楊家珺，王美艷

（四川航天烽火伺服控制技術(shù)有限公司，四川成都 611130）

0 引言

瑞士威力銘W408 加工中心是五軸四聯(lián)動(dòng)高精度機(jī)床，主軸內(nèi)嵌電機(jī)，具有眾多加工中心主軸所共有的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。如果該加工中心主軸修復(fù)成功，將對(duì)其他加工中心主軸維修起到極大的借鑒作用。攻克了進(jìn)口多軸聯(lián)動(dòng)加工中心主軸修復(fù)難關(guān)。

1 可靠性問(wèn)題的提出

該加工中心主軸內(nèi)嵌電機(jī)，集機(jī)械、電氣、氣動(dòng)、液壓、自控于一體，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，裝配精度高。國(guó)內(nèi)無(wú)任何廠家能維修，對(duì)于這種高精度設(shè)備的主軸一旦修理不善，在維修過(guò)程中出現(xiàn)任何一點(diǎn)誤差，這臺(tái)主軸就將報(bào)廢。購(gòu)買(mǎi)一臺(tái)新的主軸費(fèi)用高，且周期很長(zhǎng)。

2 故障成因及分析

（1）故障表面現(xiàn)象。膠臭味霧狀液體從主軸前端噴出，主軸前端異常發(fā)熱，主軸殼體異常發(fā)熱。

（2）故障發(fā)生的外部因素。為趕進(jìn)度，高速、吃大刀，超性能使用。不注重機(jī)床保養(yǎng)。

（3）維修前故障內(nèi)因分析。軸承長(zhǎng)年使用，未曾添加潤(rùn)滑脂導(dǎo)致潤(rùn)滑不良，或者受到撞擊可能破損。密封圈老化，主軸內(nèi)部進(jìn)入空氣水分，引起主軸內(nèi)部氧化，電機(jī)定子線圈絕緣度降低，電機(jī)匝間短路，線圈燒壞（圖1）。

圖1 電機(jī)線圈燒壞

3 設(shè)定目標(biāo)

使設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)，主要精度指標(biāo)恢復(fù)到出廠要求。精度檢測(cè)項(xiàng)目：①Z 軸錐孔中心線徑向跳動(dòng)。允差，近端0.004，遠(yuǎn)端0.008/60。②Z 軸上下移動(dòng)對(duì)主軸錐孔中心線的平行度。允差，正母線0.008/60，側(cè)母線0.008/60。

4 維修過(guò)程

4.1 修復(fù)難點(diǎn)

間隙對(duì)主軸精度有極大影響，難以把握。由于是一臺(tái)全進(jìn)口的老設(shè)備，主軸部分介紹比較簡(jiǎn)略，而且全是外文。廠家已停產(chǎn)，無(wú)任何技術(shù)支持。主軸結(jié)構(gòu)復(fù)雜，零部件繁多，與隨機(jī)附帶的裝配圖有出入。需要專用的裝卸工裝。速度、溫度、位置感應(yīng)器裝配要求嚴(yán)格，稍有出入就會(huì)導(dǎo)致主軸不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)，更甚者還會(huì)導(dǎo)致主軸報(bào)廢。

