數控龍門銑床主軸定向精度差原因分析及處理

王慶合，倪中權

（貴州航天天馬機電科技有限公司，貴州遵義 563003）

0 引言

一臺XKA2425×40數控龍門銑床，已投入使用多年，該機床帶有加長、直角、增速附件頭，并通過程序實現自動更換附件頭。某次準備自動更換附件頭時，主軸頻繁正、反向低速小角度局部轉動且不能停止，無法更換附件頭。

1 主軸定向功能與主軸定向傳動

1.1 主軸定向功能

主軸通常只進行速度控制，但在特定的情況下也需要對主軸進行位置（角度）控制。如數控龍門銑床自動換附件、加工中心自動換刀、鏜孔加工中因工藝要求而需要讓刀、以及數控車床在裝夾工件（車削螺紋有始止要求）時，都需要主軸準確地停在一個特定的位置（角度）上，即通常所說的主軸定向功能。

按控制方式不同，主軸定向可分為機械減速定向、電氣減速定向、電氣減速磁感應定向、電氣減速機械定向、液壓（或氣動）定向。XKA2425×40數控龍門銑床主軸定向屬于機械減速定向。

1.2 主軸定向傳動系統

數控龍門銑床主軸使用端面銑刀，刀盤直徑大，需要的切削力、切削扭矩也大。加工鋁質材料需要較高的轉速以保證表面光潔度，數控龍門銑床通常采用變速箱滿足扭矩、轉速的要求，將主軸速度分為高速輕切削（Ⅰ擋）和重力切削（Ⅱ擋）2個擋位。

1.3 主軸定向傳動鏈

（1）重力切削時，主軸伺服電機轉速/24×24/60×47/78×27/72×47/47；高速輕切削時，主軸伺服電機轉速/24×24/60×47/78×78/47×47/47。見圖 1。

（2）主軸轉速的擋位切換可以在操作面板上手動操作，使用2個帶互鎖功能的“高速輕切削（I擋）”、“重力切削（II擋）”鍵。也可在編程時用M41指令實現重力切削、M42指令實現高速輕切削的切換。

圖1 主軸定向傳動圖

2 主軸定向傳動誤差原因分析

XKA2425×40數控龍門銑床在準備自動更換附件時，發生主軸小角度頻繁正反轉動、不能停止，主軸定向沒有實現在設定角度停止，分析原因是主軸定向傳動鏈中間隙增大，傳動鏈中主軸上的編碼器與主軸伺服電機的編碼器發出的指令沒有得到實現、相互糾正仍不能滿足。

2.1 軸、齒輪與鍵的配合間隙

切削加工（主軸高速重力切削時突然停止產生的強力沖擊、斷續切削產生的沖擊）過程中，傳動鏈中的軸、齒輪與鍵聯接部位配合面長期使用變形、磨損造成配合間隙增大。本次故障主要原因是鍵受損變形、磨損明顯（圖2）。傳動鏈中的軸、齒輪聯接配合軸徑與孔徑因磨損間隙增大。主軸高速重力切削突然停止強力沖擊、斷續切削沖擊使軸產生變形，造成齒輪中心距變化。

2.2 齒輪面精度降低

數控龍門銑床主軸傳動鏈齒輪配合面，因長期使用及潤滑不足造成磨損，導致精度降低，配合間隙增大，與主軸高速重力切削突然停止強力沖擊、斷續切削沖擊使傳動鏈齒輪配合面受力不均勻，產生齒面變形影響嚙合精度。本次故障次要原因是潤滑不足，齒面正轉方向有輕微磨損印跡。

圖2 磨損變形的鍵

2.3 軸、編碼器與聯軸器的配合間隙

軸、編碼器與聯軸器聯接的配合面，因振動造成松動，產生退讓造成間隙增大，表現為軸鍵槽變形磨損、鍵的磨損、聯軸器變形失效。

2.4 軸承精度降低

傳動鏈中的軸承長期使用造成的磨損，軸承鋼珠磨損變小、軸承彈導磨損變大造成軸承間隙增大。潤滑不足、密封不良、潤滑油變質造成軸承加速磨損、精度降低引起軸承間隙增大。

3 主軸定向對拆卸、裝配、試車的要求

設備拆卸過程中，要認真觀察裝配關系，重點部位進行拍照并用劃線標識標記相互位置；清洗干凈所有拆卸的零件并整齊有序擺放，仔細檢查零件狀態，特別是鍵、鍵槽、齒輪接觸面、軸承、軸、聯軸器配合滑動部位，將變形部位可以修整的先修整,再配做配合件，加工并更換損壞件，裝配過程控制配合面間隙，保證滑動部件靈活可靠，傳動部件沒有沖擊。潤滑管路暢通無滲漏。

安裝后，檢查保證潤滑充分到位，主軸從200 r/min開始運轉≥1 h，運轉時對運行狀態進行觀察處理，正常后每次增加200 r/min運行到最高轉速。

4 提高主軸定向精度的措施

（1）加工中心、數控龍門銑床在編寫加工程序時，杜絕主軸從高速突然降為零的方式，應采用分級逐步降低，減少沖擊對傳動鏈精度的損壞，如 1000→800→600→400→200→0（r/min）。

（2）大型結構件加工前裝夾固定時，合理分布支撐緊固點，增加剛性、降低加工振動，采用合理切削參數。

（3）設備合理維護、定期保養，日常檢查逐一觀察潤滑情況。

（4）條件許可時，適當提高主軸傳遞鏈中齒輪精度、齒輪齒面硬度。

［1］中國機械工程學會設備維修分會.設備工程實用手冊［M］.北京：中國經濟出版社，1999.

［2］王紅萍.機械設備故障診斷技術與應用［M］.西安：西北工業大學出版社，2001.