数控立式加工中心主轴锥孔中心线修正

1.故障现象

设备出现镗深孔时，出现孔口尺寸小，孔底部尺寸大，呈正锥形，零件表面粗糙度质量差，刀尖磨损过快，镗孔圆度超差等。针对零件加工质量现象，经过我们综合分析，对设备进行精度检查，如表1所示（注：远端为离主轴端面长度300mm处测量）。

确认主轴锥孔中心线径向跳动超差过大，设备远端跳动允差0.015mm,远端0.07mm是允差数倍。

2.故障原因

该设备采用全闭环，四轴联动立式加工中心，自购进投入生产以来，使用率较高，故障也不少，多次出现换刀失败故障，最严重的一次是机械手处干抓到位置，2向即主轴向工作台方向快速移动，导致机械手弯曲而报废，刀库原始相对位置变动，每次换
刀失败，对主轴都会产生撞击。换刀失败主要原因是Z向换刀点位变化，机械手卡爪与刀柄位置变化，不仅使主轴、主轴轴承和主轴锥孔受到撞击，还造成卡爪对刀柄无法锁死，产生掉刀，设备误操作导致的揸'击，也会使设备丧失精度，产生加工误差，不能满足工艺要求，丧失较高精度，设备处于不完好状态。图la所示为主轴锥孔内不平整导致主轴锥孔中心线径向跳动严重超差，图lb所示为正常主轴对比。

3. 制定维修方案

针对主轴锥孔径向跳动超差问题，分析讨论如下：

(1)更换主轴部件，购买价格少则几万元、多则数十万元，购买周期长，费用髙。

(2) 返修磨削修正主轴锥孔，受加工设备精度要求，以及磨削加工操作人员水平限制，目前还没有能力恢复精度，外协能返修保证主轴锥孔精度的加工厂家，还需调研确认。如果采取返修磨削锥孔，还需分解主轴，因主轴轴承因拆卸而损坏。返修后，组装主轴部件能保证精度加工出合格产品，对于维修人员也非易事。

(3) 采取研磨方法。经检测，主轴径向跳动量小于0.002mm，证明主轴轴承精度正常，只是主轴锥孔跳动量超差，采用研磨法，修正主轴锥孔，但从前没有尝试过，能不能修正未知，没有经验借鉴，大家赞同作一次试验。

3. 实施过程

设计加工研具，依据设备主轴锥孔锥度7 : 24设计加工相应研具，如图2所示。

在研磨前装上检验棒，测量主轴远端跳动位置，并在主轴轴颈上作标记，将研具锥面涂少许磨料，放人主轴锥孔内。利用研具中心孔，在中心孔内放入适当大小钢球，顶在工作台面上(注意：铜球项在工作台时，要留一定间隙，大约0.1 mm左右，操作时，一只手握研具来回转动，另一只手慢慢转动Z向进给手轮，保证间隙后立即停止Z向进给，避免主轴与工作台顶死，损坏主轴轴承），利用主轴的转速，握住研具柄部研磨。经过一次研磨后，测量远端跳动量为0.04mm,比研磨前减少0.03mm,但是主轴锥孔远端跳动量位置有变化。再次研磨跳动量0.03mm,跳动点又变了。多次研磨后，远端跳动量始终在0.03?0.04mm之间，有时还要大一些，一次跳动量为0.02mm,也不在设备允差之内，主轴锥孔跳动量位置每次研磨后都在变动，不是线性的减少，没有规律可循。不得不怀疑用研磨方法能否提高精度，且受研磨佘量限制，也不是可以无限地研磨下去，研磨量尽可能少，避免影响相关机构产生干涉。

经过周末两天思考，在研磨方法上必须更新，采用针对性研磨，经研磨后测量，跳动量远端3 m m、近端 0.0 01 m m，此时精度比设备进厂安装验收允差精度还要髙，证明了通过研磨方法不仅能达到设备允差精度，而且超过设备出厂精度。

4. 研磨后设备部件结构及精度变化

(1) 研磨后锥孔要大一些，刀柄会上移大约1mm左右，对刀柄锁紧刚性强度没有影响。

(2) 对机械手换刀有影响，刀柄上升后，换刀点位置有变化需要移动刀句，使主轴台升修正密补，如果有机械手卡爪与主轴端面干涉的情况，修磨卡爪（注：修磨量不大，对卡爪机械强度及功能均无影响）。

(3) 主轴锥孔插人检验芯棒，表支在检验芯棒上，移动Z向300mm全长，经过测量达到设备安装验收精度。

(4) 加工试件，经过对比各项精度，几乎与设备购进安装时加工精度保持一致。修复后主轴与正常主轴对比如图3所示。

5. 修复后精度

(1)设备安装验收精度（见表2)。