日本TU30數控車床切削運動總成大修及幾何精度修復

1 日本TU30數控車床簡介

日本TU30數控車床是我廠曲軸車間完成曲軸端面切削、倒角及止推頸外圓尺寸加工的設備，其高剛性的四導軌床身、主軸直徑為Φ150mm ，主軸轉速為高、低2組無級變速：6~2500 r/min，採用雙移門結構，主軸採用AC電機高、低2組的無級變速。

2 數控車大修前故障現象

該設備在長期的斷續切削加工過程中，由於不間斷的衝擊載荷力的作用，造成了切削運動總成整體幾何尺寸（迴轉刀盤總成；進給總成；X滑臺導軌總成等相互關聯部件）的嚴重磨損，從而破壞了相互間的配合，造成了運動精度的降低。並且，間隙又使在切削加工過程中，各總成間發生碰撞，產生較大的震動響聲及對設備的損壞造成了X向滑臺導軌總成的嚴重磨損，從而破壞了相互間的配合。經常出現X向伺服電機報警、曲軸止推頸加工尺寸超差等故障現象，嚴重影響曲軸的加工質量。

2.1故障原因分析

查詢該數控車的編程，發現其數控刀架，是採用反向切削，切削力全部作用在壓板上，由於壓板的接觸面積比較小，故要承載比較大的作用力，在長期的負荷作用下，導軌總成（滑臺、壓板和導軌）出現大面積磨損。

經過拆卸發現：由於導軌總成的大間隙配合致使其複合運動造成傳動箱齒輪和刀盤定位鼠齒盤磨損。

（1）刀盤傳動齒輪箱總成的定位鼠齒盤因斷續切屑震動而產生磨損，傳動齒輪不但嚴重磨損，還出現打齒現象。

（2）X向滑臺、導軌、鑲條及壓板因斷續切屑震動出現磨損嚴重和點蝕，最大磨損尺寸量達一個毫米。

（3）Z向滑臺、導軌、鑲條及壓板因接觸面積較大，磨損情況超差情況較好。

2.2故障修復難點

諸如傳動箱的齒輪打齒及磨損齒輪可直接更換，Z嚮導軌可通過簡單地刮研解決，以下幾個問題需要認真分析加以解決：

1、針對X嚮導軌總成：

（1）如何保證在兩導軌尺寸的不一致性前提下，導軌面與基準面的平行度問題。

（2) 滑臺和壓板相對導軌的修配中，採用何種方式補償加工過程中損失的尺寸量問題。

（3）採用何種方法即能滿足原有鑲條的調節滑臺作用，又能實現滑臺與導軌的理想配合問題。

2、刀盤定位鼠盤磨損間隙如何補償問題。

圖1 X嚮導軌總成簡圖

3 解決方案流程

針對以上幾點故障修復難點，對項目進行了認真的分析和研究，確定了以下方案流程（圖2），利於項目的各項工作的具體實施。

圖2 方案流程簡圖

4 具體解決措施

首先，查閱相關資料，瞭解切削運動機件總成，在機床中與各部件間的相互位置尺寸；針對一些拆前可進行測量的參數、尺寸，儘量提前確認。一些未知參數、尺寸，只有在分解該設備後，進行測量確定。確保修理後TU30切削運動總成整體幾何精度。

4.1修前工作步驟

1、 拆解前，先對該設備的迴轉中心高及迴轉刀盤刀尖高度進行尺寸測量。確保修理後，數控刀盤總成整體的切削運動幾何精度。

2、 對項目工作設備進行拆解檢查，在拆分解每個部件的過程中發現：

（1）刀盤傳動齒輪箱總成的定位鼠盤因斷續切屑震動而產生磨損，傳動齒輪不但嚴重磨損，還出現打齒現象，應對定位鼠盤進行再加工，更換傳動齒輪。另外，檢查發現編碼器鏈接軸支撐軸承，因浸泡在切削液中，產生鏽蝕和磨損，需更換處理。

（2） X向滑臺、導軌、鑲條及壓板因斷續切屑震動出現磨損嚴重和點蝕，最大磨損尺寸量達一個毫米。需對滑臺、導軌及壓板進行加工處理。另外，檢查發現x向絲槓下支撐軸承，因浸泡在切削液中，產生鏽蝕和磨損，需更換處理。

（3） Z向滑臺、導軌、鑲條及壓板因接觸面積較大，磨損情況超差情況較好。在最終的裝配中，通過簡單地刮研即可解決。

3、 針對嚴重磨損件，在加工前的工作步驟：

（1）通過測量X嚮導軌上定位面與基準面之間的實際尺寸、導軌側定位面與滾珠絲槓中心基準之間的實際尺寸、兩導軌間的實際寬度尺寸、導軌的厚度。為最終的裝配尺寸提供依據。

（2）測量刀盤定位鼠盤側定位齒形的實際尺寸、磨損情況及兩齒盤齧合時的側面和端面間隙。

4、 磨損件加工尺寸的確定工作步驟：

（1）修磨導軌：由於主導軌面、副導軌面、定位導軌面、壓板導軌面磨損的不同，在磨修時，應保證在與基準面平行的基礎上，可以在導軌面已被磨削出來的情況下，不用保證兩導軌尺寸的一致性。

