數(shù)控車床直線進給運動部件機械安裝與調(diào)整

周蘭

(武漢船舶職業(yè)技術(shù)學(xué)院機械工程學(xué)院，湖北武漢 430050)

2013年全國職業(yè)院校技能大賽高職組“數(shù)控機床裝配、調(diào)試與維修”賽項機械部分命題是CKA6150 數(shù)控車床Z 軸部件安裝調(diào)試。作為大賽參賽院校，進行了反復(fù)裝調(diào)實踐，確定并完善了直線進給運動部件裝配工藝，解決了裝配過程中出現(xiàn)的系列問題，總結(jié)出了影響部件運動及其精度的裝配工藝因素。

1 機床直線進給運動實現(xiàn)方式及支承方式

1.1 機床直線進給運動實現(xiàn)方式

機床直線進給運動實現(xiàn)通常有3 種方式:電機通過聯(lián)軸器直接帶動絲杠螺母副(圖1 (a))，此方式傳動鏈短，傳遞扭矩小，適合于小型數(shù)控機床;電機通過齒輪副帶動絲杠螺母副(圖1 (b))，此方式絲杠能夠傳遞較大扭矩，適合大型數(shù)控機床，但是齒輪副周向側(cè)隙產(chǎn)生反向間隙影響運動精度;電機通過同步帶輪副帶動絲杠螺母副(圖1 (c))，此方式運動平穩(wěn)性高，適合于中小型數(shù)控機床。

圖1 機床直線進給運動實現(xiàn)方式

1.2 絲杠螺母副支承方式

機床直線進給運動絲杠螺母副支承通常有4 種方式:固定－自由式(圖2 (a))，固定端通過承受雙向軸向力軸承限制絲杠軸頸雙向軸向移動，自由端沒有軸承支承。此方式適合于短絲杠情形，剛度低、承載能力低。固定－支承式(圖2 (b))，支承端通過只承受徑向力的軸承對絲杠螺母副一端起支承作用。此方式適合于長絲杠情形，當絲杠受熱后可向支承端延伸，減少熱變形對絲杠彎曲變形影響。單推－單推式(圖2 (c))，絲杠螺母副兩端分別使用承受單向軸向力的軸承支承，分別限制絲杠軸頸一個方向移動。此方式安裝時對絲杠進行預(yù)拉伸，減少絲杠因自重引起的彎曲變形，提高絲杠剛性。固定－ 固定式(圖2 (d))，兩端均使用承受雙向軸向力的軸承，分別限制軸頸雙向移動，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，絲杠熱變形可轉(zhuǎn)換為預(yù)緊力，剛度、精度高。

圖2 絲杠螺母副支承方式

2 Z 軸部件安裝與調(diào)整

2.1 Z 軸部件安裝工藝

所裝配的CKA6150 數(shù)控車床Z 軸部件采用同步帶傳動方式，絲杠螺母副采用固定－ 支承方式，Z向有效行程長度為1 935 mm，裝配示意圖如圖3 所示。

圖3 CKA6150 數(shù)控車床裝配示意圖

正確的安裝工藝是達到進給部件運動精度和加工精度的重要保證，安裝時采用以下裝配工藝:

(1)電機支承座安裝與調(diào)整。電機支承座用來安裝電機，同時也是絲杠螺母副前支承。安裝時保證電機支承座軸承孔中心線與機床導(dǎo)軌之間達到平行度要求，并將電機支承座作為其他部件的安裝基準;

(2)軸承座安裝與調(diào)整。軸承座是絲杠螺母副后支承，軸承座中心孔需要保證與機床導(dǎo)軌平行度要求，同時保證與電機支承座軸承孔同軸度要求;

(3)溜板箱安裝與調(diào)整。溜板箱直接和絲杠螺母副相連，溜板箱中心孔需要保證與機床導(dǎo)軌平行度要求，同時保證與電機支承座軸承孔同軸度要求;

(4)絲杠螺母副在溜板箱上安裝與調(diào)整。將絲杠螺母副法蘭盤與溜板箱連接并緊固;

(5)絲杠螺母副兩端軸頸軸承安裝與預(yù)緊。絲杠前支承為兩個推力軸承和一個滾針軸承組合實現(xiàn)絲杠軸頸“固定”，后支承為一個深溝球軸承實現(xiàn)絲杠軸頸“支承”，兩端軸承按照圖紙要求安裝到位并落入軸承孔中，同時前端軸承需要有合適的預(yù)緊力;

(6)電機及同步帶輪副安裝與調(diào)整。電機通過止口與電機支承座定位并連接，保證與絲杠螺母副中心線平行度，同時保證同步帶輪合適張緊力;

(7)Z 軸絲杠保護罩安裝。

2.2 Z 軸安裝精度檢驗

保證Z 軸各部件安裝精度，在電機支承座、軸承座、溜板箱孔中放置標準檢驗套和檢驗棒，通過百分表測量各檢驗棒上母線、側(cè)母線讀數(shù)作為各部件位置調(diào)整依據(jù)，直至達到規(guī)范要求。百分表在檢驗棒上測試部位如圖4 所示，安裝時精度檢驗指標見表1。

