| 摘要:针对俄罗斯HC212ПФ1镗铣床加工精度超差产生机理的分析，提出如何提高大型加工设备加工精度的方法和措施。 |
图1科太克 |
1～3.夹紧块 4.立柱导轨轨面B
5.液控单向阀 6.减压阀 7.电磁换向阀
8.立柱导轨轨面A 9.立柱 10.主轴箱
图2科太克 |
1.立柱 2.重锤 3.主轴箱 4.滑座 5.方轴
6.主轴 7.悬挂钢丝1 8.悬挂钢丝2
图3科太克 |
HC212ПФ1镗铣床是我公司90年代从俄罗斯进口的大型金属加工设备(主轴直径φ220)’该机床加工范围广、主轴箱刚性好，尤其在大孔径加工时，更发挥其独特的优势。该机床投产后，其Y轴的加工精度一直达不到要求，如图1所示，问题主要有以下两点: - 加工孔时，孔径的中心高与要求的中心高偏差大，达不到加工要求，有时偏差达1mm。
- 深孔加工时，加工出的孔成斜孔，孔的平行度达不到要求。
1 问题的分析
针对这两个问题，公司曾经安排专业人员进行现场诊断和分析，对机床各导轨水平和垂直度进行了调整，效果依然不明显。后笔者对工件装夹和校调方面进行现场观察和分析，发现操作者在机床Y轴(主轴箱上下移动方向)放松的情况下(便于主轴箱上下移动)校调工件，校调好后，对Y轴夹紧进行加工。这一现象引起了笔者的注意，于是在Y轴夹紧时，令操作者再回到基准面进行校对，发现机床主轴上翘了0.8mm，这说明机床Y轴夹紧引起了主轴偏移，机床Y轴夹紧机构控制原理图如图2所示，其中电磁阀7控制Y轴夹紧与放松，减压阀6调节Y轴各导轨的润滑压力。在图中，夹紧块1、2、3是对主轴箱3个方向夹紧，通过受力分析可知，夹紧块1对机床主轴偏移影响最大。 进一步深入研究，发现机床主轴箱设计有一套平衡机构，当机床方轴(W轴)向外移动时，主轴箱重心也随着前移。为了防止主轴“下倾”，主轴箱上前端悬挂钢丝1自动收紧，其收紧力与机床方轴(W轴)位移量成正比，使主轴箱有上翘的趋势，从而消除机床方轴下垂对加工精度的影响，工作原理示意图如图3所示，由此来看，主轴箱与立柱导轨结合面A、B必须有一个合理的间隙， 才能实现平衡机构的补偿功能。当机床Y轴夹紧后，夹紧块1(位于主轴箱顶部)使主轴箱与立柱之间产生一个作用力，又由于主轴箱与立柱在作用力方向有间隙，从而使主轴箱在Y轴夹紧后出现翘头现象，其产生的机理可用图，杠杆原理分析得到。
图4科太克 |
通过以上分析和研究，问题产生的根源就是机床Y轴夹紧破环了主轴箱的水平度，因此解决问题的关键就是改变Y轴夹紧方式，使其对主轴箱的水平度影响较小。
图5科太克 |
1夹紧块本体 2.夹紧导轨 3、6.活塞 4～5.铜垫板
图6科太克
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2 问题的解决
为了解决此问题，笔者对机床Y轴夹紧方式和润滑作出以下技术改进(见图5): - 拆除夹紧块1，其间安装契形塞铁，调整塞铁使主轴箱与立柱导轨之间留有合理的间隙。
- 在主轴箱上设计了一套夹紧块，安装位置如图5所示，夹紧块的结构见图6，该夹紧块采用双面夹紧方式，其中夹紧导轨安装在机床立柱上，其工作原理是通过夹紧块中左、右5个活塞在压力油的作用下，推动铜垫板使其压在夹紧导轨上，从而达到夹紧的目的。夹紧后产生有效作用力可由下面公式计算得:
- F=10pµPD2/4
式中：F——夹紧后产生有效的作用力(N) - µ——铜垫板与夹紧导轨之间的摩擦系数，取0.19
- P——夹紧块中的压力油工作压力，为2MPa
- D——活塞的直径，为80mm
- 通过计算得夹紧后产生有效的作用力为19000N，而原来夹紧机构产生有效的作用力为16000N，显然满足机床的夹紧要求，通过受力分析，改进的夹紧块夹紧后使主轴箱在水平面上无作用力，因而达到了改进的目的。
- 改进了机床Y轴的润滑油路(见图5)，使Y轴始终都有油润滑，主轴箱与立柱导轨面之间保持稳定的油膜刚度， 减少主轴夹紧后对机床精度的影响， 另外还增设了主轴箱对立柱导轨面A、B 的润滑油路， 以减少这两导轨面的磨损。在改进后的精度检测中， 当机床的W轴、Z轴都伸出到最大极限位置，对Y轴进行夹紧，测得主轴仅向上偏高移动0.01mm左右， 其加工精度已达到要求。
3 结束语
加工精度下降是大型加工设备最为关键的问题，由于它涉及的范围广、影响的因素多，因此一直是大型设备管理工作的难点，在这类问题处理中，如果找不到问题的关键，往往是无功而返、收效甚微。笔者通过这一次的分析与研究，总结出在提高大型设备加工精度工作中， 要从机、电、液多方面、多角度考虑，对症下药，合理科学地提出改进方案，才能圆满解决问题。