(2）對於修磨好的導軌，首先，應把它放到平板上，通過百分表測量對相關基準面進行支承並找平。然後，通過用千分尺、百分表對相關導軌面的尺寸落差測量，以及結合未加工時測量的尺寸進行計算，用計算出的結果、滑臺上各導軌面的最小磨損尺寸及要貼的聚四氟乙烯板的厚度規格，來確定對與之配合的滑臺上各導軌面的加工尺寸的量。

(3）在前面滑臺與導軌研配工作完成後，在通過百分表對滑臺與導軌平面的尺寸落差進行測量及計算。用計算出的結果，對各壓板不同的落差尺寸分別進行加工。

4.2零件加工完成後為確保切屑中心不變的修配步驟

1、 滑臺修復—填充材料補償滑臺加工尺寸

(1) 導軌面的加工

導軌面的修復直接影響後續修復工作，其修復質量關聯滑臺、壓板和鑲條尺寸加工量，稍有偏差就會為後續工作帶來諸多不便。

起初我們考慮採用傳統的刮研方式。但由於磨損量大（兩側磨損量不同，一端約為0.5mm，另一端約為1mm），工作量大，其缺點無法精確兩導軌面同時與導軌基準面的平行度。

根據多方諮詢，我們選用直線導軌磨床，選用其優點是：它可以以導軌底面為基準同時加工導軌兩側磨損區域，這樣既保證了兩導軌面與基準面的平行度，又保證了兩導軌面的平面度。

對加工好的導軌進行測量、校對和找平，為下一步滑臺修復做好準備。

（2）貼塑修復滑臺

針對導軌加工後的測量結果（一端加工尺寸量0.5mm，另一端1mm），選用1mm、1.5mm、2mm厚度的聚四氟乙烯塑料板（簡稱塑料板材）作為填充材料來補償滑臺與導軌加工尺寸量，其優點耐磨，減震。

具體方法：考慮到機床的實際工作狀態，塑料板材粘接面要有很好的抗震和耐剪切效果，綜合考慮選用紅星膠粘接劑。根據前述磨損件加工尺寸確定的工作步驟中，已修磨好的導軌實際測量尺寸。結合滑臺的實際工作狀況，用貼聚四氟乙烯塑料板的方法來充填因加工而減少的尺寸。首先，依據滑臺各導軌面不同的加工尺寸，用1mm、1.5mm、2mm厚度的聚四氟乙烯塑料板，把它們用膠粘劑粘接到滑臺上的三個工作面上去，並用重物壓緊，等膠粘劑乾透後開出潤滑油槽。

用已調整好並找平的導軌對滑臺導軌面進行對研與刮屑。此過程需反覆進行多次，直到滑臺上安裝面平行度測量值在0.01mm以內，並且滑臺導軌面上的接觸點數每平方英寸不少於6—8個點。然後，再對滑臺導軌側定位面進行對研與刮屑，過程同前。而後，也同樣需要測量平行度與接觸點數，測量結果同前。

對已調整好並找平的導軌相對滑臺的配合面進行研與刮屑。此過程需反覆進行多次，直到滑臺上安裝面平行度測量值在0.01mm以內，並且滑臺導軌面上的接觸點數每平方英寸不少於6—8個點。

2、 鑲條修復－採用灌注修補劑

由於滑臺與導軌，經過修磨、刮研後尺寸發生變化，致使原鑲條的調整尺寸無法滿足理想的安裝要求。要想即提高耐磨性又提高修理的便捷性，我們採用灌注修補劑方式，即在原鑲條表面上塗覆耐磨層。

具體方法：選用TS311工業修補劑，優點耐磨。原鑲條表面上預先塗覆耐磨層TS311，將其放入已刮研好的滑臺與導軌的側定位面之間，並對其間隙灌注修補劑，搗實，防止產生氣泡。待其乾燥後取出，並開出潤滑油槽。因鑲條塗膠放入乾燥過程與實際安裝相同，所以不用刮配。

3、 滑臺與導軌底面間的壓板配合修復

而一般情況下，數控車的數控刀架採用正向切削，滑臺的主受力面在導軌的上表面，而導軌的上表面比較寬大是壓板面的2-3倍，對壓板的技術要求可以低些。該數控車的數控刀架，是採用反向切削。因此，切削力全部作用在下壓板上，又由於壓板的接觸面積比較小，故其承載力較大，要保證壓板的裝配均勻，就必須減小配合間隙。

具體方法：必須在前面滑臺與導軌研配工作完成後，才能通過百分表對滑臺與導軌底平面的尺寸落差進行測量及計算。用計算出的結果，對各壓板不同的落差尺寸分別進行加工。然後，把加工好的壓板安裝到滑臺上，逐漸加力壓緊，反覆數次進行對研與刮屑，來確保滑臺、導軌與壓板間相互配合尺寸的穩定，並且滑臺壓板面上的接觸點數每平方英寸不少於6—8個點，並進行測量校對。

4、 刀盤定位鼠盤修復

盤針對前面所測量的刀盤定位鼠盤測量結果結合實際工作尺寸比對，兩齒盤齧合時，兩齧合端面應有一定的間隙尺寸進行加工，確保齧合時側定位無間隙。

5、項目價值及總結

通過此次切削運動滑臺總成的分解修理，採用新技術、新材料恢復鑲條與滑臺、導軌的配合精度，確保了日本TU30數控車的完好，提高了設備耐磨、減磨性能。提升了曲軸的加工精度，提高了機床的加工效率。經過經一年多的使用，該設備還沒有出現大修前的故障現象，所加工曲軸尺寸穩定，沒有再出現超差報廢現象。