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        淺談普通車床常見的故障維修

        2011-08-15 00:44:25江蘇陳靜
        職業(yè)技術(shù) 2011年8期
        關(guān)鍵詞:床身分力車床

        江蘇 陳靜

        淺談普通車床常見的故障維修

        江蘇 陳靜

        車床工業(yè)為各種類型的機械制造廠提供先進的制造技術(shù)與優(yōu)質(zhì)高效的車床設(shè)備,促進機械制造工業(yè)的生產(chǎn)能力和工藝水平的提高。機械制造工業(yè)肩負著為國民經(jīng)濟各部門提供現(xiàn)代化技術(shù)裝備的任務(wù),即為工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通運輸業(yè)、科研和國防等部門提供各種機器、儀器和工具。為適應(yīng)現(xiàn)代化建設(shè)的需要,必須大力發(fā)展機械制造工業(yè)??梢?,機械制造工業(yè)是國民經(jīng)濟各部門賴以發(fā)展的基礎(chǔ),而車床則是機械制造工業(yè)的基礎(chǔ)。一個國際車床工業(yè)的技術(shù)水平在很大程度上標志著這個國家的工業(yè)生產(chǎn)能力和科學(xué)技術(shù)水平。文章介紹了普通車床常見的故障維修方法,目的是使每個學(xué)生掌握基本的加工方法、維修方法,最大限度地發(fā)揮學(xué)生自身的潛能。

        結(jié)構(gòu)優(yōu)化;問題原因;故障;維修

        普通車床的車削加工在機器制造工業(yè)中應(yīng)用非常普遍,它的地位也十分重要。普通車床車切削加工的范圍很廣,就其基本內(nèi)容來說,有車外圓、車端面、切斷和車槽、鉆中心孔、車孔、鉸孔、車螺紋、車圓錐面、車成形面、滾花和盤繞彈簧等。有人也許會提出,隨著現(xiàn)代制造技術(shù)與數(shù)控車床加工的出現(xiàn),還有必要學(xué)習(xí)普通車床的加工嗎?數(shù)控車床加工的切削參數(shù)、最合理的加工工藝路線、刀具的最佳切削角度哪里來?來自于普通車床加工。因為數(shù)控車床價格昂貴,維修價格也比較貴,學(xué)校不會讓學(xué)生一開始就進行數(shù)控車床學(xué)習(xí)。所以,普通車床實習(xí)起到承上啟下的作用,地位不可忽視。普通車床是培養(yǎng)學(xué)生對車床的性能、不同材料切削參數(shù)選擇的重要途徑。

        一、普通車床的結(jié)構(gòu)優(yōu)化

        普通車床的設(shè)計大多沿用了以往的設(shè)計思想,車床設(shè)計的理論依據(jù)不足,在整個車床的各個組成部分中,車床床身是一個很重要的大件。目前,對普通車床床身的設(shè)計缺乏有效的理論依據(jù),床身的結(jié)構(gòu)設(shè)計不盡合理而C6140車床是普通車床中的主流型號之一,因此對該車床的床身進行優(yōu)化設(shè)計有重要的實際價值。本文依據(jù)圖紙在三維建模軟件PROE中,利用零件造型模塊建立床身的三維模型,利用有限元分析軟件ANSYS將模型導(dǎo)入進來,建立有限元模型,然后對床身進行受力分析,床身的受力來源于床鞍、床頭、床腿。經(jīng)過對三者的受力分析,建立起床身的力學(xué)模型,利用有限元分析軟件ANSYS和PROE中的Mechanica分析模塊,分別對CD6140車床床身進行了有限元結(jié)構(gòu)分析和模態(tài)分析,采用科學(xué)計算和實際經(jīng)驗相結(jié)合的方法類比同類車床床身的結(jié)構(gòu),并依據(jù)有限元分析的數(shù)據(jù),對該床身結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化。針對CD6140車床床身提出了三個原始減重方案,依據(jù)床身的鑄造工藝、車床的實際工作狀況、剛度和固有頻率等,論證每個減重方案的可行性。依據(jù)三個原始減重方案修改床身結(jié)構(gòu),并分別對床身進行有限元分析。采取第三個原始減重方案為初步方案,在此基礎(chǔ)上又提出更加合理的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計,要求對床身的肋板結(jié)構(gòu)重新設(shè)計,并進行拓撲優(yōu)化。經(jīng)過反復(fù)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計得到床身肋板的合理結(jié)構(gòu),綜合考慮車床的工況指標以及制造成本、鑄造工藝等因素,在不降低車床性能的基礎(chǔ)上得到了床身的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計方案。通過對CD6140車床床身的有限元分析和結(jié)構(gòu)優(yōu)化,減輕了車床床身的重量,節(jié)省了工程材料,床身的剛度和固有頻率等指標也得到了不同程度的提高。

