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关于镗床加工的维修方法,怎么让精度提高?

前言

通过对曲轴箱传动轴孔专用精密镗床的维修过程的阐述,主要是解决机床精度降低,所加工的曲轴箱曲轴孔和凸轮轴孔同轴度超差的问题,并将维修后的机床所加工的箱体曲轴孔和凸轮轴孔的同轴度与维修以前作对比分析。

本项研究主要是设备维修技术人员和专职维修人员共同参与,用水平仪、杠杆千分表等仪器,通过测量机床导轨水平度和芯棒的座标来确定导轨的不平度和机床四个支架的偏移,最终通过调节机床地基水平和更换第三支架,调整四个支架位置和刀具位置,使得机床加工精度得到了很大的提高。

一、问题的提出

从事机械加工的专业人员都知道,产品的加工精度靠机床的精度、机床夹具、刀具来保证,机床精度降低是影响产品加工精度的重要因素,曲轴箱传动轴孔就是由于四个导向支架的变形、磨损,刀具位置变动等原因造成加工精度降低,使得被加工的曲轴孔和凸轮轴的同轴度超差,直接影响了曲轴箱体的产品质量。

同轴度是限制被测轴线偏离基准轴线的一项指标,被测轴线相对于基准轴线可能产生平移、倾斜、弯曲等误差,这将影响零件的回转精度,装配要求,加工精度是评定零件加工质量的重要指标之一。

所谓加工精度,是指零件加工之后的几何参数(尺寸、形状和位置)与理想(绝对正确)几何参数的符合程度,即加丁误差的大小,符合的程度愈高,加工误差愈小,加工精度就愈高,反之,则加工精度越低,加工精度用加工误差大小来表示,只要零件的加工误差不超过图样所规定的公差要求,即为保证了零件加工精度的要求。

加工精度是评定零件加工质量的重要指标之一,所谓加工精度,是指零件加工之后的几何参数(尺寸、形状和位置)与理想(绝对正确)几何参数的符合程度,即加工误差的大小,符合的程度愈高,加工误差愈小,加工精度就愈高,反之,则加工精度越低。

加工精度用加工误差大小来表示,只要零件的加工误差不超过图样所规定的公差要求,即为保证了零件加工精度的要求。

这台曲轴箱传动轴孔专用精密镗床是本厂1985年从德国引进的先进设备,主要用来精镗曲轴箱的曲轴孔和凸轮轴孔,机床的精度要求特别高。

要求加工出的曲轴孔同轴度在0.06mm以内,凸轮轴孔同轴度在d0.02mm以内,曲轴箱体被吊到工作台上之后,用一个定位面和两个定位销来固定,这样就限定了它的六个自由度。

机床启动,镗刀杆就可以进刀加工曲轴孔和凸轮轴孔了,曲轴箱是发动机机体组成的重要部分,它的主要功用是支承曲轴,承受由曲柄连杆机构和其它机构传来的力和力矩,并作为整个发动机的支承。

机床使用率很高,经过二十多年的使用,机械部分磨损严重,另外,机床地基下沉、变形,支架移位、磨损,导轨变形等各种原因,使得加工出的凸轮轴孔、曲轴孔同轴度都严重超差。这势必直接影响响发动机的质量。

因为机床所镗的曲轴孔和凸轮轴孔同轴度分别超出φ0.06mm和0.02mm后,曲轴和凸轮轴装配以后必产生较大的间隙,这样发动机在工作时就会产生很大的噪声,严重影响整机的产品质量。

精密设备在长期使用后,加工精度都会有所降低,一般都是多方面的原因造成的,在仔细分析了造成这种故障的原因后,初步确定从机床夹具、刀具、导轨、地基等方面维修。

故障原因分析

本机床的地基设计时做到了以下三点,它们是保证机床加工精度的先决条件,在压强最低为2000N/cm时,基础必须承载80000N/m,地基必须做成基础弯曲每米总计不超过0.05mm,外界作用不影响机床基础。

本机床地基上有十个地脚螺栓,作为机床的紧固件,十七个托架均匀分布在地基上,用来调节机床的水平,机床经过二十多年的使用,由于地基长期负重,各个部分受力不均匀,引起机床整体扭曲变形,经测量,机床西侧导轨水平度仅为0.13/1000(mm),严重超差。

