數(shù)控重型臥式車床主軸錐孔研傷后的修復(fù)方法

雍強(qiáng)龍

(中國(guó)一重設(shè)備能源管控中心設(shè)備維修廠，黑龍江161042)

目前，重型臥式車床所使用的頂尖主要分為無(wú)法蘭式長(zhǎng)尾錐和法蘭式短尾錐兩大類，普通重型臥式車床采用的頂尖為無(wú)法蘭式長(zhǎng)尾錐頂尖，而數(shù)控重型臥式車床采用的則是法蘭式短尾錐頂尖。由于無(wú)法蘭式長(zhǎng)尾錐頂尖與主軸錐孔的接觸長(zhǎng)度較長(zhǎng)，承載的力大，穩(wěn)定性好，這就決定了普通重型臥式車床在粗加工活件的過程中很少出現(xiàn)主軸錐孔研傷現(xiàn)象；而法蘭式短尾錐頂尖與主軸錐孔的接觸長(zhǎng)度短，使用此種頂尖的數(shù)控重型臥式車床只適用于活件的半精和精加工，為了適應(yīng)于當(dāng)前市場(chǎng)和生產(chǎn)等因素，使用法蘭式短尾錐的數(shù)控重型臥式車床越來(lái)越多參與活件的粗加工，當(dāng)出現(xiàn)主軸錐孔與頂尖尾錐接觸率達(dá)不到要求時(shí)，一旦頂尖法蘭上的把合螺栓剪斷或者缺失后，在加工活件的過程中操作者不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，時(shí)間一長(zhǎng)，就會(huì)造成數(shù)控重型臥式車床主軸錐孔和頂尖尾錐研傷，在重載下一旦出現(xiàn)研傷，兩者的研傷面比較嚴(yán)重，最終造成頂尖報(bào)廢，主軸錐孔需要修復(fù)。

1 機(jī)床所用頂尖的分類

1.1 無(wú)法蘭式長(zhǎng)尾錐頂尖

普通重型臥式車床采用的頂尖為無(wú)法蘭式長(zhǎng)尾錐頂尖，如圖1所示。此類頂尖尾錐常用的錐度有1∶7、1∶8和1∶10，尾錐長(zhǎng)度按照機(jī)床噸位不同在200～400 mm不等，尾錐大端直徑也隨噸位逐漸增大。由于頂尖尾錐比較長(zhǎng)，與主軸錐孔接觸率大，承載力大，穩(wěn)定性好，在安裝時(shí)只要保證尾錐的接觸率達(dá)到75%以上，大端接觸良好即可，無(wú)需專項(xiàng)維護(hù)保養(yǎng)。在粗加工活件過程中頂尖和主軸錐孔出現(xiàn)研傷的概率極低。

圖1 無(wú)法蘭式長(zhǎng)尾椎頂尖Figure 1 Long caudal center without flange

1.2 法蘭式短尾錐頂尖

數(shù)控重型臥式車床采用的頂尖為法蘭式短尾錐頂尖，如圖2所示。此類頂尖尾錐的錐度為1∶4，尾錐長(zhǎng)度按照機(jī)床噸位不同在50～180 mm不等，尾錐大端直徑也隨噸位逐漸增大。由于頂尖的尾錐比較短，安裝過程要求比較嚴(yán)格，必須保證尾錐接觸率達(dá)到75%以上，大端接觸良好；在緊固法蘭上螺栓對(duì)頂尖產(chǎn)生預(yù)緊力后，頂尖法蘭端面和主軸端面之間間隙必須消除。如果以上兩方面不能同時(shí)滿足，數(shù)控重型臥車在粗加工活件的過程中由于諸多因素就會(huì)造成頂尖法蘭螺栓被剪斷，操作者不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，在重載下就會(huì)造成頂尖尾錐和主軸錐孔大面積研傷。

圖2 法蘭式短尾椎頂尖Figure 2 Short caudal flange type center

2 主軸錐孔研傷原因分析

2.1 頂尖自身結(jié)構(gòu)

數(shù)控重型臥式車床采用的頂尖為法蘭式短尾錐頂尖，此類頂尖只適應(yīng)于機(jī)床對(duì)活件的半精和精加工，不適用于機(jī)床對(duì)活件的粗加工。

2.2 中心孔同軸度

粗加工活件兩端中心孔同軸度相差過大。鍛造的活件表面不規(guī)矩，劃線工劃線的輔具、業(yè)務(wù)水平等諸多因素造成毛坯上加工出來(lái)的兩端中心孔同軸度相差過大，這樣的活件一旦上機(jī)床，就會(huì)對(duì)主軸頂尖產(chǎn)生一個(gè)額外的力矩，加之頂尖尾錐接觸率較小，時(shí)間一長(zhǎng)，就會(huì)對(duì)主軸錐孔產(chǎn)生擠壓變形。

