捷克TOS臥式鏜銑加工中心主軸內冷故障分析與修理

■南車戚墅堰機車車輛工藝研究所有限公司 （江蘇常州 213011）

宗建軍 郭景紅

捷克TOS臥式鏜銑加工中心（見圖1）采用西門子840D數控系統，能夠高精度、高效率地完成孔的鉆、擴、鏜、鉸、攻螺紋等加工工序及平面與曲面的加工。機床受控軸為5個，并且可實現X、Y、Z/W和B的四軸聯動功能。機床的最小輸入、輸出增量≤1μm。機床X、Y和Z軸全行程定位精度≤0.01mm，重復定位精度≤0.006mm；W軸定位精度≤0.02mm；工作臺B軸分度精度≤0.001°。戚所齒輪事業部共引進4臺該設備，主要用于對風電類、機車城軌類的各種箱體、行星架等大型零部件的精加工。

該型機床在2010年初安裝使用，2013年年中在使用中陸續發現主軸后部有漏油及在使用主軸內冷時有漏冷卻液的現象發生。

圖1 機床全景實圖

1. 故障原因分析

經過對機床主軸防護板拆卸后發現，漏油處發生在主軸后部松刀液壓缸端蓋處。該機床采用的DIN 69871-SK-50型刀柄，松刀靠液壓缸力，靠碟簧力自動緊刀，當機床換刀過程中松刀動作時，液壓缸端蓋處有少量漏油，時間長后導致液壓油缺失。初步判斷為液壓缸密封件失效。

另外在使用主軸內冷加工時，主軸后部松刀液壓缸較前的位置有漏水的現象，該機床的主軸中心出水冷卻，壓力≥2.0MPa。檢查刀具及壓力都正常，也初步判斷為主軸內密封件失效。

2. 主軸松刀漏油的處理

首先對松刀液壓缸進行試拆卸。拆卸前主軸需處于緊刀狀態。拆卸過程中要注意各管路的標記及液壓缸的位置。尤其在拆卸油管接頭時要先松開一點，將油管內部的壓力卸掉后在全部拆卸，防止壓力油噴濺。對主軸松緊刀的感應開關及擋塊的拆卸要著重注意開關位置，保證安裝時的信號準確性。試拆后發現，液壓缸為整體式，如圖2所示，可直接松開4個聯接螺釘后整體拆出。由于液壓缸外圓與主軸內孔配合較好，為保證順利拆卸，可準備兩根長螺桿穿在液壓缸定位螺釘孔內進行定位后拆裝，防止破壞配合面。

圖2 整體式液壓缸實物

圖3 液壓缸拆卸后主軸后部實圖

拆卸后機床狀況如圖3所示，并將整體式液壓缸進行分步拆卸，逐一檢查后發現活動缸體上的密封件（為O形密封圈）老化磨損，更換后重新安裝液壓缸。在安裝前要注意液壓缸各部件的清潔，推薦使用煤油作為清潔劑。裝配前可在密封件表面涂抹少量潤滑脂，防止安裝時密封件的滑傷。

安裝液壓缸時同樣用兩根長螺桿作為導柱，由于液壓缸體與主軸內孔配合較好，在涂抹潤滑油后可用尼龍錘輕輕敲擊，當缸體進入1/3時用手便可輕推到位。其中要特別注意的是，由于內部錐孔軸前端為六角形，與液壓缸活動缸體內六角形孔相配合，故在安裝時要緩慢轉動主軸，使其能順利進入配合面，切記不可蠻力強行安裝。

液壓缸安裝到位后根據標記進行各管路的聯接，特別注意松緊刀確認開關的位置。開機后進行松緊刀具動作，一切正常，漏油故障消除。

3. 主軸內冷卻時漏冷卻液的處理

機床使用內冷時，冷卻液通過管路，經由液壓缸內旋轉套、聯接錐軸、中心長軸、拉爪、內冷刀具進行噴射冷卻。故障機床在開啟內冷后，主軸后部冷卻液呈現大面積漏出現象。

拆卸后初步發現聯接錐軸與旋轉套密封件配合處有部分磨痕，決定將聯接錐軸拆卸進行精磨處理，并更換密封件。

通過對結構圖樣分析，開始對聯接錐軸的拆卸。聯接錐軸拆卸前狀態如圖4所示。步驟為：

（1）拆卸主軸前端抓刀拉爪。在拆卸前用深度游標卡尺測量拉爪底部到主軸端面距離為169.76mm，一般在安裝時上下偏差控制在±0.1mm，從而保證安裝后抓刀的準確性，如圖5所示。