机床的地基是否水平是非常重要的,它直接影响所加工产品的精度,所以,在解决其它问题前,先调整机床的水平是至关重要的。

本机床的四个导向支架是工件的主要夹具,夹具在机械加工中的基本作用就是保证工件的相对位置精度,由于采用了能直接定位的夹具,因此,可以准确地确定工件相对于刀具和机床切削成形运动中的相互位置关系,不受或少受各种主观因素的影响,可以稳定可靠地保证加工质量。

工件在夹具中的定位,对保证加工精度起着重要的作用,在加工工件之前,必须体它相对干刀具和机床占有正确的加工位置,它包括工件在夹具中的定位、夹具在机床上的安装以及夹具对刀具和整个工艺系统的调整等工作过程。

这里所讨论的工件定位,是指保证一批工件在夹具中占有一致的正确加工位置,本机床在加工曲轴箱体的曲轴孔和凸轮轴孔时采用了“一面两销”组合定位,这是生产中常见的一种定位方式,常用于箱体等零件的加工。

机床的四个导向支架是保证曲轴箱曲轴孔和凸轮轴孔同轴度的重要夹具,它的移动直接影响着所加工产品的质量。

由于机床经过二十多年的使用,四个导向支架上的轴承都严重磨损,经测量,径向跳动大都超过了0.01mm,轴承间隙太大以后必然影响加工精度,必须更换轴承,才能保证产品加工精度。

所更换的轴承型号分别为6016P、61816 P、61824 P61822 P。我国轴承按精度分为C(超精密级)、D(精密级)、E(高级)、和G(标准级或普通级)四个等级,轴承精度P相当于中国的D级精度,它属于精密级的轴承,如果买不到进口轴承可用国产轴承相同尺寸的C轴承替代。

机床导轨是机床移动部件的基准,它的直线度和平面度直接影响加工精度,在修理床身导轨时,修理基准的选择很重要,一般应选择机床制造时的原始基准做为修理基准,如以床身上没有磨损的固定结合面或轴孔做修理基准:在不影响传动性能的原则下,也可选择测量方便的表面做为修理基准。

床身导轨的修理方法,可根据设备条件采用刮研法、精刨法以及精磨和配磨法,刮研法常用于机床导轨磨损较小(一般在0.1mm以下),且无严重划伤、拉毛的情况下,这种方法所使用的工具简单,加工余量少且精度高,是一种最基本的修复机床导轨的方法。

磨损量大于0.5mm,或刮研工作量很大时,多采用精刨法,精磨和配磨法则常用于磨损量为0.1~05mm的导轨,特别是经过淬火的导轨,一般都采用这种方法,以减少钳工的刮研工作量,采用这种方法能提高导轨表面耐磨性。

此外,对磨损量不大,但表面有较深的划痕、拉毛或局部损伤时,可采用环氧树脂粘接法、铁粉KH-501修补法、快干涂料修补法、锡铋合金无槽镀铜修复法、巴氏合金钎焊法、塑料导轨粘接法和尼龙导轨板粘接法等,经焊补后再进行精加工。

在机械加工中,刀具是用来加工产品的主要工其,刀具误差直接影响着加工精度,刀具误差包括刀具制造误差和磨损,它们都将影响加工精度,尤其是尺寸刀具(钻头、铰刀、镗刀、丝锥、板牙等)和成形刀具的制造误差对加工精度影响很大。

因此应注意提高刀具制造质量和刃磨质量,刀具的耐用度,就是刀具从开始切削磨损到规定的磨钝标准至下一次重新刃磨前的实际切削时同,刀具的磨损,大致可分为三个阶段,在初磨阶段磨损较快,这是由于刃磨后的刀具表面有高低微观不平,且后刀面与加工表面的实际接触面积很小,故磨损较快。

在正常磨损阶段,由于刀具上微观不平的表面层已被磨去,表面光洁,减少了摩擦力,故磨损较慢,刀具经过正常磨损阶段后即进入急剧磨损阶段,此时切削刃将急剧变钝,如果继续使用,将使切削力增加,切削温度急剧上升,加工质量显著恶化,需要及时刃磨刀具。

当工件在机床或夹具上安装时,为确定工件与刀具间的正确位置,其所依据的点、线、面称为定位基准。定位基准的选择,在第一道工序中,只能选择未加工的毛坯表面作为定位基准,这种定位表面称为粗基准。