4.2 修復(fù)過(guò)程

針對(duì)存在的問(wèn)題進(jìn)行了認(rèn)真研究分析，大量的技術(shù)準(zhǔn)備工作。制訂出了對(duì)策，測(cè)繪密封圈，加工安裝。對(duì)氣源安裝空氣干燥機(jī)。確定線圈繞制要求，繞制線圈。為了能更好的完成此次修理工作，分析主軸結(jié)構(gòu)及故障原因，研究具體拆卸與裝配方案。方案確定后，對(duì)主軸進(jìn)行拆卸，卸下主軸，清洗油路，修復(fù)溝槽，更換零部件，對(duì)各零部件的裝配角度、定位基準(zhǔn)等作上標(biāo)記。因?qū)嶋H主軸結(jié)構(gòu)和說(shuō)明書(shū)上的結(jié)構(gòu)圖大不相同，為此，根據(jù)實(shí)際結(jié)構(gòu)繪制裝配圖，修改了原方案。自制間隙調(diào)整螺釘，修復(fù)冷凍液密封面的溝槽，對(duì)零部件進(jìn)行清洗或更換。裝配過(guò)程中尤其注意的是每個(gè)螺釘所擰的力的大小，每個(gè)密封圈的嚴(yán)密度，位置傳感器和溫度傳感器的安裝位置都直接影響著主軸的精度和靈敏度。幾個(gè)傳感器位置與變頻器內(nèi)的參數(shù)是相互匹配的，不可隨意改變位置，一旦參數(shù)吻合不上，系統(tǒng)就會(huì)混亂，主軸也就不能定位，設(shè)備根本無(wú)法運(yùn)轉(zhuǎn)，那么整個(gè)機(jī)床只有報(bào)廢。沒(méi)有專用檢測(cè)儀器和專用工具是很難達(dá)到精度要求的，但是維修人員在無(wú)任何檢測(cè)工具的情況下，靠著多年來(lái)積累的經(jīng)驗(yàn)小心謹(jǐn)慎的一步一步組裝主軸，使得每個(gè)零部件都恢復(fù)原位。經(jīng)過(guò)無(wú)數(shù)次裝調(diào)，終于調(diào)試成功。主軸所有功能得以恢復(fù)，精度也比以前大有提高。對(duì)設(shè)備進(jìn)行性能調(diào)試，檢測(cè)各項(xiàng)精度指標(biāo)均達(dá)到出廠要求，加工出來(lái)的測(cè)試件也達(dá)到工藝要求，修復(fù)成功。這一次的維修開(kāi)創(chuàng)了進(jìn)口加工中心維修的先河，打破了數(shù)控維修的禁區(qū)。

5 改進(jìn)措施及效果

（1）實(shí)施1——重新加工密封圈。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，繪制了密封圈加工圖紙（圖2）；通過(guò)查閱《機(jī)械工程材料手冊(cè)》，結(jié)合實(shí)際需求，合理選用加工材料——氯丁橡膠（該材料抗氧化、耐油、耐酸堿、耐老化、氣密性好）。

圖2 密封圈加工

（2）實(shí)施2——改善壓縮空氣質(zhì)量。根據(jù)設(shè)備對(duì)壓縮空氣的質(zhì)量要求和使用要求，在選型上提出要求：①保證大氣露點(diǎn)-17 ℃～-23 ℃；②保證管路不結(jié)露、不滴水；③風(fēng)機(jī)外置，不擾流、散熱好；④板快不銹鋼蒸發(fā)器，延長(zhǎng)排水器壽命；⑤內(nèi)置過(guò)濾器一體成型，降低配管成本；⑥自動(dòng)排水外置式，方便清洗維修；⑦預(yù)冷器、蒸發(fā)器、熱交換、冷凝器四合一；⑧最小空間、最大效率，最省電；⑨無(wú)油、無(wú)水、無(wú)壓；⑩空氣處理量要達(dá)到3.8 Nm3/min。通過(guò)比較最后選擇了DS3-003NF 風(fēng)冷系列型。

效果檢查：用環(huán)境濕度計(jì)測(cè)試環(huán)境濕度為60%～80%，加了冷干機(jī)后除去了空氣中83%左右的水分，含水量為10.2%～13.6%，達(dá)到目標(biāo)要求。

（3）實(shí)施3——重新繞制線圈。根據(jù)設(shè)備說(shuō)明書(shū)的要求，線圈采用真空浸漆，真空度在70 Pa 以內(nèi)，以保證絕緣度高的性能。由于工廠沒(méi)有繞制此要求線圈的能力，為此考察了幾家工廠，最終確定在成都電機(jī)廠進(jìn)行繞制。

（4）實(shí)施4——主軸安裝調(diào)試。

6 主軸安裝調(diào)試控制點(diǎn)