2.3 頂尖的維護(hù)和保養(yǎng)

機(jī)床操作者對(duì)頂尖的維護(hù)保養(yǎng)不到位。在粗加工活件過程中，頂尖法蘭上的把合螺栓易松動(dòng)，甚至有時(shí)丟失，要求機(jī)床操作者在上卸活和活件調(diào)頭時(shí)補(bǔ)齊缺失的螺栓，并緊固螺栓。在機(jī)床粗加工活件過程中頂尖螺栓缺失和松動(dòng)時(shí)常出現(xiàn)。頂尖法蘭上的把合螺栓一旦松動(dòng)，頂尖和主軸之間的預(yù)緊力就會(huì)消失，由于頂尖尾錐很短，頂尖與主軸就會(huì)發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，最終造成頂尖尾錐和主軸1∶4錐孔大面積研傷。

2.4 裝卡面要求

對(duì)于粗加工活件，在上機(jī)床粗加工之前，必須銑至少兩個(gè)合理的裝卡面。由于不銑裝卡面或者只銑一個(gè)裝卡面，活件時(shí)常與主軸產(chǎn)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，極易造成頂尖和主軸錐孔出現(xiàn)研傷。

2.5 維修方面的因素

2.5.1 主軸頂尖法蘭上把合螺栓全部被剪斷后，如果不能從根源上分析問題和解決問題，而是忙于取出斷在主軸上的螺栓，螺栓取出后重新?lián)Q一批新螺栓把合頂尖，讓機(jī)床重新加工活件，久而久之，造成故障進(jìn)一步擴(kuò)大，最終造成頂尖尾錐和主軸錐孔出現(xiàn)研傷。

2.5.2 當(dāng)機(jī)床主軸頂尖前端75°/90°錐面出現(xiàn)嚴(yán)重研傷或者損壞后不能滿足機(jī)床生產(chǎn)需要時(shí)，需要更換新頂尖，在更換新頂尖時(shí)如果所換頂尖達(dá)不到頂尖所需的檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)也會(huì)造成頂尖尾椎和主軸錐孔出現(xiàn)研傷。

以上五方面因素是造成粗加工數(shù)控重型臥車主軸1∶4錐孔出現(xiàn)大面積研傷的主要原因。

3 主軸1∶4錐孔研傷后的修復(fù)方法

200 t粗加工數(shù)控臥車主軸錐孔大端大面積研傷，如圖3所示。主軸頂尖尾椎大端大面積研傷，如圖4所示。

粗加工數(shù)控重型臥式車床雖然是數(shù)控機(jī)床，但機(jī)床一直承擔(dān)著大型軸類零件毛坯的粗加工序，由于毛坯表面的不規(guī)矩性、加工過程中大走刀量和切削深度，造成機(jī)床各部精度嚴(yán)重下降，尤其是刀架各部間隙比較大。一旦主軸錐孔出現(xiàn)嚴(yán)重研傷后，需拆卸主軸上精度比較高的精加工機(jī)床車磨主軸1∶4錐孔，拆卸主軸必須先拆掉主軸箱和主軸上的各種附件，拆卸過程既費(fèi)時(shí)又費(fèi)力，還會(huì)對(duì)機(jī)床主軸造成二次傷害；對(duì)于靜壓結(jié)構(gòu)的主軸，在拆卸和安裝過程極易造成靜壓軸瓦研傷。

圖3 200 t粗加工數(shù)控臥車主軸錐孔大端研傷Figure 3 End polishing of spindle hole by 200T CNC horizontal roughing lathe

圖4 主軸頂尖尾椎大端研傷Figure 4 End polishing of caudal center of spindle

為了既省時(shí)又省力，避免對(duì)機(jī)床造成二次傷害和提高維修進(jìn)度，采用不拆卸主軸，機(jī)床利用自身刀架完成對(duì)主軸1∶4錐孔的車磨序。由于粗加工機(jī)床刀架X、Z軸間隙較大，編程后理論軌跡與實(shí)際軌跡相差甚遠(yuǎn)，這對(duì)加工主軸錐孔帶來(lái)了一定困難。這就要求采用的加工方法在機(jī)床運(yùn)行編程前必須消除X、Z軸的反向間隙，此種加工方法加工出來(lái)的實(shí)際軌跡才能逼近理論軌跡，降低在磨削過程中的改錐度次數(shù)，提高維修進(jìn)度。

3.1 主軸錐孔檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)