粗基准选择得是否恰当,对以后的加工质量有极大影响。选择粗基准时,应选择毛坏上余量最小的表面,要选择那些重要表面本身做粗基准:粗基准的表面应尽量平整,一般情况下,同尺寸方向上的粗基准只能使用一次,重复使用粗基准会引起相应加工表面出现较大的位置误差。

工件的定位面不平主要是由于上一道工序所加工的定位面尺寸精度不够造成的,它也是影响产品加工精度的重要因素,定位面不平将直接影响所加工的曲轴箱曲轴孔和凸轮轴孔的同轴度,所以,镗孔前必须先检查曲轴箱底面的加工情况,以免影响产品的加工。

另外,机床压紧压板松动、定位销不到位,机床热变形、刀具热变形,夹具的几何误差、受力变形、受热变形等等原因都会影响产品的加工精度。这里就不做深入研究。

故障的排除处理

经过以上几方面的原因分析,确定从以下几个方面对机床进行维修,用水平仪测量,机床西侧导轨水平度仅为0.13/1000(mm),严重超差,为补充地基变化引起的机床变形,调整机床地基上的托架来恢复机床的水平,修复导轨面后,使导轨水平度达到0.02/1000(mm左右。

机床在工作时,当镗刀杆进入到第三导向支架导向套约三分之一处时,操作者听到不正常声响随即紧急停车检查,发现第三支架断裂。

分析认为,机床导向支架本身制造壁薄、刚性差强度小,长时间使用后产生微小变形,镗刀杆与导向支架的间隙仅为0.007mm,这样在每次进刀时,实际上进刀杆都在与支架进行撞击。

长时间撞击使得镗刀杆在进人第三导向支架时对支架导向套产生挤压,形成一挤压痕迹,(用手可以触摸到这一痕迹)造成镗刀杆不能通过,使得第三支架淅裂,加工好第三支架后进行安装调整,在装配时检测发现其它支架的位置也有相对变化,因此要装配第三支架首先得校正其它支架。

用标准样箱、镗刀杆和检验芯棒来调整四个支架,使它能起到准确的导向作用,利用镗刀杆本身的动力来用第一支架作导向镗其它三个支架的孔,在刀杆上装千分表,将支架摆正,仔细调节,使得四个支架都在所要求的同心度误差以内,以保证所加工的产品质量。

更换轴承时,要将轴承及刀杆导向套一起拿下来,由于机床静止时有销子顶住导向套,先退出销子,将导向套和轴承一起拿出,再将新轴承换上,经检测,新轴承的径向跳动都在0.001mm以内,完全可以保证产品的加工精度。

经用水平仪测量后调整地基托架实现导轨水平,使导轨的水平度达到0.02/1000(mm),至于

导轨表面上由于磨损造成的微小的凹凸不平,可以用刮研法修理本机床的导轨面,刮研分为粗刮和精刮两个过程,经过多次刮研完后用百分表在机床尾座部件来测量最终精度。

刀具位置的变动也影响加工精度,在产品加工过程中,由于刀具常期受到工件的作用力,这样就使刀具位置产生微小的变化,用千分表打到刀杆上来测量镗刀的位置变动,经过调整安装刀具的螺钉来校正刀具的位置,经过一段时间的加工后,注意及时刃磨刀具,以保证产品的顺利加工。

在镗孔前,要先检查一下产品定位面是否水平,如果定位面不水平必然影响产品的加工。

维修结果

经过有关人员从几个方面的仔细维修,机床的加工精度有了很大的提高。经三座标测量仪测量,曲轴孔的同轴度为0.046mm轮轴孔的同轴度为φ0.018mm,完全符合产品的同轴度要求,机床精度有了很大的提高。

我们通过对曲轴箱传动轴孔专用精密镗床精度降低故障的研究分析,以及对故障排除处理的阐述,得出了已到维修期的进口设备的精度降低的处理方法,经过多方面的维修,机床加工出的曲轴孔和凸轮轴孔的同轴度都达到了产品的要求。

经过这次维修,可以得出,象机床加工精度降低这类故障是由多方面原因影响的,维修也应当从多方面着手,最终使机床加工精度提高。

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