6.1 裝配間隙的調(diào)整

主軸軸向間隙與冷凍液密封圈的壓縮量有關(guān)。在不知道壓緊力情況下，要調(diào)整好該間隙并非易事。經(jīng)過(guò)反復(fù)預(yù)緊——放松——再預(yù)緊。

（1）主軸冷凍液密封調(diào)整。主軸前軸承座系主軸前端兩列軸承的軸向定位基準(zhǔn)（軸徑為徑向定位基準(zhǔn)），同時(shí)也是冷凍密封室的一面，主軸后軸承座是后軸承的軸向調(diào)整面，同時(shí)也是冷凍密封室的一面。冷凍密封室必須密封，無(wú)泄漏（否則將降低內(nèi)置電機(jī)使用壽命），調(diào)整M8×20 mm 的12 顆頂絲，壓緊主軸后端蓋，使冷凍室完全密封無(wú)泄漏。經(jīng)2.5 kg 液壓試驗(yàn)無(wú)泄漏。

（2）主軸旋轉(zhuǎn)精度的調(diào)整。由于冷凍密封室密封圈的可壓縮性。導(dǎo)致后軸承座位置下移，調(diào)整環(huán)不能達(dá)到消除間隙，對(duì)軸承頂緊的目的，同時(shí)主軸徑向、軸向誤差增大，不能保證主軸精度要求。調(diào)整方法：將主軸豎直置放在桌面上，消除前軸承間隙及對(duì)軸承頂緊，將后軸承壓套壓緊，用塞尺檢查調(diào)整環(huán)與軸承內(nèi)圈端面的間隙，讀取數(shù)據(jù)，根據(jù)數(shù)據(jù)將后軸承壓套長(zhǎng)度減小，直到完全消除間隙，達(dá)到主軸精度要求。

6.2 感應(yīng)器位置的調(diào)整

感應(yīng)器的位置將影響主軸各項(xiàng)動(dòng)作，是裝備中至關(guān)重要的因素。經(jīng)過(guò)多次調(diào)試，終于掌握了調(diào)整方法。該主軸有一個(gè)感應(yīng)抓刀的圓柱探頭，裝配時(shí)要求圓心對(duì)正彈簧軸上端線，與彈簧軸間距1 mm 左右。齒輪托盤(pán)上有2 個(gè)位置感應(yīng)器和1 個(gè)速度感應(yīng)器，要求圓弧面與外壁貼合緊密，以免與齒輪擦傷。位置感應(yīng)探頭與齒輪上的指針按一定角度對(duì)正，否則將導(dǎo)致主軸無(wú)法定位。用雙蹤示波器對(duì)兩個(gè)速度傳感器的信號(hào)線進(jìn)行監(jiān)控。

7 效果檢查

經(jīng)過(guò)反復(fù)裝調(diào)后，主軸恢復(fù)了正常運(yùn)轉(zhuǎn)，各項(xiàng)精度達(dá)到出廠要求，加工試件合格，加工10 個(gè)零件，10 件合格，合格率在100%，以往合格率一般為80%。設(shè)備恢復(fù)生產(chǎn)。精度檢測(cè)見(jiàn)表1。

表1 精度檢測(cè)

8 鞏固措施

經(jīng)過(guò)加工大量產(chǎn)品后，確認(rèn)該設(shè)備修復(fù)后狀態(tài)良好。經(jīng)過(guò)總結(jié)，制定一些鞏固措施。修訂操作規(guī)程，規(guī)范操作行為。加強(qiáng)設(shè)備日常維護(hù)保養(yǎng)，制定保養(yǎng)卡片。編制精度檢測(cè)記錄單。定期進(jìn)行精度檢測(cè)。嚴(yán)格監(jiān)控設(shè)備狀態(tài)，確保符合質(zhì)量要求

9 總結(jié)

通過(guò)這次維修，解決了銑加工中心電主軸修復(fù)難題，在技術(shù)上填補(bǔ)了公司這項(xiàng)維修技術(shù)的空白，使進(jìn)口加工中心維修技術(shù)又上了一個(gè)新臺(tái)階。