組合式落地鏜銑床立柱碎裂故障維修處理

王守頌，王立春

哈爾濱電機廠有限責任公司 黑龍江哈爾濱 150040

1 序言

U-TK6916B組合式落地鏜銑床鏜箱配重鋼絲繩斷裂，機床主要結構件均碎裂變形，達到報廢標準。

經故障現場調研分析，確認配重鋼絲繩多年未檢查保養，生銹斷絲，在機床鏜床垂直下降過程中，一側鋼絲繩斷裂，配重塊傾斜無法沿配重軌道移動，此時鏜箱繼續下降，另一側鋼絲繩在拉伸力的作用下斷裂，配重塊在彈性勢能的作用下向下彈射，破壞力極大。分解機床（機床為雙立柱主機結構）后發現，一側立柱、滑座鑄鐵結構件碎裂變形，配重塊落下位置的床身處塑性變形＞3mm。立柱損壞情況如圖1所示。

圖1 立柱損壞情況

機床損壞情況嚴重，機床制造商及維修公司僅更換立柱費用的報價就超過120萬元。為節約機床維修成本，縮短停機周期，根據現場調研實際情況和強度計算分析，決定嘗試對損壞的機床部件進行自主維修，恢復機床正常使用功能。本文主要對立柱維修進行分析闡述。

2 立柱維修方案

因鑄鐵焊接性較差，焊接部件內應力大，無法保證結構部件強度和精度，故首先排除焊接修復方法[1]。經研究分析和測繪計算，確定了加工去除立柱損壞部分，再加工補塊，通過螺栓把合的方式修補恢復立柱的方案（見圖2）。具體工藝方案如下。

圖2 立柱維修

1）首先按照立柱殘留底面進行找正，利用導軌校核垂直度，去除立柱底部所有裂紋部分（需要視裂紋探傷情況確定去除部分），保證加工面平面度及表面粗糙度要求。

2）立柱底面加工后進行探傷檢查，必要時進行再加工，確保裂紋除盡。

3）加工完成后測繪出圖，設計補塊并下料加工（材料選用Q345）。除與立柱底面貼合面精加工外，補塊其余面留有加工余量[2]。

4）裝配補塊，根據立柱壁、筋實際位置在立柱底面和補塊上劃線，確定緊固螺釘布置、數量和平面坐標位置，立柱底面和補塊螺栓位置一一對應，螺栓規格需經設計計算確定；同時確定固定彎板、方鍵的位置、形狀和規格。

5）拆卸補塊，根據劃線位置加工螺釘槽和孔，加工方鍵槽，銑平彎板位置。

6）重新安裝補塊，通過力矩扳手將螺栓緊固，保證預緊力設計值；利用螺釘緊固方鍵和彎板，再次對補塊進行加固。

7）利用立柱導軌找正，將裝配完成的立柱底面進行整面精加工，保證立柱底面平面度0.02mm與導軌垂直度0.02mm/m。再修正加工補塊其他各面，包括立柱滑座螺栓把合面、螺栓孔等。

立柱通過以上方案修復完成待安裝。將把合面精加工鋼板通過88個加長螺栓均勻把合至立柱本體，計算確定螺栓規格、間距和級別等參數，同時配合方鍵、圓柱銷等進行定位，最后按照測繪的原立柱尺寸對其進行加工，保證基準面的加工精度。通過螺栓把合的方式恢復各部件的剛度，重新加工部件各基準面、定位面，保證部件精度[3]。

3 螺栓規格確定

查閱機床使用說明書，查得機床維修相關參數如下。鏜桿進給最大抗力：FW=45000N；立柱質量：m1=2.4×104kg；鏜箱質量：m2=1.7×104kg；鏜箱配重質量：m3=1.7×104kg；其余質量：m4=2×103kg；立柱進給速度：v=10m/min=1/6m/s；立柱進給制動時間：t=0.2s。

根據動量定理Ft=Mv，計算立柱移動橫向載荷Fh=Mv/t=（m1+m2+m3+m4）v/t，代入可得Fh=5×104N。

由于FW＜Fh，所以立柱橫向載荷按Fh計算，則立柱縱向載荷為

式中，f是被連接接觸面摩擦因數，取f=0.15；m是被連接件的接觸面數目，取m=1。

代入式（1），可得Fz=4×105N。

根據立柱與補塊結合面情況，均勻選取88個螺栓把合位置，則單螺栓承受縱向載荷為

式中，Z是螺栓數量。

將Z=88代入式（2），可得Fz′=4.545×103N。設聯接螺栓材料為35鋼，強度級別為8.8，由強度級別計算得出螺栓屈服極限σs=640MPa，則單螺栓許用應力為

式中，[σ]是單螺栓許用應力；n是螺栓小徑許用應力安全系數。

取n=12.5（動載荷），代入式（3），可得[σ]=51.2MPa。螺栓小徑d1=[4×1.3Fz′/（π[σ]）]1/2=12.122（mm）。由GB/T 196—2003查表比較，d1=12.122mm＜13.376mm，即大徑M15及以上普通螺紋即可滿足立柱載荷強度要求。

考慮到螺栓受力不均勻性，充分利用立柱壁厚尺寸，最終確定螺栓規格為M30，強度級別8.8。

4 其余部件維修

（1）床身 經檢查床身未發現裂紋，但床身塑性變形較為嚴重，嚴重區域變形量為3～4mm/m。經測繪分析，決定將凹陷導軌處通過地腳楔鐵頂起，將導軌高出部分通過手工刮研處理，根據實際情況處理了4m長的導軌，保證導軌平面度。

（2）滑座 滑座裂紋較多，經分析計算，決定通過90余個高強度螺栓和壓板將滑座把合固定，在保證正常使用功能的前提下，確?；鶑姸群蛣偠?。

（3）其他 立柱配重及導軌修理，通過預熱及油壓機修正了配重導軌直線度，測繪制作損壞零部件并修補了破損部分；檢查并更換了Y軸傳動部件，包括齒輪、軸承等；滑座同床身手工配研。

5 結束語

機床各部修理完成后，進行整體安裝、精度調整、聯機調試和試加工。機床相關幾何精度均達到國家及行業標準，各軸均運行平穩，滿足使用要求。

機床修復成本低，僅立柱一項，相較采購新立柱成本節省100余萬元，同時縮短了數月的維修周期，U-TK6916B組合式落地鏜銑床修復工作取得了成功。