數控車軸專用磨床加工缺陷分析與修復

張炳濤

摘 要：本文論述的是4RHPL-AMF型數控車軸專用磨床故障與常見問題處理。該磨床為美國蘭蒂斯公司在日本的分公司——日平產業株式會社在20世紀80年代初生產的，后經國產化改造數控系統。采用寬成型砂輪以切入法進行高速磨削，直線部分和曲線部分一次磨成，即軸頸、防塵座及相關圓弧一次成形，控制系統為FANUC數字控制，砂輪臺進給采用液壓和伺服電機相結合方式，并設有電子自動測量裝置、自動補償裝置。具有生產效率高、質量好，適用于大批量專業化生產。

關鍵詞：磨削；車軸

車軸是鐵路貨車走行部的重要部件，對整車的安全運行起到不可替代的作用。隨著國內鐵路貨車的升級換代和鐵路貨車市場向專用化、功能化發展，以及國際鐵路貨車不斷開拓發展，因此設計出了各種不同規格的車軸，來滿足市場需求。各規格車軸軸頸、防塵座的精加工就是由4RHPL-AMF型數控車軸專用磨床來完成的。由于該磨床使用近40年，機械各部疲勞磨損精度降低，在磨削過程中經常出現磨削完成的車軸達不到質量要求。出現工序返修品甚至加工制廢。因此提出系統分析解決該磨床精度降低問題，恢復磨床原有磨削精度，滿足加工需求。

一、磨床結構特點

各類數控機床因其功能，結構及系統的不同，各具不同的特性。其維護保養的內容和規則也各有特色，具體應根據其機床種類、型號及實際使用情況，本磨床采用定向切入成型磨削方式，為了使工件軸向獲得一定的進給量，將砂輪主軸中心線與工件中心線（即床身導軌中心線）形成20度夾角。

二、砂輪臺的進給

從砂輪原位開始，至磨削工件達到尺寸，砂輪進給分為六步：

快速移動 → 接近進給 → 快速進給 →中速進給 →微量進給 → 無火花磨削。

三、磨削達不到質量要求的分析及解決方法

在實際加工過程中主要出現以下兩種質量問題：

（a）軸頸磨削完成后出現軸向波紋幾何尺寸超差。

解決方法：

通過磨削方式分析得出，出現軸向波紋的問題應該是砂輪修整過程中，砂輪架與砂輪修整金剛筆存在間隙與微量遲緩，使修整后的砂輪直線段與程序設定不符。

1.對Z軸（床身軸）、X軸（砂輪架軸）潤滑調整

床身軸及砂輪架軸是兩個關鍵運動部件，成型砂輪的修整是由這兩個軸執行數控系統差補來完成的。其平穩性直接影響砂輪的修整精度，砂輪的進給精度和磨削精度。導軌和滾珠絲杠的潤滑是一個重要環節。因機床原有潤滑不能滿足需求。增設集中潤滑裝置（MOOEL：RYZ-4），該裝置公稱壓力達到2MPa＼公稱流量0.5L/min，完成后提供持續堅韌的潤滑油，保證各導軌、絲桿都得到充分而適量的潤滑，原卡阻、遲緩現象消失。

2.砂輪架滾珠絲杠軸承調整

本磨床砂輪架滾珠絲杠采用角接觸球軸承7009AC，在使用過程中存在微量磨損和間隙，使滾珠絲杠產生軸向間隙，也是產生砂輪修整不良的重要原因。根據角接觸球軸承的結構特點是可以承受徑向載荷和軸向載荷的，調增軸承安裝數量，因為單列角接觸軸承只能承受一個方向的軸向負荷，在承受徑向負荷時，將引起附加軸向力，并且只能限制軸或外殼在一個方向的軸向位移。成對安裝后，使一對軸承的外環相同端面相對，即寬面對寬面、窄面對窄面。這樣既可避免引起軸向附加力，而且可以在兩個方向使軸的外殼限制在軸向游隙內。安裝完成后剛性增強，運行平穩。

（b）軸頸磨削完成后出現徑向波紋幾何尺寸超差。

解決方法：

由圖2砂輪進給過程得知，在中進給→ 微進給 → 無火花磨削，轉換之前，數控程序中砂輪架進給增設停頓時間。因為在砂輪連續進給中，工件磨削表面之橫斷外輪廓（圖4）所示，在任何一個瞬間均為阿基米德螺線，而且并非一個園。增加一個進給停頓時間，為了在進給速度轉換之前將工件磨圓。這個時間與工件轉速有關（可根據不同軸型外徑調整）。

四、結束語

數控設備是高技術密集型產品，要想迅速而且正確地查明原因并確定故障部位，除了對機床的機械部分、電氣部分的了解，還應掌握加工工藝的過程。由于數控機床故障比較復雜，同時，數控系統自診斷能力還不能對系統的所有部件進行監測。要與經驗判斷相結合，一般原則先外部后內部、先機械后電氣、先靜后動、先簡單后復雜。這樣才能提高故障的綜合分析能力和故障排除能力。

參考文獻：

[1]中華人民共和國鐵道部，鐵路主要技術政策[J].中華人民共和國國務院公報，2013（11）：24-29

[2]中國鐵路總公司鐵總運[2016]191號《鐵路貨車輪軸組裝檢修及管理規則》TG/CL224-2016

[3]數控機床故障診斷與維修技術FANUC-OC/O手冊