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)
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(xiàn)狀,筆者公司決定在現(xiàn)場利用現(xiàn)有的廠內(nèi)設備,自行完成銑軸銅套更換工作。
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(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)銅套的外徑應比銑軸內(nèi)孔大0.2 mm的過盈量,表面粗糙度達Ra0.8 μm。
(3)銅套的內(nèi)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(huán),方便后續(xù)安裝。
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
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。
(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行裝配。
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)孔加工方法進行了測試研究。即利用尚在銑軸內(nèi)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(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(wěn)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(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),滑枕進給,移動Y軸調(diào)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(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,需進行試刀,精確測量好尺寸后再調(diào)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(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控制在0.005~0.015 mm內(nèi)。
(6)應用該方法加工其前提需確認數(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。
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。