大型臥式鏜銑加工中心銑面振紋的分析處理

仇宏坤

（南京高速齒輪制造有限公司，江蘇南京 211100）

0 引言

數控設備是集合先進的機、電、氣、液及計算機等一體化的復雜集成設備，正因為其結構復雜，生產技術難度大，一旦出現故障其維修難度會更大。隨著公司對國外現代化先進大型設備的引進，設備功能不斷增加，結構也更加復雜。數控機床各結構之間通過精密部件相連，任何一個部分發生故障都會影響機床的正常工作。而這些機床一旦出現故障，要求維修人員能準確地判斷故障產生的原因，根據具體原因及時修復，快速恢復生產，這對生產維修人員提出更高的要求[1]，為了進一步學習理清維修思路，提高處理問題能力，主要對一臺設備加工工件出現問題后，對問題處理流程進行剖析，并總結相關經驗。

1 問題描述

日前，一臺大型臥式鏜銑加工中心在加工風電齒輪箱箱體銑面加工中突然出現銑面加工振紋現象，嚴重超出質量要求，由于該型號產品需求量大、任務緊，該問題需要從根本解決，從而保證產品質量。由于該設備結構復雜且沒有相關維修經驗，一切需要從頭開始分析從而確定最終故障解決方案。

該設備在加工風電齒輪箱箱體透蓋面與齒圈面時，工件采用帶修光刃的面銑刀進行銑削加工，灰色刀片進行粗銑面加工，最后由黃色刀片進行精銑擠壓加工，其綜合部分粗銑與精銑結合，加工中節約時間提高生產效率。然而設備在加工一段時間后出現加工振紋（圖1），其紋路不規則出現，且振紋偶爾出現，其粗糙度超出設計Ra3.2 的要求，該設備在之前采取相同方法加工的一星期中無此現象。其表面的振紋直接影響該產品的整體質量，同時該問題如果得不到及時處理直接影響公司產品出貨率，無法按時交付，處理該問題已迫在眉睫。

圖1 加工振紋

2 故障分析

對于案例加工振紋問題，不能簡單輕易下結論，該設備為國外進口先進數控設備，其結構復雜，同時由于該設備使用時間已達10 年之久，使用中基本處于24 h 加工使用中，設備自身結構都處于疲勞工作狀態且由于某些原因該設備的相關資料并不全，也無法得到其他相關技術支持，故處理起來比較棘手，針對該故障發生的各種可能性進行羅列，然后進行檢查、分析、驗證直到最終排除故障解決該問題。

對于該加工振紋可能出現的原因有很多，為了快速梳理思路，分析問題可能的原因，全面判斷造成振紋的各因素，采用魚骨圖分析法進行分析，結合加工現場及設備歷史相關情況最終分析形成如圖2 所示振紋分析魚骨圖。為了確定具體問題原因，針對魚骨圖中各問題進行逐個解決，為此選擇先從整體問題分析驗證再對具體小項因素分析進行檢查、分析、驗證，具體步驟由簡到難、由表入內逐層剖析問題。根據具體設備情況及現場加工條件，確定具體維修流程，縮短解決問題時間，從而提高設備利用率。

圖2 振紋分析魚骨圖

3 維修流程

根據故障分析魚骨圖對該問題進行進一步分析，首先從簡單易操作方向進行分析檢查。具體維修操作步驟流程如下：

（1）操作人員嚴格按照設備操作流程與加工規范進行操作，故首先排除操作問題。

（2）環境因素。該設備處于恒溫間中，室內溫度一直處于18～22 ℃，加工期間出現振紋前后48 h 內均無溫度異常，同時該設備環境中空調風口未對設備，不會造成風口集中于設備某處，引起設備局部變形，故排除外部溫度異常因素。同樣該設備所處環境在此期間且一直未發現其他振動源因素引起設備振動，造成設備加工問題。

（3）裝夾因素。裝夾分刀具裝夾、工件裝夾兩部分，首先驗證刀具裝夾，在重新按照要求對刀具進行裝夾后試切一刀，該現象仍然出現并未解決；然后對該工件增加下壓裝夾再進行試切（表1），振紋現象仍然未解決，故先排除裝夾問題。

（4）刀具因素。該部分主要針對刀具的選取與校準兩方面因素考慮。該精銑工序采用修光刃刀具進行精銑工序加工。將刀具在ZOLLER 對刀儀上調整參數（圖3a）），圖3b）中淺色刀片為修光刃刀片，其他為普通粗刀片，在規定范圍內，為驗證參數可行性，將該道具換至其他設備試切結果無振刀紋路出現，故排除該因素。

圖3 修光刃刀具及校準參數

（5）工藝因素。該部分主要是關于工藝流程、加工程序中進給量和加工轉速，這3 個方面都有可能影響銑面的質量，故對該部分進行檢查驗證。根據表1 的測試數據，可以清晰得知無論順銑還是逆銑對銑面質量均無影響，同時通過修改加工轉速S 與加工進給量F 對加工也無影響，故可排除工藝部分因素。

