数控机床主轴修复

匡少宝

(安徽应流集团 机械公司，安徽 合肥 230601)

数控机床主轴修复

匡少宝

(安徽应流集团 机械公司，安徽 合肥 230601)

为了对数控机床主轴进行焊补修复，使其达到预先的使用性能和加工精度，采取了用奥氏体不锈钢焊条焊接作为过渡层，再用高强度焊条堆焊的方法。该主轴焊补后，无损检测满足要求。该机床重新安装调试后，其加工精度未受影响。机床主轴在采用这种焊补方法返修后，既有较好的抗冲击载荷性能，又有较高的使用稳定性。

镗铣床；40Cr；42MnVB；淬硬区域；渗透检验

0 前言

随着我国加工行业的发展，数控机床已广泛应用于各类零件的加工生产。在数控机床的使用过程中，由于各种原因都会使机床产生零部件磨损，有的还会发生严重的撞机事故。因此，为了尽量节约成本和维护机床的正常使用，对各类机床零部件的修复显得尤为重要。

1 主轴裂纹产生的原因

安徽应流集团机械公司是从事阀门与工程机械类零件的铸造、焊接、机加工等生产出口的企业。加工厂使用的国产某型号数控镗铣床，由于程序输入时错误，导致机床撞坏，使机床的主轴键槽嵌入端沿键槽壁裂开，长度约25 mm，主轴裂纹如图1所示。

此轴如果重新订做，需近三个月的时间，且价格近十万元。经设备与技术部门讨论后，按照先修复、再检测的方案进行。如果修复后的主轴使用性能和加工精度都能符合使用要求，将不再另外采购新的主轴；否则将重先购买(返修一般需三、四天）。

2 确定主轴材料、焊接性能和补焊措施

根据国内机床主轴材料使用要求(承受中等载荷，转速较高；承受交变和冲击载荷，精度要求高)，可判定其主轴材料为40Cr或42MnVB调质后局部淬硬。在经设备部门与生产厂家确认，其材料为40Cr。

40Cr属中碳调质钢，可采用的焊接方法有：钨极氩弧焊或氦弧焊、熔化极气保焊、埋弧焊、焊条电弧焊和电阻焊等。焊条电弧焊需要使用低氢焊条，并采用较低的热输入。大的热输入将产生宽的、组织粗大的热影响区，增大脆化倾向，同时也增大焊缝和热影响区热裂纹的产生。对于调质钢焊后不作调质处理，大的热输入会增大热影响区的软化程度。

图1 主轴裂纹示意

作为机床主轴的使用特性，要求在动载荷和冲击载荷下具有良好的性能，如焊接过程中有淬硬区域，则不能进行相关的热处理，如果进行热处理，键槽后面轴承安装部位的尺寸精度无法保证(变形或氧化)。

在考虑以上因素的基础上选择焊接材料。低强度的焊材一般不易出现裂纹，且焊接容易，但满足不了使用性能要求，所以焊材的强度不能过低。如果直接采用高强度的焊接材料，如J107Cr、J907Cr或J857Cr等，可能会由于强度过高在热影响区或熔合线处产生冷裂纹，因为需补焊的区域是经过淬火处理的。

在此决定在补焊区域采用抗裂性能好的J857CrNi焊条，首先用奥氏体不锈钢焊条焊一个过渡层。这样既能保证焊补区域的材料能满足在动载和冲击载荷下的良好性能，又能保证高的使用强度。

焊前最低预热260℃，层间温度260℃～280℃。为防止焊后尚未转变的奥氏体在室温下转变为脆硬的马氏体而产生裂纹，焊后采用280℃、保温1.5 h后缓慢冷却(冷却速度不超过100℃/h)，使焊缝中的氢能充分扩散逸出，减少裂纹倾向。炉内缓冷至室温24 h后打磨，并作渗透探伤检验。

按上述方案对主轴进行了焊补修复，并在第三天的下午进行打磨和渗透检验，除端部有2 mm长的咬边外，没有焊接缺陷。

为了防止加工后出现裂纹，在第四天上午又对加工后的主轴做了一次渗透检验，结果仍没有裂纹。设备维修人员对机床进行了组装和调试，加工精度没有问题，完全符合产品加工精度要求。

3 数控机床主轴焊补工艺

(1)坡口准备。对需焊补区域进行渗透检验，并打磨后复检。合格后将坡口夹角打磨不小于60°，根部要求圆滑过渡。

(2)焊接设备。采用上海通用的ZX5－500K型晶闸管整流弧电焊机。

(3)焊接材料采用 J857CrNi，φ 3.2 mm；过渡层(厚度 3～5 mm)采用 A022，φ 2.5mm。

(4)焊接电流 80～120A(J857CrNi)和 60～90A(A022)。

(5)焊前预热。采用低温热处理炉局部加热不低于260℃。

(6)用红外线测仪检测层间温度260℃～280℃。

(7)采用低温热处理炉局部280℃、保温1.5 h后缓慢冷却(冷却速度不超过100℃/h)。

(8)在加热区域冷至室温24 h后对焊补区域进行打磨，并进行渗透检验。

Spindle welding repair of CNC machine tool

KUANG Shao-bao
(Anhui Yingliu Group Machine Co.，Hefei 230601，China)

In order to repair the spindle of CNC machine by repair welding，and achieve the original function and working accuracy，firstly we use austenitic stainless steel electrode for transition.Then resurfacing welds it by using high strength welding rod.After this repair welding，we check it by nondestructive examination and find it has no problem.And furthermore,the accuracy is also very good after this spindle to be installed on the machine.So by using this repair welding method，the spindle gets the good resistance to impact load and stability in use.

boring miller；40Cr；42MnVB；hardened area；penetrate inspection

TG455

B

1001－2303(2011)03－0085－02

2009－12－20；

2010－08－10

匡少宝(1978—)，男，安徽六安人，工程师，主要从事焊接工艺编制、焊接机器人编程和焊接现场管理工作。