加工中心镗孔圆度超差故障分析与排除

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1、加工中心镗孔圆度超差故障分析与排除摘要：NC800卧式加工中心、XH715和ARROW1000立式加工中心，加工的箱体上轴承孔圆度超差，主要是主轴刀具松紧机构、滚珠丝杠间隙、主轴轴承预紧不够问题所致。 　　关键词：NC800圆度镗孔 　　镗孔圆度超差故障涉及到工艺系统的许多方面，机床自身机械方面的原因，是首先应检查的主要因素。　　一、主轴刀具拉紧力不够　　各种加工中心主轴刀具锁紧机构基本上大同小异，大多采用液压或气压松开，靠碟形弹簧回复力拉紧刀具，碟形弹簧长期使用会产生疲劳和损坏，导致对刀具的拉紧力下降。

2、在镗孔过程中由于切削力的作用会使刀具产生松动，从而出现孔尺寸不稳定以及孔圆度超差的故障。如果不能确认镗孔圆度超差是否由于主轴碟形弹簧引起，可以先采用压力调整法进行试验，再结合其他检验来判断，避免盲目拆卸主轴松刀机构。　　一台NC800卧式加工中心加工的箱体上轴承孔圆度误差0.045mm，在排除了其他因素的影响之后，对松刀机构进行检验，先调整液压系统压力，由系统设置的6.3MPa逐渐往下降，每降低0.5MPa，对松刀情况进行检验，看松刀是否到位。当压力降到4MPa时，松刀机构卡爪的位移出现问题，刀具不能松开

3、。正常情况下如果系统压力低于5.8MPa时，就不能正常装卸刀具了。假若松刀机构位移即松刀行程不变，而弹簧的回复力与压缩弹簧液压缸的压力成正比，松刀所需要的液压压力降低，证明弹簧的刚度降低了，这实际上说明碟形弹簧有问题。　　拆卸主轴刀具松紧机构，发现部分碟形弹簧损坏，对其进行全部更换，将锁母压紧到松开前的位置。安装后，松刀所需的压力恢复到正常的5.8MPa左右，再次进行镗孔测试，圆度误差减至0.01mm以内，恢复到正常水平。　　还有一种可能的情况是碟形弹簧并未损坏，但由于疲劳而刚度下降，通过调紧碟形弹簧的压

4、紧锁母也可以增加刀具拉紧力，但注意不要影响松刀机构爪子的松开及锁紧位置，否则会造成刀具无法正常装卸，造成新的故障隐患。如果确是这种情况，仍然建议更换全部碟形弹簧，以确保刀具锁紧可靠。　　二、主轴轴承未有效预紧　　加工中心镗孔圆度超差，一般最直接的原因与主轴旋转精度有关，主轴旋转精度主要是靠主轴轴承来保证的，加工中心的主轴组件有多种结构形式，由于需要满足高速、重载、精密的现代加工要求，加工中心主轴前轴承多采用三个角接触球轴承组合，并承受双向的轴向载荷，对于这种配置的轴承的预紧，存在是否有效的问题。　　一台A

5、RROW1000立式加工中心在加工壳体零件的轴承孔时，圆度误差0.03mm，几乎接近孔径公差，所以操作工很难保证该孔的尺寸要求，经过对主轴径跳的静态检验，均符合该机床的精度指标要求，证明主轴轴承精度保持正常水平，同时也排除了刀具、夹紧力的影响。模拟主轴加工受力状况，将百分表压在镗刀杆的端部外圆面上，距主轴端面300mm左右，通过对镗刀杆人为推动施加外力，力的方向朝着表头压下的方向，可以看到百分表针有0.05mm左右的摆动。所以认为是主轴轴承预紧不够，在零件的加工过程中，由于受切削力的作用造成主轴径跳加大，

6、从而影响镗孔圆度。主轴结构如图1所示。　　主轴轴承为三套角接触球轴承，通过内外两个隔环组合在一起。但是，在对预紧锁母施加预紧力之后，仍不能得到应有的预紧效果。由于轴承经过长时期磨损之后，轴向间隙加大，无论在轴承1的内环上施加力有多大，都无法使轴承2、3的内环随主轴产生位移来消除间隙，因此也就无法对主轴有效预紧。根据力平衡原理，轴承1的轴向力应等于轴承2、3的轴向力之和，当轴向施加外载荷后，轴承2、3的轴向载荷增加，轴承1的载荷则减小，三个轴承的载荷分配趋向均匀。成套供应的新轴承有很高的精度，基本可以保证轴

7、承2和3有大体相同的预紧量，即受力比较均匀。在长期使用后，轴承2和3也基本有大体相同的磨损量，其实只需对轴承1和2之间的内隔环进行配磨，就可补偿轴承的轴向间隙，使得在轴承1和2与外隔环相互接触时，而内隔环与轴承内圈之间留有一定间隙，压紧后即可得到要求的预紧力。因此，解决的方法有两个：一是更换轴承;二是通过修配隔环使主轴预紧。考虑到轴承的精度还没有丧失，还是采取修配隔环使主轴预紧较好。由于在实际操作中面临测量方面的困难，将内隔环的长度由121.35mm修磨到121.25mm。安装后，以120N·m左右的力矩

8、旋紧锁母来压紧轴承，注意预紧力不要太大，可根据机床要求的力矩，因为轴承1、2和内隔环之间可能压紧后仍存有间隙，预紧力过大会造成轴承发热，若无测量力矩的装置，盘动主轴略有阻尼感觉即可。此后，经过测试及现场切削加工证明，此方法可行，同样镗Ф80mm的孔，圆度误差由0.03mm减小到0.005mm，完全满足零件的加工要求。　　三、坐标轴间隙导致的镗孔圆度超差　　加工中心坐标轴的间隙，在很大程度上影响机床运行的稳定性，是引起机床运行抖