輔助支撐法檢查更換立式加工中心直線導(dǎo)軌

雒補(bǔ)清，楚中杰，張廣宇

（1.晉西工業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司，山西太原 030027；2.晉西車軸股份有限公司，山西太原 030027 3.機(jī)械工業(yè)信息研究院，北京 100037）

輔助支撐法檢查更換立式加工中心直線導(dǎo)軌

雒補(bǔ)清1，楚中杰2，張廣宇3

（1.晉西工業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司，山西太原 030027；2.晉西車軸股份有限公司，山西太原 030027 3.機(jī)械工業(yè)信息研究院，北京 100037）

S600立式加工中心機(jī)械結(jié)構(gòu)及導(dǎo)軌常見故障現(xiàn)象和檢查方法，動(dòng)柱式立式加工中心直線導(dǎo)軌的拆除、安裝方法及調(diào)整、檢查以及機(jī)床精度檢查和試加工過程。

直線導(dǎo)軌；導(dǎo)軌滑塊；導(dǎo)軌墊片；機(jī)床精度；潤(rùn)滑

10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2017.10.17

1 機(jī)床結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)

1.1 立式加工中心機(jī)械結(jié)構(gòu)

立式加工中心按機(jī)械結(jié)構(gòu)可分為3種，第一種為定柱式立式加工中心，即立柱為固定型結(jié)構(gòu)，工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)，此類型加工中心工作臺(tái)多采用十字滑臺(tái)結(jié)構(gòu)，主軸箱沿立柱上下移動(dòng)為Z軸，鞍座帶著工作臺(tái)在底座上做前后移動(dòng)為Y軸，工作臺(tái)在鞍座上做左右方向移動(dòng)為X軸。第二種為動(dòng)柱式立式加工中心，即工作臺(tái)固定（或雙工作臺(tái)可交換），立柱運(yùn)動(dòng)型結(jié)構(gòu)，其X軸導(dǎo)軌安裝到機(jī)床底座上，Y軸安裝在X軸方向的鞍座上，立柱安裝到Y(jié)軸鞍座上，Z軸沿立柱上下移動(dòng) 。第三種為龍門加工中心，即立柱為龍門式結(jié)構(gòu)，有定梁式、動(dòng)梁式、動(dòng)柱式、天車式等結(jié)構(gòu)。

1.2 導(dǎo)軌特點(diǎn)

立式加工中心導(dǎo)軌常采用貼塑滑動(dòng)導(dǎo)軌和直線滾動(dòng)導(dǎo)軌2種。貼塑滑動(dòng)導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、靜剛度好、抗振性好、制造方便，缺點(diǎn)是摩擦因數(shù)大，在低速時(shí)會(huì)出現(xiàn)爬行現(xiàn)象，從而降低了定位精度。目前大部分機(jī)床采用直線滾動(dòng)導(dǎo)軌，優(yōu)點(diǎn)是運(yùn)動(dòng)性能好、摩擦因數(shù)低、精度高，安裝調(diào)整方便且導(dǎo)軌出現(xiàn)故障后可進(jìn)行更換。滑動(dòng)導(dǎo)軌磨損后處理起來相對(duì)復(fù)雜，需要進(jìn)行磨削并進(jìn)行導(dǎo)軌貼塑等處理。隨著使用年限的增加，特別是使用10 a以上的加工中心，由于潤(rùn)滑效果差、維護(hù)不到位、零部件老化，或有較大沖擊時(shí)會(huì)出現(xiàn)機(jī)械部件損壞的情況，如直線導(dǎo)軌故障和滾珠絲杠故障，輕則影響加工尺寸，重則停機(jī)待修，嚴(yán)重制約生產(chǎn)的進(jìn)行。

在實(shí)際機(jī)床修理中，導(dǎo)軌的修理與更換屬于有一定復(fù)雜系數(shù)的機(jī)械修理，需要掌握相關(guān)的技能，如機(jī)床精度檢測(cè)、機(jī)械裝配、伺服調(diào)整、參數(shù)檢查、負(fù)荷檢測(cè)等。