合格主軸錐孔的檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)為：

(1)涂色檢查，在圓周和長(zhǎng)度上接觸率均需達(dá)到70%以上，且錐孔大端接觸良好。

(2)頂尖和主軸兩端面之間預(yù)留0.10～0.15 mm間隙，加力后消除。

3.2 研傷后的修復(fù)方法及工藝

以200 t粗加工數(shù)控臥車為例：

3.2.1 加工前的準(zhǔn)備工作

拆卸機(jī)床卡盤上四個(gè)卡體等附件，使用稀油擦拭干凈新頂尖尾錐和端面上的防銹油。

3.2.2 焊序

(1)條件允許的情況下使用氬弧焊或者氣保焊補(bǔ)焊研傷的機(jī)床主軸錐孔，單邊補(bǔ)焊量需大于3 mm。反之，使用J507普通焊條補(bǔ)焊。

(2)使用電焊取出所有斷螺栓。

3.2.3 車序

上加長(zhǎng)刀桿找正中心高后：

(1)以最小量平主軸上安裝頂尖的端面見平即可。

(2)按1∶4錐度車補(bǔ)焊后的主軸錐孔，要求錐孔大端尺寸車至254 mm(主軸頂尖尾錐大端尺寸為256 mm，留2 mm磨量)。

3.2.4 攻絲

使用絲錐重新逐個(gè)攻主軸上把合頂尖的絲孔。

3.2.5 磨序

車序完成后，上磨頭，找正中心高后，按1∶4錐度磨主軸錐孔，采用從錐孔小端到大端編程磨削(即采用倒磨)，這種磨削方法在走程序前可以盡量排除刀架X、Z軸反向間隙。當(dāng)主軸錐孔在整個(gè)長(zhǎng)度和圓度上粗糙度達(dá)到Ra0.8 μm后，頂尖尾錐涂色配研主軸錐孔。安裝頂尖后，必須對(duì)稱把合頂尖上12個(gè)螺栓，并緊固到位。

3.2.6 檢驗(yàn)與判斷

螺栓緊固到位后，測(cè)量頂尖端面和主軸端面之間的間隙，測(cè)完間隙后，拆卸頂尖，檢查頂尖尾錐與主軸錐孔的接觸率。

(1)當(dāng)主軸錐孔接觸率達(dá)到檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，且兩端面之間間隙在0.10～0.15 mm之間時(shí)，即可達(dá)到要求，停止磨序。

(2)當(dāng)主軸錐孔接觸率達(dá)到檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，而兩端面之間間隙大于0.15 mm時(shí)，即采用原程序(不改變?nèi)魏螖?shù)值和錐度值)和原方法重復(fù)磨主軸錐孔直至兩端之間間隙達(dá)到要求停止磨序。在磨削的過程中需要多次上頂尖測(cè)量。

(3)當(dāng)主軸錐孔接觸率達(dá)不到檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，按照著色情況小值(一般改動(dòng)0.05～0.10 mm)改動(dòng)錐度值(即改動(dòng)程序中的X軸數(shù)值，其它數(shù)值和磨削方法不變)，重復(fù)磨主軸錐孔直至接觸率達(dá)到檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，且兩端面之間間隙在0.10～0.15 mm之間，停止磨序。改動(dòng)錐度值之后，當(dāng)錐孔在整個(gè)長(zhǎng)度上均磨削到后，需要及時(shí)安裝頂尖配研主軸錐孔，并測(cè)量?jī)啥嗣嬷g間隙。

3.2.7 頂尖的安裝

使用稀油擦拭頂尖和主軸錐孔各部，安裝頂尖，對(duì)稱緊固頂尖上所有把合螺栓，采用外力消除頂尖和主軸兩端面之間的間隙，再重新對(duì)稱緊固所有頂尖把合螺栓，上卡體加工活件。在日常上卸活的空余時(shí)間，需要勤檢查頂尖把合螺栓，并及時(shí)緊固和補(bǔ)齊螺栓。

3.3 修復(fù)過程中的數(shù)值采集

采用的磨削方法雖然在走程序前排除了X、Z軸反向間隙，但在磨削的過程中刀架各部還是有間隙存在，再加之在磨削過程中砂輪的磨損和磨頭自身誤差等原因，需要多次改動(dòng)錐度值重復(fù)磨序才能達(dá)到要求。

4 結(jié)論

經(jīng)過一周時(shí)間，完成了200 t粗加工數(shù)控重型臥式車床主軸1∶4錐孔的修復(fù)工作，修復(fù)后主軸錐孔與頂尖尾錐在長(zhǎng)度和圓周方向的接觸率均達(dá)到了80%以上，且大端接觸良好；兩端面預(yù)留0.15 mm間隙，并在加壓的作用下完全消除。為今后重型臥式車床主軸錐孔研傷后的修復(fù)提供了一種既便捷又高效的方法，具有很大的推廣價(jià)值。

[1] 中國(guó)重型機(jī)械工業(yè)協(xié)會(huì)，《重型機(jī)械標(biāo)準(zhǔn)》編寫委員會(huì).重型機(jī)械標(biāo)準(zhǔn).第1卷.昆明：云南科技出版社，2007.

[2] 楊瑞成，丁旭，季根順，等.機(jī)械工程材料[M].第二版.重慶：重慶大學(xué)出版社，2004.