圖4 百分表在檢驗棒上測試部位

表1 Z 軸部件裝配精度檢驗指標

3 裝配工藝因素對Z 軸部件運動及精度影響

3.1 零部件刮研、清洗、清潔與潤滑

(1)配合面的刮研與清潔

在安裝Z 軸進給運動部件時，各零部件配合面的刮研、清潔直接影響運行精度。電機支承座與床身結(jié)合面、軸承座與床身結(jié)合面、絲杠螺母副法蘭盤與溜板箱結(jié)合面等都需要刮研、清潔，否則部件間平行度、同軸度達不到要求。

實際裝配時，軸承座中心孔側(cè)母線與導(dǎo)軌平行度側(cè)母線方向調(diào)整始終達不到位置公差要求，通過反復(fù)刮研、清潔軸承座安裝平面，解決問題。

(2)軸承組件的清洗與潤滑

裝配前軸承組件必須放在煤油中用毛刷清洗并擦拭干凈，并在軸承滾動體部分均勻涂抹上潤滑脂，潤滑脂占據(jù)1/3 空間，防止干摩擦。

實際裝配時，Z 軸部件裝配完畢后用套筒扳手旋轉(zhuǎn)絲杠，發(fā)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)所需力矩很大，絲杠明顯承受了阻力矩。將絲杠螺母副部件前端軸承拆卸，發(fā)現(xiàn)推力軸承與滾針軸承接觸端面有一很薄金屬絲，導(dǎo)致絲杠中心線位置偏移，產(chǎn)生附加阻力矩，重新清洗、清潔、裝配，絲杠螺母副運轉(zhuǎn)自如。細小毛刺、粉塵顆粒均可成為影響Z 軸部件安裝精度、正常運轉(zhuǎn)因素，不可忽視。

3.2 絲杠螺母副軸向竄動調(diào)整

絲杠螺母副安裝完成后，需要保證絲杠螺母副前端軸向竄動量控制在0.007 mm 內(nèi)。在保證軸承組件正確安裝工藝、軸承組件安裝到位情況下，軸承組件預(yù)緊力大小直接影響絲杠螺母副竄動量和絲杠正常運行。

實際裝配時，通過絲杠前端鎖緊螺母調(diào)整軸承組件預(yù)緊力大小。預(yù)緊力過大，絲杠剛性固然提高，但是摩擦阻力增大，絲杠運轉(zhuǎn)需要克服較大阻力，甚至是無法正常運行;預(yù)緊力過小，導(dǎo)致絲杠軸向竄動過大，產(chǎn)生反向間隙影響加工精度。通過千分表頭觸及絲杠前軸端鋼球可以測量軸向竄動量。裝配時邊測試邊調(diào)整軸承鎖緊螺母位置調(diào)整預(yù)緊力大小，在保證正常運行情況下減小反向間隙。

3.3 工作臺運行時爬行現(xiàn)象的消除

實際裝配試運行時，發(fā)現(xiàn)工作臺Z 向運行時出現(xiàn)爬行現(xiàn)象，有以下幾個原因?qū)е屡佬?

(1)絲杠上同步帶輪是通過錐環(huán)無鍵連接將扭矩傳遞給絲杠，錐環(huán)無鍵連接通過壓蓋止口壓緊錐環(huán)迫使錐環(huán)內(nèi)外圈變形傳遞扭矩。所傳遞扭矩大小取決于錐環(huán)組數(shù)及壓蓋預(yù)緊力大小，當錐環(huán)預(yù)緊力不夠時出現(xiàn)爬行現(xiàn)象;

(2)電機通過同步帶輪副將扭矩傳遞給絲杠，當同步皮帶張緊力不夠時，會出現(xiàn)爬行現(xiàn)象。調(diào)整電機連接板位置(其上有腰圓孔便于位置調(diào)整)，增大皮帶張緊力，爬行現(xiàn)象消除。

4 結(jié)束語

數(shù)控機床直線進給運動裝置目前多采用絲杠螺母副方式將電機旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變?yōu)楣ぷ髋_直線運動，裝配內(nèi)容主要是絲杠螺母副前后支承座的裝配與調(diào)整、絲杠螺母副與滑板的連接與調(diào)整、絲杠上軸承的安裝與預(yù)緊;裝配精度要求主要是達到與裝配基準(如機床導(dǎo)軌)平行度、同軸度、垂直度要求;裝配過程中常出現(xiàn)的問題主要是絲杠卡死無法運行、絲杠軸向竄動過大等。多軸運動機床是多個直線運動、旋轉(zhuǎn)運動的疊加，CKA6150 數(shù)控車床Z 軸安裝與調(diào)整工藝對其他機床直線運動部件安裝具有指導(dǎo)意義。

［1］周蘭.現(xiàn)代數(shù)控加工設(shè)備［M］.北京:機械工業(yè)出版社，2009.

［2］嚴峻.數(shù)控機床安裝調(diào)試與維護保養(yǎng)技術(shù)［M］.北京:機械工業(yè)出版社，2010.

［3］大連機床集團有限責任公司.CKA6150 數(shù)控車床技術(shù)資料［M］，2012.