數控重型曲軸車床旋風刀架轉盤靜壓導軌維修

李其昌，萬春民，曹維新

（青島海西重工有限責任公司，山東青島 266555）

0 引言

公司進口了2臺數控重型曲軸車床，用于加工大型船用低速柴油機曲軸。該類機床有2個刀架，1個正常的車刀架用來加工曲軸的軸頸及端面，1個旋風刀架，采用分體可開合式轉盤結構，用來加工曲軸拐頸。旋風刀架是該機床的核心部件，結構復雜、精度高。

1 旋風刀架轉盤及靜壓導軌結構

旋風刀架的切削方式為轉盤帶動刀具旋轉、工件固定。圖1為其閉合加工狀態。加工前先開啟旋風刀架上分體，將曲軸拐頸卡住后再閉合加工。圖2為開啟狀態。

圖1 刀架閉合

圖2 刀架開啟

轉盤的上分體開啟與閉合由液壓油缸驅動。開啟前，轉盤上下分體和內部齒圈由4個鎖緊機構鎖定，避免齒圈脫出。閉合后，由1個伺服機帶動螺桿，將上分體與下分體緊密固定。轉盤的回轉動作作為SP2軸，由交流伺服機驅動。轉盤上裝有刀盤，刀盤由伺服機驅動，通過行星差動精密機構傳遞，可在轉盤上做徑向移動。旋風刀架可回轉轉盤由徑向和軸向靜壓導軌支承，兩側共有18個位置38塊靜壓軸瓦，每塊軸瓦有2個靜壓油腔。圖3為靜壓軸瓦結構及分布圖。開啟靜壓泵后，轉盤上的靜壓導軌與靜壓軸瓦之間形成油膜，在車削時依靠靜壓油膜將轉盤浮升，以達到無摩擦轉動的目的。每個靜壓油腔連接1塊油壓表共72塊，每8個靜壓油腔使用1個分油體，每個分油體連接1個壓力繼電器，用來監測加工時轉盤靜壓軸瓦的油壓情況。圖4為靜壓軸瓦實物圖。

圖3 靜壓軸瓦結構及分布

圖4 靜壓軸瓦

2 故障現象

旋風刀架在加工曲軸拐頸時，先快速旋轉，粗車去量，再用特制寬刀精刮。在粗車過程中，操作人員反映功率表顯示的功率明顯較大，同時發生壓力繼電器信號報警。通過對旋風刀架檢修，排除了壓力信號虛報、液壓元件故障等可能的原因。張開轉盤上分體，在接縫處用手觸摸轉盤靜壓導軌面，有明顯劃痕，深度約0.03 mm，可以確定轉盤導軌面及靜壓軸瓦有研傷情況。

3 維修步驟

3.1 轉盤的拆卸

首先將旋風刀架轉盤上體閉合，拆掉兩側蓋板、4個鎖緊機構，再將把合上下分體的螺桿松開，將轉盤左右用來對接把合上下體的4個把合螺釘緊固。同時拆掉刀盤的伺服傳動聯軸器。修改相關電氣信號和PLC程序，跳步執行旋風刀架開啟程序，把旋風刀架上半部張開，而轉盤上半部與下半部固定在一起留在下方。圖5為旋風刀架上半部張開維修實際圖。

由于拆掉上方2個鎖緊機構時，張開極限限位同時會被拆掉，要注意張開高度，不能過高，也不能太矮影響轉盤吊運。在轉盤兩側安裝事先做好的吊裝工裝，起吊時，行車先上起一小段再向外走一小段，呈梯形吊出。圖6為吊出的轉盤，圖7為轉盤吊出后的旋風刀架。

圖5 旋風刀架上半部張開

3.2 維修方案分析

吊出轉盤后，檢查發現轉盤徑向靜壓導軌面一側有較深劃痕，同位置的徑向靜壓軸瓦也有劃痕，軸向導軌面及靜壓軸瓦無劃痕。劃痕深度約0.03 mm，手工修復已不可能。經過討論分析，決定在高精度數控立式磨床上對兩個徑向導軌面進行加工。由于加工后，轉盤導軌直徑減小了，繼續使用原靜壓軸瓦會對靜壓間隙有影響，且部分靜壓軸瓦靜壓腔接觸面研傷較重，所以重新制作靜壓軸瓦進行更換。

圖6 轉盤

圖7 旋風刀架

3.3 轉盤加工

轉盤導軌面加工對機床精度要求很高，轉盤直徑2.4 m，徑向導軌面圓度要求0.01 mm，同軸度要求0.005 mm，軸向導軌面不需要加工。根據加工去量，從廠家重新定制靜壓軸瓦，其軸向面尺寸不變，徑向面尺寸相應增加。由于轉盤是分體式結構，在加工前，要水平放置在劃線平臺或其他穩固平臺上，用千分表不斷找正接縫處，之后再使用4個螺釘鎖緊，避免加工時產生誤差。

