數控落地鏜銑加工中心銑軸銅套現場更換維修

李金強 王勇斌 王欲春

(通用電氣能源(杭州)有限公司，浙江杭州311231)

1 問題背景

筆者公司有一臺主軸直徑150 mm的數控落地鏜銑加工中心，由于鏜軸加工時與工件發生干涉受損未被發現，主軸縮回時拉壞了銑軸銅套。銑軸銅套與主軸之間的配合則直接影響主軸旋轉精度。銑軸銅套咬傷，將直接影響到了數控落地鏜銑加工中心的加工精度。而常規的銑軸銅套更換方式需要將主軸、銑軸分別拆除后，返回機床生產廠家進行修理。不但維修費用相當昂貴，而且維修周期很長(1～3個月)。面對此現狀，筆者公司決定在現場利用現有的廠內設備，自行完成銑軸銅套更換工作。

2 銑軸銅套的毛坯準備

銑軸銅套如圖1。銅套的準備需要注意以下要點:

(1)銅套的材質，目前國內機床廠家常采用耐磨合金銅，如牌號ZCuAL10Fe3的鑄鋁青銅。

(2)銅套的外徑應比銑軸內孔大0.2 mm的過盈量，表面粗糙度達Ra0.8 μm。

(3)銅套的內徑應留有單邊0.2 mm左右的加工余量，表面粗糙度不作明確要求，一般車加工的粗糙度即可。

(4)銅套的裝入方向可加工寬5 mm比外徑小0.4 mm的導向環，方便后續安裝。

3 銑軸銅套的冷套裝配

3.1 冷套裝配的理論基礎

已知合金銅的熱線性膨脹系數 a=17.6×10－6℃－1，銅套外徑 D=163 mm，常壓下液氮的溫度T1=－196℃，鍛定環境溫度T2=10℃，則銅套的收縮量△D為

△D=D·△T·a=D·(T2－T1)·a=163×(10－(－196))×17.6×10－6=0.59 mm

3.2 實踐測試

將銅套放入液氮中10min后取出，迅速測量其直徑方向收縮量為△D1=0.55 mm。

過10 s后再次測量，其直徑方向收縮量減小為△D2=0.50 mm。

過1 min后再次測量，其直徑方向收縮量繼續減小仍有△D3=0.45 mm。

通過實踐測試，充分證明了銅套利用液氮冷卻后裝配方案的可行性:

(1)銅套的收縮量足夠大于其過盈量。

(2)銅套冷卻收縮后，其收縮量還原到過盈量之間有足夠的裝配時間。

3.3 液氮冷套裝配實際操作注意事項

(1)液氮在第一次注入保溫桶內，揮發劇烈，注液時液氮液面需充分高于銅套高度。如過幾分鐘后，液氮液面低于銅套高度了，則需立即加注液氮直至液氮液面穩定并略高于銅套高度。

(2)液氮溫度極低，必須作好相關防凍傷的防護措施，將銅套從保溫桶中取出必須用鉗子，安裝冷卻后的銅套必須戴好防凍手套。

(3)測量后的銅套由于熱損失，需再次放入液氮中冷卻后再進行裝配。

4 銑軸銅套的去除與精加工

常規的銑軸銅套加工方法是先用大型的高精度內圓磨床加工并留有0.03～0.04 mm的余量，再用研磨劑配合與銅套相配的研磨棒進行研磨直至尺寸公差范圍。但筆者公司廠內沒有大型的高精度內圓磨床，也沒有與銑軸銅套相配的研磨棒。因此在拆除主軸后，沒有急著加工去除掉咬傷的銑軸銅套，先利用它對換裝后銅套的后續孔加工方法進行了測試研究。即利用尚在銑軸內已拉壞的銅套進行了以下兩種銅套孔加工方法的試驗。

(1)如圖2用主軸錐孔修磨專機加工銑軸銅套內圓，砂輪與銑軸內圓對好后，銑軸以100 r/min慢速旋轉，開啟主軸錐孔修磨專機主軸其旋轉方向與銑軸旋轉方向相反，搖動手柄手動移動其主軸進行磨加工。磨加工后銅套失圓＜0.005 mm，軸向錐度＜0.005 mm，表面粗糙度尚可Ra1.6 μm，但有振痕如圖3。

用如圖4拋光輪進行拋光改善表面粗糙度，直徑方向尺寸變化增加了0.02 mm后趨于穩定不再變化，拋光后表面粗糙度可達Ra0.8 μm如圖5。

用主軸錐孔修磨專機加工該方法其優點加工尺寸容易控制，但表面粗糙度欠佳，需要留0.02 mm左右余量用于拋光輪拋光改善表面粗糙度。

(2)利用Capto刀座，裝精鏜刀如圖6，數控落地鏜銑加工中心銑軸旋轉，滑枕進給，移動Y軸調整吃刀量進行銅套的車加工。

加工后銅套失圓＜0.005 mm，軸向錐度＜0.005 mm，表面粗糙度可達Ra0.4 μm如圖7。

該方法加工其優點表面粗糙度極佳，無需二次處理，加工速度快，加工尺寸易控制。

測試并比較兩種加工方法后，筆者公司采用了第二種方法對換裝后銅套孔的精加工。

該方法實際應用過程中注意事項:

(1)Capto刀柄的正、側母線需與滑枕拉平，其平行度不大于0.05 mm/300 mm，調整完后Capto刀座必須壓緊。

(2)Capto刀座裝精鏜刀其刀尖需停在銑軸銅套內圓最高點處。

(3)為使更好地控制加工尺寸，需進行試刀，精確測量好尺寸后再調整進刀量進行加工。

(4)在去除原銅套加工時，在軸向以及徑向需留0.3～0.5 mm的銅套量，以免破壞原有的臺階面和銑軸內圓。加工到該銅套留有量后，手動撬開尚留有的銅皮將其去除。

(5)銅套與主軸之間的間隙應控制在0.005～0.015 mm內。

(6)應用該方法加工其前提需確認數控落地鏜銑加工中心銑軸(銑軸軸承)精度要滿足要求，否則該誤差直接反映在加工銅套上，影響銅套內孔的圓度、錐度。

5 結語

本次維修盡管是邊摸索邊維修，但是僅短暫用了5天時間就完成了維修。運用該方法不僅節約了維修成本，而且極大地縮短了維修周期。運用該方法更換銑軸銅套后，主軸的徑向跳動為0.005 mm;主軸進出平穩，無明顯阻尼，其電動機電流為3%～5%。經本次銑軸銅套更換維修后該數控落地鏜銑加工中心已穩定運行數月，鏜孔失圓情況一直保持＜0.01 mm。通過實踐加工運行，更進一步證實了該維修方案的可行性，該方案可以供相關單位作參考。