2 導(dǎo)軌故障現(xiàn)象

當(dāng)導(dǎo)軌出現(xiàn)故障時(shí)，機(jī)床會(huì)表現(xiàn)出一些異常，如加工產(chǎn)品表面粗糙度下降，加工尺寸不穩(wěn)定，忽大忽小無法滿足工藝要求，機(jī)床運(yùn)動(dòng)聲音增高并伴有異音等。2016年初，S600立式加工中心操作人員反映說該機(jī)床Z軸尺寸不穩(wěn)定，對(duì)好刀后加工幾件產(chǎn)品后Z軸加工尺寸就發(fā)生變化，誤差達(dá)到0.1～0.12 mm，比原來0.02 mm下降不少，且Y軸也偶爾出現(xiàn)尺寸變化，不過變化較小，未影響到加工精度。該加工中心是典型的動(dòng)柱式結(jié)構(gòu)，有X，Y，Z共3個(gè)軸，配置發(fā)那科0iMC數(shù)控系統(tǒng)，可交換工作臺(tái)，換刀系統(tǒng)為機(jī)械手加刀庫，刀庫可安裝24把BT40刀具，已經(jīng)使用11 a。

3 故障檢查

清潔工作臺(tái)上的碎屑并用棉布將工作臺(tái)面擦拭干凈，將600×350 mm方尺豎直放置到工作臺(tái)上，與Y軸平行，將X軸移動(dòng)到回零點(diǎn)附近，用百分表檢查Z軸移動(dòng)的直線度，在YZ平面和XZ平面上Z軸直線度都在0.02 mm/300以內(nèi)。在主軸上安裝BT40檢棒，用百分表檢查主軸的徑向跳動(dòng)，主軸端部跳動(dòng)0.01 mm，300 mm處跳動(dòng)0.015 mm也合格。檢查Y軸移動(dòng)的直線度，也在也正常范圍。然后用方尺檢查X軸移動(dòng)直線度，結(jié)果在500 mm范圍內(nèi)就出現(xiàn)了0.3 mm的偏差。打開護(hù)罩查看X軸導(dǎo)軌，導(dǎo)軌銹蝕嚴(yán)重，滾珠槽上有好多小坑，初步判斷X軸導(dǎo)軌已損壞（圖1）。

圖1 S600立式加工中心損壞的X軸導(dǎo)軌局部

4 故障排除方法

4.1 拆除X軸導(dǎo)軌

（1）拆前需要準(zhǔn)備的輔助工具和備件：根據(jù)機(jī)床資料購買同型號(hào)的導(dǎo)軌1副（2根），注意規(guī)格要與原來一致；可調(diào)整的機(jī)床楔鐵2個(gè)，鋼墊塊2塊。方法是，測(cè)量立柱下表面與機(jī)床底座間距離，提前加工好合適的鋼墊塊，使機(jī)床楔鐵和鋼墊塊加起來的高度小于立柱下表面與機(jī)床底座距離1 mm，這樣調(diào)整機(jī)床楔鐵后正好能夠起到撐起立柱的作用。

（2）拆除方法。考慮到2根X軸導(dǎo)軌位于立柱最下方的機(jī)床底座上，若將立柱拆下后修理更換，不僅結(jié)構(gòu)復(fù)雜工作量大，且恢復(fù)起來精度很難保證。于是經(jīng)過仔細(xì)考慮后采用“單根導(dǎo)軌更換法”。即先更換靠近工作臺(tái)的一根導(dǎo)軌，待換上一根新導(dǎo)軌后再更換另一側(cè)的導(dǎo)軌。

