，加工的零件精度全部合格。

6 結論

經過對機床進行維修和改進，有效避免絲桿的磨損，降低產品報廢率，為自己在維修裝配技能上積累了一定經驗，降低了加工成本，提高了生產效率。

參考文獻

[1]技工學校機械類通用教材編審委員會主編.鉗工工藝學[M].機械工業出版社，2014.

[2]沈韶華主編.工程力學[M].經濟科學版社，2010.

（作者單位：廣東省電子信息高級技工學校）