        二、普通車床產(chǎn)生故障的原因和解決方案

        1.車削螺距較小的螺紋時,一般采用直進刀切削法(在垂直于工件軸線方向做直線進刀);車削螺距較大的螺紋時,為減小切削力,往往采用左右借刀切削法(通過移動小滑板讓螺紋車刀分別用左右切削刃切削)車削螺紋時,床鞍的移動是由長絲杠的轉(zhuǎn)動帶動開合螺母的移動來實現(xiàn)的。長絲杠的軸承處有軸向間隙,長絲杠與開合螺母之間也同樣有軸向間隙。當采用左右借刀切削法強力車削右旋蝸桿用右主刀刃切削時,刀具承受了工件給它的力P(忽略切屑與前刀面的摩擦力),把力P分解成軸向分力Px和徑向分力巧,其中軸向分力Px與刀具的進給方向相同,刀具把這個軸向分力Px傳給了床鞍,從而推動了床鞍向有間隙一側(cè)做快速猛烈的來回竄動,其結(jié)果是使刀具來回竄動,并使加工表面產(chǎn)生波紋,甚至斷刀。但用左主刀刃切削時就沒有這種現(xiàn)象,當用左主刀刃切削時,刀具所承受的軸向分力Px與進給方向相反,往消除間隙的方向運動,這時床鞍做勻速運動。切斷時,中滑板的移動是由中滑板絲杠的旋轉(zhuǎn)帶動螺母的移動來實現(xiàn)的,絲杠軸承處有軸向間隙,絲杠與螺母之間也有軸向間隙。在車床上切斷時,刀具前刀面(帶有前角的)承受了工件給它的力P(忽略切屑與前刀面的摩擦力),把力P分解成力Pz和徑向分力巧,其中徑向分力巧與切斷車刀的進給方向相同,指向工件,將刀具朝工件里推,從而會拉動中滑板向有間隙方向竄動,使切斷刀突然扎入工件,造成扎(斷)刀或工件彎曲。

        解決方法:當車削螺距較大采用左右借刀切削法的螺紋時,除了調(diào)整好車床有關(guān)參數(shù)外,還應(yīng)調(diào)整床鞍同床身導(dǎo)軌之間的配合間隙,使其稍緊一些,以增大移動時的摩擦力,減少床鞍竄動的可能性,但這個間隙也不能調(diào)得太緊,以能平穩(wěn)搖動床鞍為宜。調(diào)整好中滑板的間隙,盡量使間隙最?。徽{(diào)整好小滑板的松緊,使其稍緊一些,以防車削時車刀移位。應(yīng)盡量縮短工件和刀桿伸出的長度,盡量采用左主刀刃切削;用右主刀刃切削時,要減小背吃刀量;增大右主刀刃的前角,刀刃口要直,要鋒利,以減小刀具所承受的軸向分力Px。從理論上講,右主刀刃的前角越大越好。切斷或開槽時,首先要調(diào)整好小滑板的松緊,使其稍緊一些,以防車削時車刀移位。調(diào)整好中滑板的間隙,減少絲杠軸承處的軸向間隙和絲杠與螺母之間的軸向間隙。磨好切斷刀,不宜取過大前角,因為前角增大,刀具所受到的徑向分力巧增大,從而增大扎刀或斷刀的可能性。卷屑槽不宜過深,一般深0.75~1.5mm為宜,前角過大楔角減小,刀頭散熱面積減小,使刀尖強度降低,刀具壽命降低。不宜取過大進給量,如果是手動進給,一定要平穩(wěn)地勻速進刀。當前角取0度時,刀具所受到的徑向分力分力Py=O,刀具耐用,但不鋒利。

