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(shù)控落地鏜銑加工中心，由于鏜軸加工時與工件發(fā)生干涉受損未被發(fā)現(xiàn)，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(zhuǎn)精度。銑軸銅套咬傷，將直接影響到了數(shù)控落地鏜銑加工中心的加工精度。而常規(guī)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(chǎn)廠家進(jìn)行修理。不但維修費用相當(dāng)昂貴，而且維修周期很長(1～3個月)。面對此現(xiàn)狀，筆者公司決定在現(xiàn)場利用現(xiàn)有的廠內(nèi)設(shè)備，自行完成銑軸銅套更換工作。

2 銑軸銅套的毛坯準(zhǔn)備

銑軸銅套如圖1。銅套的準(zhǔn)備需要注意以下要點:

(1)銅套的材質(zhì)，目前國內(nèi)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(yīng)比銑軸內(nèi)孔大0.2 mm的過盈量，表面粗糙度達(dá)Ra0.8 μm。

(3)銅套的內(nèi)徑應(yīng)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(dǎo)向環(huán)，方便后續(xù)安裝。

3 銑軸銅套的冷套裝配

3.1 冷套裝配的理論基礎(chǔ)

已知合金銅的熱線性膨脹系數(shù) 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(huán)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(xù)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(nèi)，揮發(fā)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(wěn)定并略高于銅套高度。

(2)液氮溫度極低，必須作好相關(guān)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(jìn)行裝配。

4 銑軸銅套的去除與精加工

常規(guī)的銑軸銅套加工方法是先用大型的高精度內(nèi)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(jìn)行研磨直至尺寸公差范圍。但筆者公司廠內(nèi)沒有大型的高精度內(nèi)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(xù)孔加工方法進(jìn)行了測試研究。即利用尚在銑軸內(nèi)已拉壞的銅套進(jìn)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(nèi)圓，砂輪與銑軸內(nèi)圓對好后，銑軸以100 r/min慢速旋轉(zhuǎn)，開啟主軸錐孔修磨專機主軸其旋轉(zhuǎn)方向與銑軸旋轉(zhuǎn)方向相反，搖動手柄手動移動其主軸進(jìn)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(jìn)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(wěn)定不再變化，拋光后表面粗糙度可達(dá)Ra0.8 μm如圖5。

用主軸錐孔修磨專機加工該方法其優(yōu)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(shù)控落地鏜銑加工中心銑軸旋轉(zhuǎn)，滑枕進(jìn)給，移動Y軸調(diào)整吃刀量進(jìn)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(dá)Ra0.4 μm如圖7。

該方法加工其優(yōu)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(yīng)用過程中注意事項:

(1)Capto刀柄的正、側(cè)母線需與滑枕拉平，其平行度不大于0.05 mm/300 mm，調(diào)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(nèi)圓最高點處。

(3)為使更好地控制加工尺寸，需進(jìn)行試刀，精確測量好尺寸后再調(diào)整進(jìn)刀量進(jìn)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(nèi)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(yīng)控制在0.005～0.015 mm內(nèi)。

(6)應(yīng)用該方法加工其前提需確認(rèn)數(shù)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(nèi)孔的圓度、錐度。

5 結(jié)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(jié)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(jìn)出平穩(wěn)，無明顯阻尼，其電動機電流為3%～5%。經(jīng)本次銑軸銅套更換維修后該數(shù)控落地鏜銑加工中心已穩(wěn)定運行數(shù)月，鏜孔失圓情況一直保持＜0.01 mm。通過實踐加工運行，更進(jìn)一步證實了該維修方案的可行性，該方案可以供相關(guān)單位作參考。