拆卸需準備200m m長的內六角扳手，從前部插入拉爪內部螺釘內，用力逆時針轉動，聽到“啪”聲便可松動。全部脫開后可用卡簧鉗夾住底部兩孔取出拉爪，如圖6所示。

（2）將后部主軸固定卡簧拆卸，并將隔套取出，要注意隔套的安裝方向。為了保護前端螺紋，可在主軸前部墊用長套管進行輕輕敲擊，便可將聯接錐軸及中心軸取出（如需更換主軸鎖緊碟簧便可依照此步驟）。拆卸時狀況如圖7所示。由于只需拆卸聯接錐軸，為了便于安裝一般不全部取出，只需將錐軸的鎖緊螺釘露出即可。將2個鎖緊螺釘松開便可將聯接錐軸拆下。

用外圓磨床磨削錐軸上的配合外圓，去除0.02～0.03mm。對旋轉套內密封進行更換，其密封結構為X形密封圈加尼龍墊。

（3）依據拆卸的步驟，反向進行逐一安裝。首先需特別注意前部拉爪位置。拉爪內的內六角圓柱頭螺釘便是用來調整位置的，當將拉爪旋到位，用深度游標卡尺測量準確后將螺釘鎖緊即可。其次安裝錐軸時也要特別注意將中心長軸先裝好后再整體裝入，在聯接螺紋處要加涂螺紋膠防松，每個密封件外表面最好都要涂抹潤滑脂，防止安裝時的損傷。

開機后進行試機，大大地改善修理前漏冷卻液的問題，但故障并未完全消除，仍有少量滲漏。分析后懷疑仍有密封處存在故障。

圖4 聯接錐軸實物圖

圖5 測量距離實圖

圖6 拆卸拉爪實圖

圖7 聯接錐套拆出實物圖

再次將松刀液壓缸拆出，并將液壓缸后部于錐軸聯接的旋轉套拆除。仔細分析旋轉套結構，如圖8、圖9所示。發現其實為動密封結構，但密封環上并無明顯磨損及破壞痕跡。進一步發現動密封環軸向動作不靈活，有卡阻現象。其工作原理是靠外部的壓力液體作用在套端的密封橡膠件上，推動密封環緊貼在靜密封環上，起到旋轉時密封的作用（國內常見的是靠彈簧力作用）。但由于軸向動作的卡阻，密封環之間貼合并不十分緊密，故產生冷卻液滲漏現象。

將旋轉套前部動密封環徹底清洗，并加少量潤滑脂，保證軸向動作靈活。將旋轉套、液壓缸全部安裝到位后進行試機，一切正常。

4. 結語

由于引進的許多進口機床并沒有詳細的機械裝配圖，只是提供簡要的示意圖。故在維修這類機床機械故障時，要仔細分析，并結合實物進行試拆裝。但在這過程中，必須做好詳細的記錄和標記，在無把握的情況下寧愿多測量、多標記，防止安裝時不到位。此次維修除了解決上述故障外，為今后可能發生的主軸拉爪、鎖緊碟簧及W軸進給等故障的修理積累了經驗。

雖然大量的數控設備技術先進，系統都帶有自診斷，但本文的兩起故障實質為液壓及冷卻回路故障，且故障時機床都不會發生報警，維修主要又牽涉主軸機械部件的拆裝，所以要求維修人員除了數控和電氣知識外，對機械、液壓及氣壓等多方面知識都要熟悉，才能更好地維修這類進口大型數控設備。

圖8 旋轉套整體結構實物圖

圖9 旋轉套分解結構實物圖