表1 不同加工工藝參數情況統計

（6）設備因素。設備因素主要有設備幾何靜態精度、各軸傳動間隙、軸絲杠預緊力不足、潤滑等主要4 個因素，具體需對每一個方向問題進行分析檢查處理再驗證。①潤滑因素。設備各潤滑點均正常無異常情況，故排除該因素；②設備幾何靜態精度因素。對設備各靜態幾何精度因素檢查，發現并將超差異常項進行調整處理，最終將各靜態幾何精度調整到最佳狀態，調整完畢后再進行各軸球桿儀及激光測試，并對最終設備狀態進行優化處理，調整結束后對工件進行試切，最終銑面雖有效果但振紋仍然存在，可知故障主要原因非設備幾何靜態精度造成，排除該因素；③各軸傳動間隙因素。設備各軸示例如圖4 所示，傳動間隙主要檢查該設備（E1、E4 為刀庫軸，此處不考慮）X、Y、Z 軸、鏜桿W 軸及主軸的反向間隙。主要檢查方法是將帶有百分表表座放在導軌上，通過分別將X、Y、Z 軸從正向往負向移動0.1 mm、1 mm 檢查百分表實際變化量，在此表讀數基礎上將X、Y、Z 軸從負向往正向移動0.1 mm、1 mm 檢查百分表實際變化量，發現X、Y、Z 軸無變化，說明這3 個軸反向間隙無異常，故暫排除X、Y、Z 軸傳動間隙因素，再對X、Y、Z 軸傳動機構進行檢查均未發現松動異常現象。

圖4 設備各軸示例

此時對W 軸（鏜桿軸）及主軸因素進行檢查，先對主軸檢查未發現明顯異常，再對W軸進行檢查，首次發現其反向間隙約0.005 mm，再次檢查其結果為0.02 mm，反向間隙不穩定，和加工振紋現象比較契合，其加工紋路并不是一直出現。分析檢查到此，可初步確認問題主要出現在W 軸傳動結構。最終在拆解維修W 軸時發現該軸絲杠存在很細微的卡頓，其內部滾珠磨損嚴重，由于手頭無絲杠螺母備件，只能對其進行維修更換滾珠處理。拆解中還發現W 軸軸承也存在磨損，故一并更換。W 軸維修完畢再次進行試切驗證，最終試切振紋完全消失，維修后加工效果如圖5 所示，加工面振紋消失。

圖5 維修后加工表面

4 總結

盡管進口大型加工中心結構復雜，但絕大多數設備工作原理大致相通，善于運用不同交叉學科技術，善于總結維修經驗，通過細致的思考分析，找到合適的維修方法完全可以解決維修中絕大多數的問題，為此，針對此案例總結如下經驗。

（1）提高維修人員的技能及分析問題的能力。對于先進數控設備的維修，維修管理人員及負責維修主要人員要有對所負責設備充分認識，通過多看、多聽、多問、多思、多練，掌握維修技巧。同時加強管理維修人員的分析問題能力，學習理論知識，加強理論與實踐相結合，通過對問題的系統性分析，讓維修人員更充分認識設備，每次提高一點點，終有大收獲。

（2）事后總結維修經驗。作為設備維修人員，問題處理后一定要有總結經驗的能力，尤其對進口設備，對維修進行總結，形成完整的維修記錄，對維修中的部分改造要有記錄檔案，確保后續其他人維修時能準確把握設備情況，同時通過維修總結，可以很好提高維修人員的業務水平，進行必要的頭腦風暴、小組學習討論等方法，認真對待每次維修并進行總結，多思考分析，運用科學的分析管理方法進行經驗總結。

（3）注意設備預防性保養。大型數控設備的維修維護需要根據設備的客觀使用規律及設備自身的結構情況，做好設備的預防性維護保養、定期保養、設備一級保養、二級保養等，延長設備利用率，降低設備故障率，更好服務生產。

（4）備件管理。平時維修及巡檢中，充分了解設備狀態，對設備可能的問題進行提前準備，把控好設備備件管理，尤其是備貨期長、難采購的備件要提前做好備件管理安排，能在需要時有備件可用，減少因備件不足而造成的停機，關鍵時刻可以提高設備利用率。備件管理中，注意不能鋪張浪費，要合理把握所需備件進行備貨。

（5）制定合理維修計劃。維修管理人員及維修人員要根據現場實際生產情況并結合設備運行情況，合理科學制定合適的維修管理計劃，充分利用周保、日保，調動設備操作人員及設備維修維護人員，提高設備的維修管理計劃落實，從而保障并提高設備利用率。

5 結束語

數控設備維修是一個復雜的過程，尤其是大型加工中心類設備，對于設備維修人員是一種挑戰，對大型現代化進口數控加工中心來說，其資料相對不完備，同機資料基本都屬于保養維護類信息，因此對于相關從業人員，要不斷學習不斷思考，對問題進行總結，無論是設備的機械、電氣、液壓的控制等都存在千絲萬縷聯系，要有整體思考分析與部分分析的概念，同時要結合實際情況從簡到難，逐個問題逐個擊破，最終解決問題。