        2.車床的維修系統(tǒng)參數(shù)發(fā)生變化或改動、機械故障、車床電氣參數(shù)未優(yōu)化、電機運行異常、車床位置環(huán)異?;蚩刂七壿嫴煌?,是生產(chǎn)中數(shù)控車床加工精度異常故障的常見原因,找出相關(guān)故障點并進行處理,車床均可恢復(fù)正常。生產(chǎn)中經(jīng)常會遇到數(shù)控車床加工精度異常的故障。此類故障隱蔽性強、診斷難度大。導(dǎo)致此類故障的原因主要有五個方面:(1)車床進給單位被改動或變化。(2)車床各軸的零點偏置(NULLOFFSET)異常。(3)軸向的反向間隙(BACKLASH)異常。(4)電機運行狀態(tài)異常,即電氣及控制部分故障。(5)機械故障,如絲桿、軸承、軸聯(lián)器等部件。此外,加工程序的編制、刀具的選擇及人為因素,也可能導(dǎo)致加工精度異常,系統(tǒng)參數(shù)發(fā)生變化或改動。系統(tǒng)參數(shù)主要包括車床進給單位、零點偏置、反向間隙等等。例如,機械故障導(dǎo)致的加工精度異常:一臺THM6350臥式加工中心,采用FANUC0i-MA數(shù)控系統(tǒng)。一次在銑削汽輪機葉片的過程中,突然發(fā)現(xiàn)Z軸進給異常,造成至少1mm的切削誤差量 (Z向過切)。調(diào)查中了解到:故障是突然發(fā)生的。車床在點動、MDI操作方式下各軸運行正常,且回參考點正常;無任何報警提示,電氣控制部分硬故障的可能性排除。分析認為,主要應(yīng)對以下幾方面逐一進行檢查:(1)檢查車床精度異常時正運行的加工程序段,特別是刀具長度補償、加工坐標系(G54~G59)的校對及計算。(2)在點動方式下,反復(fù)運動Z軸,經(jīng)過視、觸、聽對其運動狀態(tài)進行診斷,發(fā)現(xiàn)Z向運動聲音異常,特別是快速點動,噪聲更加明顯。由此判斷,機械方面可能存在隱患。(3)檢查車床Z軸精度。用手脈發(fā)生器移動Z軸,配合百分表觀察Z軸的運動情況。

        返回車床實際運動位移的變化上,可以分為四個階段:①車床運動距離d1>d=0.1mm(斜率大于1);②表現(xiàn)出為d=0.1mm>d2>d3(斜率小于1);③車床機構(gòu)實際未移動,表現(xiàn)出最標準的反向間隙;④車床運動距離與手脈給定值相等(斜率等于1),恢復(fù)到車床的正常運動。無論怎樣對反向間隙 (參數(shù)1851)進行補償,其表現(xiàn)出的特征是:除第③階段能夠補償外,其他各段變化仍然存在,特別是第①階段嚴重影響到車床的加工精度。補償中發(fā)現(xiàn),間隙補償越大,第①段的移動距離也越大。分析上述檢查,認為存在幾點可能原因:一是電機有異常;二是機械方面有故障;三是存在一定的間隙。為了進一步診斷故障,將電機和絲杠完全脫開,分別對電機和機械部分進行檢查。電機運行正常;在對機械部分診斷中發(fā)現(xiàn),用手盤動絲杠時,返回運動初始有非常明顯的空缺感。而正常情況下,應(yīng)能感覺到軸承有序而平滑的移動。經(jīng)拆檢發(fā)現(xiàn)其軸承確已受損,且有一顆滾珠脫落,更換后車床恢復(fù)正常。

        車床電氣參數(shù)未優(yōu)化,電機運行異常。例如,一臺數(shù)控立式銑床,配置FANUC0-MJ數(shù)控系統(tǒng)。在加工過程中,發(fā)現(xiàn)X軸精度異常。檢查發(fā)現(xiàn)X軸存在一定間隙,且電機啟動時存在不穩(wěn)定現(xiàn)象。用手觸摸X軸電機時感覺電機抖動比較嚴重,啟停時不太明顯,JOG方式下較明顯。分析認為,故障原因有兩點,一是機械反向間隙較大;二是X軸電機工作異常。利用FANUC系統(tǒng)的參數(shù)功能,對電機進行調(diào)試。首先對存在的間隙進行了補償;調(diào)整伺服增益參數(shù)及N脈沖抑制功能參數(shù),X軸電機的抖動消除,車床加工精度恢復(fù)正常。

        總之,普通車床在操作中也應(yīng)該有很多需要注意的地方,主要的注意方面包括:普通車床運行前的檢查工作、車床潤滑油脂的合適程度、各部件的靈活程度及齊全程度、各檔是否在零位處、空車試運轉(zhuǎn)的必要性等。這些方面,不僅在普通車床運行時需要多加注意,在其他車床運行時也同樣需要加以注意。

        (編輯 劉麗娜)

        (作者單位:江蘇省靖江中等專業(yè)學(xué)校)

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