加工中心主軸錐孔嚴重損傷簡易修復方法

張 強

（山西平陽重工機械有限責任公司，山西侯馬 0 430020）

0 引言

公司一臺DMU1O3V 立式加工中心在進行工件銑外圓工序時，出現異常尖叫聲后操作工緊急停車，手動恢復到安全區域檢查，發現工件外圓斷續加工，刀柄在主軸錐孔內能夠晃動，主軸錐孔口部有嚴重擠壓損傷。操作工人害怕因設備損壞受到公司設備部門處理，就利用手持風砂輪對主軸錐孔損傷部位進行打磨，插入刀具后加工工件精度基本喪失，不能滿足工藝要求后申請公司設備維修部門修理。

1 現場檢查

（1）主軸錐孔內部結構如圖1 所示。

（2）主軸錐孔底部到孔內（Z 軸方向）13 mm 左右、深度1 周（1～2）mm 不均勻砂輪打磨痕跡。

圖1 主軸錐孔內部結構

（3）主軸拉爪鎖緊、松開功能正常，拉爪無斷裂。

（4）主軸精度檢測。①L=30 mm時，主軸徑跳0.02 mm，主軸端跳0.005 mm；②L=300 mm 時，主軸徑跳0.7 mm，主軸端跳0.01 mm。

（5）主軸檢驗棒鎖緊后，用力來回推能明顯感覺到錐柄在錐孔內晃動。

（6）損傷及打磨部位是幾乎整個A 區。

2 原因分析

（1）錐孔底部損傷應該是刀柄與主軸錐孔之間發生高速相對位移、摩擦造成的。

（2）造成位移的原因是拉爪機構拉力不足沒有拉緊、拉爪斷裂損壞、拉釘與拉爪配合過長不緊密、刀柄外部有異物造成拉爪沒拉到位或者沒拉正，等等。

（3）通過現場仔細觀察拉爪松開后內部磨損痕跡情況判斷，應該與拉釘、拉爪有密切關系，確認拉爪完好，最后認為可能問題出在拉釘上。

（4）過排查鏈式刀庫所有刀柄發現有兩把刀柄的拉釘出現松動，其中一把松動嚴重的正是出現故障時所使用的刀柄。

（5）操作工利用風砂輪打磨損傷部位又對主軸錐孔造成二次傷害。

3 查閱資料，市場詢價

（1）公司設備維修能力有限，不能及時制定出維修方案。

（2）查閱設備出廠隨機資料獲知該主軸為電主軸，主軸錐孔與電機轉子是一體。

（3）聯系設備生產廠家得到答復是主軸無法修復，只能更換整個主軸，且供貨周期10～12 周，價格10 萬元左右。

（4）互聯網查閱資料獲知，可利用主軸錐孔研磨機修復主軸錐孔，電話聯系后告知不能上門服務（因公司在內陸地區，距離較遠），需將設備主軸拆解下來郵寄到對方公司，維修費1 萬元左右。將設備主軸錐孔損傷情況告知對方后，答復損傷太嚴重，修復可能性不大。

（5）互聯網查閱資料獲知，《機床主軸錐孔簡易修復方法》一文中提到可利用固定的刀柄、砂紙條，與主軸配合旋轉達到研磨修復主軸錐孔的目的。但此方法不適合該故障的修復，修復的量有限。

4 主軸錐孔修復思路

臨摹《機床主軸錐孔簡易修復方法》一文的主軸錐孔修復方法，采用將內螺紋車刀固定在工作臺上，伸入主軸錐孔內將損傷部位車削掉，制作一個孔套采用過盈配合方式鑲入其中，再用內螺紋車刀加工其錐度，保證與刀柄配合嚴密，恢復設備主軸精度。

5 制定方案

（1）將上述修復思路告知工藝技術人員后，協助提供加工刀具、夾具，制定孔套的加工工藝。

（2）將主軸錐孔A 區損傷區域沿X，Z 軸方向車削成圓柱孔，如圖2 所示。

（3）制作如圖3 所示孔套，材料40cr 或45#調質。

（4）將孔套鑲入圖2 孔內，之后與刀柄配合精車7∶24 錐孔，直至刀柄錐面與錐孔配合嚴密。

圖2 圓柱孔

圖3 孔套

6 修復實施

（1）查閱資料JT40 主軸錐孔半錐角為8.297 145°。

（2）按照圖3 要求加工孔套，制作完成后放入冷凍箱，-20 ℃，2 h 以上。

（3）如圖4 所示，用平口虎鉗將內螺紋車刀（公司自制，四方刀柄）垂直工作臺鎖緊，虎鉗與工作臺T 形槽平行且固定在工作臺中央區域。

（4）根據刀具情況實時調整主軸轉速，利用內徑千分尺以及深度尺，按照圖2 要求車削主軸錐孔。加工過程中要嚴密觀察刀具穩定、主軸運轉情況，防致對主軸再次造成傷害。

（5）確認主軸錐孔及孔套尺寸符合圖2 和圖3 要求后，將儲存于冷凍箱的孔套強行裝入主軸錐孔，保證孔套的上表面及側面與主軸錐孔完全接觸。安裝完成后錐孔、孔套如圖5 所示。

圖4 垂直工作臺鎖緊

圖5 錐孔、孔套

（6）啟動主軸，轉速5 r/min。

（7）移動設備X，Z 軸，將刀尖接近主軸錐孔A 區無打磨區域的一點，如圖5 中D 點，直至刀尖與錐孔接觸，設此點為工件原點。

（8）編制車削錐度加工程序。

（9）通過不斷平移工件坐標系（改變X 軸的坐標值），執行上述程序配合主軸檢驗棒檢測主軸精度，最終測得精度結果：L=300 mm 時，主軸徑跳0.01 mm，主軸端跳0.005 mm。

（10）用400 號砂紙拋光主軸錐孔孔內及底部，主軸檢驗棒檢測精度無變化。

（11）執行手動換刀、自動換刀程序，動作靈活、無卡頓。

（12）試切工件，精度能滿足工藝要求。

7 方案特點

（1）無需拆解主軸，無需維修機械工具。

（2）維修周期短，共需半天時間。

（3）維修費用低廉，所需部件全部自制。

（4）對維修人員、操作人員要求較高，需要熟悉設備操作、編制程序、夾具使用。

8 后期使用效果

該設備主軸錐孔采用此方法修復至今一年多，主軸手動、自動換刀靈活，錐孔內側基本無磨損，加工工件能夠滿足工藝要求，可以說基本恢復了該設備主軸幾何精度，保證設備的正常運轉。