鏜床主軸振幅度和前端下垂幅度大原因分析

劉治層

（河南龍宇能源股份有限公司機電制修廠，河南商丘 476600）

0 引言

沈陽機床股份有限公司中捷鉆鏜床廠生產的TPX6113/2 型臥式銑鏜床是一種萬能型機床，可對大型零件進行鏜孔、鉆孔、銑平面等切削加工，廣泛應用于能源、交通、石化機械等行業，機床主軸直徑為130 mm，主軸箱行程1400 mm，帶固定式平旋盤。河南龍宇能源股份有限公司機電制修廠是河南能源化工集團下屬的一個煤礦機電設備制造與維修單位，該廠利用上述型號的鏜床銑削加工刮板機機頭側面等鉛直大端面時，鏜軸振動幅度較大；同時，在鏜孔修復加工采煤機搖臂銷軸孔時，由于主軸前端下垂幅度大而經常造成鏜孔尺寸超差、光潔度低，影響加工質量。

1 原因分析

1.1 設備機械磨損嚴重

該廠使用的TPX6113/2 型臥式銑鏜床是2006 年12 月安裝的設備，自投用以來，由于工作任務飽滿，12 年來平均每年日運轉率維持在90%以上，且從未大修過。長年累月的滿負荷運行，勢必造成機床內部的齒輪、絲杠、蝸輪、齒條等機械結構磨損，齒輪嚙合間隙變大，對機床精度造成一定的影響。

1.2 物理外因

鏜床主軸伸出過長，在伸出平旋盤端面600 mm 以上時，由于重力的作用，鏜軸會出現較大程度的下垂，加工工件時，鏜軸既要承受切削阻力，又要承受自身重力所造成的附加阻力，根據杠桿原理，若鏜桿前端所受切削阻力不變，鏜桿伸出越長，鏜桿端頭所受的力矩也就越大，主軸振動幅度和前端下垂幅度也隨著主軸伸出長度的增大而增大。同時，在鏜削加工較大內徑的孔時，鏜軸偏離平旋盤中心位置，重心偏離軸心，加工工件時，鏜軸離心率大，也會造成一定程度的振動，而影響加工精度。

1.3 被加工件材料與結構原因造成的振動

（1）工件為鑄鋼件材質或經過堆焊修復時，若內部存在鑄造氣孔、砂眼、夾砂等，加工時，鏜軸遇到此類缺陷位置，由于材質突變，勢必會出現較大幅度的振動。

（2）鑄件材質較硬時，鏜刀切削吃力，鏜孔加工時會出現退刀現象，嚴重時會出現打刀的情況，也會造成一定程度的振動。

（3）工件被加工位置存在溝槽、拼裝間隙、焊縫等情況時，切削阻力突變，會造成振動。

1.4 操作問題

工件在加工過程中，操作工為了追求勞動效率，鏜桿的轉速、吃刀量和進給量過大；鏜刀選擇不當，刀刃出現磨損變鈍未及時更換或打磨等，這些人為因素會使加工產生較大幅度的振動。

2 解決措施

（1）進行設備大修，消除內因。針對設備機械磨損嚴重的問題，聯系專業設備維修單位，最好是設備原廠家進行設備大修。將機床進行解體，檢查齒輪、蝸桿、螺桿等傳動機構和操作機構的完好情況，更換磨損嚴重的零部件，通過清洗、檢查、測量、加工、更換等手段以全面消除缺陷，重新裝配以盡可能地恢復設備原有精度和性能，消除內因。

（2）制作鏜軸配重塊，降低主軸振動幅度。鏜床在加工大孔時，鏜軸位于旋轉盤的一側位置，偏離中心，在旋轉的時候，重心向一側偏斜，致使加工時，鏜桿振動，影響加工精度和加工質量。為此，操作工設計制作了一種大鏜床鏜軸配重塊，如圖1 所示，該配重塊兩端分別有一個沉孔，用于將其固定于鏜床旋轉盤上，重量經過測算，與鏜軸重量相當，配重塊的使用，抵消了鏜軸偏向一側的向心力，保證了鏜桿的平衡性，極大地降低了主軸的振動幅度，提高了加工質量。

（3）制作主軸支撐座，降低主軸前端下垂幅度。制作一種鏜床主軸鏜桿支撐座，如圖2 所示。該支撐底座外圓與鏜床平旋盤相配合，通過螺栓緊固在一起，支撐座中心是一個伸出的套筒，該套筒與平旋盤垂直，套筒最外端有一個臺階，里面裝有一個軸承，軸承內孔有一個內套，鏜桿伸出后直接從內套里出來，在鏜桿伸出較長的情況下，支撐座能起到輔助支撐作用，在一定程度上抵消前端力矩，進而降低鏜桿的前端下垂幅度和振動幅度。

圖1 鏜軸配重塊

（4）選取適合的鏜桿轉速、吃刀量和進給量。鏜桿轉速越高、吃刀量和進給量越大，鏜桿的振動也就越大，加工時，阻力大，讓刀越嚴重，主軸的前端下垂幅度也就越大；反之，鏜桿轉速越低、吃刀量和進給量越小，鏜桿的振動也就越小，加工時，阻力小，讓刀越輕微，主軸的前端下垂幅度也就越小。但前者工作效率高，后者工作效率低，因此可綜合考慮被加工工件的材質、加工位置、加工余量等具體情況，在保證鏜桿振動幅度和前端下垂幅度在可控的范圍內，盡量采用較高的轉速、吃刀量和進給量進行加工。

圖2 鏜桿支撐座

（5）提高工件被加工位置的焊縫和修復焊接質量，改進加工工藝。當工件被加工位置存在溝槽、拼裝間隙、焊縫等難以加工的情況時，一要盡可能的優化上道工序的工藝流程，提高上道工序的拼裝、焊接質量，二是改進鏜床加工工藝，進而消除鏜桿的振動和前端下垂幅度。例如，在鏜孔加工修復焊接的工件銷軸孔時，由于銷軸孔表面焊接材質硬度和工件原有硬度不一致，焊接表面凹凸不平，內部更是可能出現氣孔、夾砂等缺陷，鏜刀在加工過程中存在鈍刀、退刀現象。為此，首先要提高修復焊接的質量，降低加工難度；其次在加工過程中，首先用白鋼刀（白鋼刀為高速鋼材質，有很好的韌性及較高的硬度）對補焊后的內孔進行粗鏜，消除補焊材質硬度高、表面凹凸不平所形成的表層，之后再利用白鋼刀進行半精鏜。最后為保證銷軸孔的光潔度，在鏜床上采用機夾合金刀進行精鏜加工，如此以來，針對不同的狀況，采用適宜的刀具和加工工藝，便可大大降低鏜桿加工過程產生的振動，提高工件加工質量。

3 結束語

鏜床作為一種機械加工的重要設備，在機加工領域具有舉足輕重的地位，其加工范圍和精度決定著機械加工企業的加工能力，通過各種措施降低鏜床主軸的振動幅度和前端下垂幅度，不僅有益于延長設備使用壽命，降低設備故障率，減少企業為修理維護設備所產生的人員、資金投入，還保證了設備加工精度和加工效率，提高工件加工質量，提升企業核心競爭力。