一台XKA2425×40 数控龙门铣床,已投入使用多年,该机床带有加长、直角、增速附件头,并通过程序实现自动更换附件头。某次准备自动更换附件头时,主轴频繁正、反向低速小角度局部转动且不能停止,无法更换附件头。
1.1 主轴定向功能
主轴通常只进行速度控制,但在特定的情况下也需要对主轴进行位置(角度)控制。如数控龙门铣床自动换附件、加工中心自动换刀、镗孔加工中因工艺要求而需要让刀、以及数控车床在装夹工件(车削螺纹有始止要求)时,都需要主轴准确地停在一个特定的位置(角度)上,即通常所说的主轴定向功能。按控制方式不同,主轴定向可分为机械减速定向、电气减速定向、电气减速磁感应定向、电气减速机械定向、液压(或气动)定向。XKA2425×40 数控龙门铣床主轴定向属于机械减速定向。
数控龙门铣床主轴使用端面铣刀,刀盘直径大,需要的切削力、切削扭矩也大。加工铝质材料需要较高的转速以保证表面光洁度,数控龙门铣床通常采用变速箱满足扭矩、转速的要求,将主轴速度分为高速轻切削(Ⅰ挡)和重力切削(Ⅱ挡)2个挡位。
(1)重力切削时,主轴伺服电机转速/24×24/60×47/78×27/72×47/47;高速轻切削时,主轴伺服电机转速/24×24/60×47/78×78/47×47/47。见图1。
(2)主轴转速的挡位切换可以在操作面板上手动操作,使用2 个带互锁功能的“高速轻切削(I 挡)”、“重力切削(II 挡)”键。也可在编程时用M41 指令实现重力切削、M42 指令实现高速轻切削的切换。
切削加工(主轴高速重力切削时突然停止产生的强力冲击、断续切削产生的冲击)过程中,传动链中的轴、齿轮与键联接部位配合面长期使用变形、磨损造成配合间隙增大。本次故障主要原因是键受损变形、磨损明显(图2)。传动链中的轴、齿轮联接配合轴径与孔径因磨损间隙增大。主轴高速重力切削突然停止强力冲击、断续切削冲击使轴产生变形,造成齿轮中心距变化。
传动链中的轴承长期使用造成的磨损,轴承钢珠磨损变小、轴承弹导磨损变大造成轴承间隙增大。润滑不足、密封不良、润滑油变质造成轴承加速磨损、精度降低引起轴承间隙增大。
(1)加工中心、数控龙门铣床在编写加工程序时,杜绝主轴从高速突然降为零的方式,应采用分级逐步降低,减少冲击对传动链精度的损坏,如1000→800→600→400→200→0(r/min)。
(2)大型结构件加工前装夹固定时,合理分布支撑紧固点,增加刚性、降低加工振动,采用合理切削参数。
(3)设备合理维护、定期保养,日常检查逐一观察润滑情况。
(4)条件许可时,适当提高主轴传递链中齿轮精度、齿轮齿面硬度。
[1] 中国机械工程学会设备维修分会.设备工程实用手册[M].北京:中国经济出版社,1999.
[2] 王红萍.机械设备故障诊断技术与应用[M].西安:西北工业大学出版社,2001.