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1.故障现象
设备出现镗深孔时,出现孔口尺寸小,孔底部尺寸大,呈正锥形,零件表面粗糙度质量差,刀尖磨损过快,镗孔圆度超差等。针对零件加工质量现象,经过我们综合分析,对设备进行精度检查,如表1所示(注:远端为离主轴端面长度300mm处测量)。
表1
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确认主轴锥孔中心线径向跳动超差过大,设备远端跳动允差
2.故障原因
该设备采用全闭环,四轴联动立式加工中心,自购进投入生产以来,使用率较高,故障也不少,多次出现换刀失败故障,最严重的一次是机械手处干抓到位置,2向即主轴向工作台方向快速移动,导致机械手弯曲而报废,刀库原始相对位置变动,每次换
刀失败,对主轴都会产生撞击。换刀失败主要原因是Z向换刀点位变化,机械手卡爪与刀柄位置变化,不仅使主轴、主轴轴承和主轴锥孔受到撞击,还造成卡爪对刀柄无法锁死,产生掉刀,设备误操作导致的揸'击,也会使设备丧失精度,产生加工误差,不能满足工艺要求,丧失较高精度,设备处于不完好状态。图la所示为主轴锥孔内不平整导致主轴锥孔中心线径向跳动严重超差,图lb所示为正常主轴对比。
3. 制定维修方案
针对主轴锥孔径向跳动超差问题,分析讨论如下:
(1)更换主轴部件,购买价格少则几万元、多则数十万元,购买周期长,费用髙。
(2) 返修磨削修正主轴锥孔,受加工设备精度要求,以及磨削加工操作人员水平限制,目前还没有能力恢复精度,外协能返修保证主轴锥孔精度的加工厂家,还需调研确认。如果采取返修磨削锥孔,还需分解主轴,因主轴轴承因拆卸而损坏。返修后,组装主轴部件能保证精度加工出合格产品,对于维修人员也非易事。
(3) 采取研磨方法。经检测,主轴径向跳动量小于0.002mm,证明主轴轴承精度正常,只是主轴锥孔跳动量超差,
3. 实施过程
设计加工研具,依据设备主轴锥孔锥度7 : 24设计加工相应研具,如图2所示。
在研磨前装上检验棒,测量主轴远端最大跳动位置,并在主轴轴颈上作标记,将研具锥面涂少许磨料,放人主轴锥孔内。利用研具中心孔,在中心孔内放入适当大小钢球,顶在工作台面上(注意:铜球项在工作台时,要留一定间隙,大约0.1 mm左右,操作时,一只手握研具来回转动,另一只手慢慢转动Z向进给手轮,保证间隙后立即停止Z向进给,避免主轴与工作台顶死,损坏主轴轴承),利用主轴的最低转速,握住研具柄部研磨。经过一次研磨后,测量远端跳动量为0.04mm,比研磨前减少0.03mm,但是主轴锥孔远端最大跳动量位置有变化。再次研磨跳动量0.03mm,最大跳动点又变了。多次研磨后,远端跳动量始终在0.03?0.04mm之间,有时还要大一些,最好的一次跳动量为0.02mm,也不在设备允差之内,主轴锥孔最大跳动量位置每次研磨后都在变动,不是线性的减少,没有规律可循。不得不怀疑用研磨方法能否提高精度,且受研磨佘量限制,也不是可以无限地研磨下去,研磨量尽可能少,避免影响相关机构产生干涉。
经过周末两天思考,在研磨方法上必须更新,采用针对性研磨,经研磨后测量,最大跳动量远端3 m m、近端 0.0 01 m m,此时精度比设备进厂安装验收允差精度还要髙,证明了通过研磨方法不仅能达到设备允差精度,而且超过设备出厂精度。
4. 研磨后设备部件结构及精度变化
(1) 研磨后锥孔要大一些,刀柄会上移大约1mm左右,对刀柄锁紧刚性强度没有影响。
(2) 对机械手换刀有影响,刀柄上升后,换刀点位置有变化需要移动刀句,使主轴台升修正密补,如果有机械手卡爪与主轴端面干涉的情况,修磨卡爪(注:修磨量不大,对卡爪机械强度及功能均无影响)。
(3) 主轴锥孔插人检验芯棒,表支在检验芯棒上,移动Z向300mm全长,经过测量达到设备安装验收精度。
(4) 加工试件,经过对比各项精度,几乎与设备购进安装时加工精度保持一致。修复后主轴与正常主轴对比如图3所示。
5. 修复后精度
(1)设备安装验收精度(见表2)。
表 2
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(2)设备修复后精度检测(见表3)。 表3
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结束语:
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