先將X軸兩端護(hù)罩拆下，Y軸前端防護(hù)板拆走，漏出X軸導(dǎo)軌。將立柱沿X軸方向移動(dòng)到導(dǎo)軌右端（操作者一側(cè)），先拔出螺栓孔堵蓋，松開并取出導(dǎo)軌左端部分露出的固定螺栓，留下最靠邊的一條用于固定導(dǎo)軌，拆下導(dǎo)軌一側(cè)用于定位的調(diào)整塊。然后將立柱沿X方向移動(dòng)到導(dǎo)軌左端，再松開并取出剩余的螺栓，同樣也留下靠邊的一條，然后拆下定位調(diào)整塊。

此時(shí)可用手輪緩慢地將立柱移動(dòng)到X軸導(dǎo)軌中間，先將剛才剩余的2條靠邊螺栓擰出來，然后松開滑塊與立柱之間的固定螺栓。將2套楔鐵和墊塊放到立柱兩邊與機(jī)床底座之間，并用百分表測(cè)量立柱將要移動(dòng)的距離。用開口扳手調(diào)整楔鐵高度，使立柱抬起0.2 mm(用百分表觀察，這樣做的好處是立柱微動(dòng)處于安全狀態(tài))，這時(shí)先取出固定滑塊的4條螺栓，然后輕輕地把導(dǎo)軌、滑塊及滑塊上的金屬墊片一起取出。

4.2 安裝X軸導(dǎo)軌

將買回的新導(dǎo)軌與拆下的舊導(dǎo)軌對(duì)比，發(fā)現(xiàn)2種導(dǎo)軌差距較大。這次購買的導(dǎo)軌為臺(tái)灣上銀公司產(chǎn)品，長(zhǎng)度、寬度、孔距和舊導(dǎo)軌均一致，但導(dǎo)軌面高度和損壞的導(dǎo)軌面高度相比則高了6 mm，加上滑塊后滑塊面與舊導(dǎo)軌滑塊面高度相比則高了1.4 mm。經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)研究，決定還是采用這副新導(dǎo)軌，對(duì)于相差1.4 mm的問題，決定將墊片磨削后進(jìn)行安裝。

安裝前需要注意的是2根新導(dǎo)軌中有一根是定位導(dǎo)軌，另一根是從動(dòng)導(dǎo)軌，這個(gè)問題看導(dǎo)軌上的標(biāo)記即可確定。一般情況下定位導(dǎo)軌上標(biāo)有“A”字母，從動(dòng)導(dǎo)軌上標(biāo)有“B”字母。

將導(dǎo)軌底座清理干凈，將標(biāo)有A字母的一根新導(dǎo)軌及2個(gè)滑塊緊靠導(dǎo)軌定位面放置并用螺栓輕輕帶住，將固定導(dǎo)軌的調(diào)整塊安裝好并擰緊調(diào)整螺栓，將導(dǎo)軌滑塊和已加工減薄了1.4 mm金屬墊片通過螺栓與立柱固定，然后將調(diào)整楔鐵降低，取出2個(gè)楔鐵和2塊墊塊。給機(jī)床通電，沿X軸方向手動(dòng)慢速移動(dòng)立柱來回幾次，然后逐步擰緊導(dǎo)軌和滑塊上的全部螺栓，扭矩為88 N·m（根據(jù)所使用的螺栓確定）。這根導(dǎo)軌安裝好之后，就可以更換另一根導(dǎo)軌了。用同樣的方法將另一根導(dǎo)軌拆下并安裝，最后安裝好導(dǎo)軌護(hù)蓋（圖2）。