3.4 更換靜壓軸瓦

在加工轉盤的同時，拆掉原來的靜壓軸瓦。拆卸時，可以測量每個位置的靜壓軸瓦徑向面所墊的墊片厚度（圖4），作為安裝時的參考。此時，應檢查各靜壓軸瓦的油路情況，更換損壞的油管。

安裝靜壓軸瓦前，先徹底清洗旋風刀架內部，使用清洗劑清洗后，再用無水分的壓縮空氣吹凈，避免雜質殘留，并清洗油箱，更換導軌液壓油。安裝時，在金屬墊片上開孔，使固定靜壓軸瓦的螺釘穿過墊片一起固定。開孔后，要用油石打磨，去掉翻邊。加工完轉盤后，用外徑千分尺測量轉盤的齒盤厚度。圖8為齒盤厚度圖。該尺寸再加上兩邊軸向靜壓間隙，單邊0.06～0.08 mm，即為同一位置2個靜壓軸瓦的距離。每安裝一對，都要用千分墊反復測量，不斷調整墊片厚度。圖9為安裝時測量同一位置2個靜壓軸瓦的距離。

圖8 齒盤厚度

緊固軸瓦時，要用尼龍錘敲緊。緊固后，安裝油管。36塊靜壓軸瓦全部安裝完畢后，開啟靜壓泵，檢查各個靜壓軸瓦靜壓腔出油情況。再逐個堵住油孔，觀察對應壓力表讀數，要求管路、接頭無漏油現象，壓力表數值均勻。

圖9 測量靜壓軸瓦間距

3.5 安裝轉盤

安裝加工后的轉盤，同樣先找正對接，用螺栓夾緊。制作一個比旋風刀架上體寬一些的扁擔型吊具，這樣裝入轉盤后，上體閉合可順利通過吊帶之間。行車吊起轉盤后，進行仔細清洗。吊運時，在一側使用手拉葫蘆，用加吸鐵功能的水平儀，找正吊運轉盤的垂直度。安裝時，先將旋風刀架上體張開，落入轉盤時，一是要注意轉盤外圈齒與旋風刀架下分體底部主軸交流伺服機所驅動齒輪的嚙合；二是轉盤兩部分的對接線要與旋風刀架開啟閉合嚴格重合（可以吊裝時進行調整，對接線與垂直中心線呈30°角）；三是轉盤與靜壓軸瓦間隙很小，要注意接觸情況，避免撞擊對靜壓軸瓦接觸面造成損傷。落入轉盤時，先不要取下吊具，避免轉盤滑出。閉合旋風刀架上體，同時注意調整上插內齒輪，閉合后，內插齒孔要與轉盤外殼上的孔重合。調整辦法為側面觀察到插孔后，正面調整齒輪，向上轉動5個齒的距離。

3.6 靜壓測試

上體閉合結束后，去掉吊具，安裝4個鎖緊機構，恢復正常電氣信號，再安裝側面封油蓋板。一切安裝完畢后，開啟靜壓泵，檢測72個靜壓腔壓力。對照機床說明書給出的參考值，在旋轉過程中，實際壓力在參考壓力值±50%之內為合格。圖10為靜壓腔分布示意圖。表1為油腔壓力參考值。

圖10 靜壓腔分布

若某處靜壓腔壓力較小，首先檢測油路，若油路正常，則考慮是否墊片厚度太小，使靜壓腔無法形成靜壓。若靜壓腔壓力過大，則有可能墊片厚度太大。注意轉盤靜壓導軌為圓形，36塊靜壓軸瓦在旋風刀架圓周上是成對使用，調整某處靜壓軸瓦墊片，要考慮相對的靜壓軸瓦墊片厚度。靜止狀態下壓力檢測后，還需要檢測在慢速、快速狀態下靜壓腔的壓力。經過不斷的檢測、調整，直到所有靜壓腔壓力正常。壓力調整結束后，上檢測棒檢測旋風刀架各項幾何精度，必要時進行調整。調整結束后，即可進行試加工。圖11為使用檢測棒檢測旋風刀架各項幾何精度。

表1 油腔壓力參考值

圖11 測旋風刀架各項幾何精度

4 結語

該型號曲軸旋風車床旋風刀架靜壓導軌修復后，運轉平穩，各項加工精度也達到了使用要求，說明維修工作是成功的。此次旋風刀架轉盤靜壓導軌的自主維修，在國內屬于首次，為今后同類設備的維護、維修工作提供了寶貴經驗。

［1］現代實用機床設計手冊編委會.現代實用機床設計手冊，上下冊［M］.北京：機械工業出版社，2006.

［2］俞文海，吳志國，劉洪江，等.數控機床旋風切削刀架［P］.中國專利，200720115936.42008-03-19.

［3］陳燕生.液體靜壓支承原理和設計［M］.北京：國防工業出版社，1980.

［4］ELECTRICAL DIAGRAMS TURNING CARRIAGE.［Z］.WALDRICH SIEGEN GmbH&Co.KG.2011.