4.3 調(diào)整方法

（1）墊片調(diào)整及電流檢測(cè)。如果購買的導(dǎo)軌和原先導(dǎo)軌尺寸完全一樣，則安裝起來要省事許多。這次購買的導(dǎo)軌，因滑塊面與舊導(dǎo)軌滑塊面高度相比則高1.4 mm，因此先將設(shè)備自帶的4.6 mm厚度的4塊墊片磨削到3.2 mm安裝上后試驗(yàn)，X軸的運(yùn)行電流結(jié)果顯示空載電流在20%～80%變化，并伴有機(jī)床的震動(dòng)。分析原因可能是墊片尺寸不合適導(dǎo)致絲杠受力過大。于是用楔鐵和墊塊再次撐起立柱拆除4塊舊墊片，重新加工4塊長(zhǎng)98 mm、寬84 mm、厚4.6 mm的新墊片，并在上面鉆4個(gè)直徑為14 mm的通孔，孔間距離均為60 mm，采用材料45#鋼，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理，硬度為HRC35-40。安裝上后試驗(yàn)X軸移動(dòng)時(shí)的空載電流在額定電流的3%～6%，說明這次的墊片尺寸完全合適。仔細(xì)分析初次電流過大原因，可能是舊導(dǎo)軌磨損嚴(yán)重使其高度下降誤導(dǎo)了維修人員使測(cè)量尺寸減小。

圖2 換好的新導(dǎo)軌

（2）潤(rùn)滑檢查及修理。用手動(dòng)操作潤(rùn)滑泵，發(fā)現(xiàn)潤(rùn)滑壓力只有100 Pa，這與其額定值壓力650 Pa相差甚遠(yuǎn)，檢查潤(rùn)滑管路，發(fā)現(xiàn)從履帶出來進(jìn)入立柱的分油管接口處破裂，導(dǎo)致潤(rùn)滑油漏油嚴(yán)重壓力下降。于是對(duì)破裂油管進(jìn)行更換，然后再次測(cè)試潤(rùn)滑壓力達(dá)到了650 Pa，且潤(rùn)滑油可以分別到達(dá)4個(gè)滑塊的潤(rùn)滑點(diǎn)及導(dǎo)軌上，保證了導(dǎo)軌及其滑塊的潤(rùn)滑效果，可大大延長(zhǎng)導(dǎo)軌及滑塊的使用壽命。

（3）精度檢查。檢測(cè)主軸軸線與Z軸軸線運(yùn)動(dòng)間的平行度，側(cè)母線為0.01/300 mm，正母線為0.01/300 mm；主軸錐孔的徑向跳動(dòng)，主軸端部為0.005 mm，300 mm處為0.01 mm。檢測(cè)X軸軸線運(yùn)動(dòng)直線度，在ZX垂直平面內(nèi)為0.02 mm，在XY水平面內(nèi)位0.015 mm；檢測(cè)Y軸軸線運(yùn)動(dòng)直線度，在YZ垂直平面內(nèi)0.02 mm，在XY水平面內(nèi)0.015 mm。精度檢查滿足工藝要求。

（4）安裝護(hù)板。因新導(dǎo)軌高度增加6 mm，安裝護(hù)罩時(shí)感到有些緊，仔細(xì)查看是每側(cè)護(hù)罩里面各有4個(gè)銅滾輪在導(dǎo)軌上支撐著來回移動(dòng)，以達(dá)到保護(hù)護(hù)罩的目的，這樣就得對(duì)護(hù)罩進(jìn)行改進(jìn)。拆下護(hù)罩將銅滾輪安裝部位降低6 mm，并重新加工3個(gè)已磨損的銅滾輪進(jìn)行更換，安裝好后護(hù)罩運(yùn)行良好。

（5）加工產(chǎn)品。將機(jī)床交付生產(chǎn)人員，試著加工產(chǎn)品，各項(xiàng)尺寸均滿足工藝要求，運(yùn)行幾個(gè)月來效果良好。

5 結(jié)束語

機(jī)床直線導(dǎo)軌的修理與更換，可提高維修人員修復(fù)精密機(jī)床的能力，而且對(duì)保證生產(chǎn)進(jìn)度具有積極的意義。 此次修理的輔助支撐法、安裝導(dǎo)軌、調(diào)整墊片等，既是重點(diǎn)也是難點(diǎn)，需要維修人員開動(dòng)腦筋，積極想辦法加以解決。

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〔編輯 王永洲〕