Z3050摇臂钻床常见机械故障的维修

胡辉春

（湖南三一工业职业技术学院，湖南 长沙410100）

Z3050摇臂钻床适用于在中、大型零件上进行钻孔、扩孔、铰孔、锪平面及攻螺纹等工作，是一种主要承担孔加工的万能通用机床。该机床具有操纵灵活、价格低廉、加工范围大、结构紧凑、维护成本低等优点，在我国广大工业企业中得以普遍使用，在目前非数控孔加工设备中运用最为广泛。但是生产实践中，该机床存在部分机械故障高发问题，以下针对部分常见的机械故障进行分析判断，阐述故障排除方法及预防措施。

1 立柱过紧

如图1所示，立柱夹紧的原理是油缸无杆腔通入压力油，推动菱形块张开，通过杠杆迫使外柱下行，使内外立柱底部的锥面压紧，实现立柱的夹紧。立柱松开的原理是锥面的脱开，是由装在外柱上部的圆板弹簧3抬起外柱实现的。调节杠杆支点螺母7，可以调整立柱夹紧力矩。该机床立柱夹紧规范为在摇臂末端施加1600N水平力，立柱不得回转，松开后施加30 N水平力即可转动，超过30 N水平力而立柱不能回转，即可认为立柱过紧。

图1 立柱机构

出现立柱过紧的主要原因为立柱夹紧机构调整不当或者圆板弹簧上的M12内六角螺钉5部分断裂所致。

判断与调整、故障处理的方法如下：

（1）立柱处于放松状态，旋松调节螺母7，使杠杆处于自由状态，此时可以观察圆板弹簧上6个M12内六角螺钉是否完整，如果有断裂需取出更换10.9级以上同等规格螺钉。

（2）如果6个M12内六角螺钉完好，用专用扳手仔细检查6个螺钉拧紧力矩是否均匀一致。当故障出现时，一般该6个螺钉已经严重失调，此时不能用扳手随意拧紧，否则因螺钉受力不一致而极易断裂。正确的调整方法是完全放松所有螺钉，在内外立柱锥面自由接触状态下，严格按照圆形结构成组螺钉的拧紧工艺进行拧紧，当所有螺钉受力后，每次拧紧角度不大于15°，直到立柱锥面脱开，摇臂推动顺畅为止。整个过程应该严格保证每个螺钉的扭矩一致，一致性程度越高，6个螺钉受力越均匀，使用周期就越长。

值得注意的是，圆板弹簧上内六角螺钉的调节一定要适度，使内外锥面完全脱开立柱回转力矩符合要求即可。调整量过大，会引起内外锥面间隙过大，立柱夹紧时施加在圆板弹簧上的压力也会相应增加，导致出现立柱无法夹紧的现象。

（3）该故障的预防措施为定期调整圆板弹簧螺钉，一般建议在每季度进行一次预防性调整，在调整合适的情况下，基本可以杜绝该故障发生。

图2 螺钉调节顺序

2 主轴变速失效

该故障外在表现为主轴变速缓慢或者完全不能变速。

该机床主轴变速为全液压变速，由安装在主轴箱顶部的操纵阀和预选阀来控制机床的变速、正反转、制动、空挡等动作。在变速过程中，高压油进入预选阀，推动各变速油缸，带动滑移齿轮变速同时正反转油缸也分别通过小孔进入高压油，由于正反转油缸的面积不等，（正转大于反转）使压紧摩擦片的拨叉有较小的力压紧正转达摩擦片，可使得传动链得到启动。

操纵机床进行变速，当明显感觉箱体内齿轮油有变速啮合的声音，主轴正转、反转启动反应灵敏，但是主轴转速与标牌不一致或者完全无动作，此时应该打开上盖，拆除主轴部分的四个变速油缸缸体，逐一检查各轴有无机械故障。

当主轴变速感觉异常缓慢、正反转操纵迟钝，此时应该怀疑为机床变速油压过低所致。而引起变速油压过低的主要原因有进油滤网堵塞和变速系统操纵泵损坏、油路油管漏油所致。油管漏油可以通过简单观察做出判断，这里主要分析前两种故障的判断方法。

2.1 进油滤网堵塞

进油滤网结构如图3所示，拆除主轴箱顶部盖板，启动主轴，观查系统进油管1内部有无气泡流经，如果有气泡流动的现象，基本可以认为进油滤网堵塞。因滤网堵塞，工作时滤网内部实际油位降低，在吸油过程中空气经过滤网与进油管连接处的缝隙进入系统，降低了系统油压。

图3 进油滤网

此故障处理相对简单，更换液压油，清洗滤网，基本可以解决。值得注意的是机床主轴箱左侧底部装有一根放油管，此处放油较为费时，但是容易保证油液不泄露。油液放完后，仍然有必要拆除滤网进行彻底清洗。液压油建议更换周期为正常使用不超过一年，恶劣环境下每半年一换，主轴箱每次拆修后应当在运行一个班次左右更换油液。

2.2 变速系统操纵泵损坏

此故障的判断方法为开启主电机，拆除主轴箱顶部盖板，启动主轴，同时观查系统进油管1和油泵排油管，如果出现进油管内无气泡，排油管内有大量气泡流经，排除掉进油管及接头渗漏可能后，基本可以确定油泵磨损过度，需考虑更换。

此类故障不可单独凭系统的测定压力值来判断油泵是否可用，一旦液压系统进入空气，液压油刚性急剧下降，会造成液压系统响应变慢，效率降低，影响机床的响应速度，降低操纵性能。所以必须针对气体进入的原因进行排除。

3 平衡链条断裂故障

如图4所示，该型号钻床主轴为垂向布局，主轴平衡采用凸轮—螺旋弹簧结构，通过凸轮使主轴部件的重力与弹簧力保持平衡，通过螺钉2可以调整平衡力。连接主轴平衡凸轮与弹簧的部件为一条08B-1型单排滚子链条。因摇臂钻操作的特点，主轴上下移动极其频繁，平衡链条在主轴重力与凸轮弯折力矩、弹簧力的综合作用下，容易出现断裂故障，几乎每台摇臂钻床均发生过该故障而引起停机。

图4 主轴平衡机构

3.1 平衡链条的更换

该零件更换有一定操作难度。拆除前必须将主轴箱移动至远端极限锁紧，再将主轴移动至上死点，必要时加以支承，拆装过程严防主轴掉落引发事故。调整主轴位置，使得凸轮上的销孔位置处于最上方，拆除链条连接销钉，随后可以将平衡链条及弹簧机构整体从箱体内部取出。从筒体中取出弹簧时为避免弹出伤人，可以用另外的钻床主轴压住弹簧座，再拆除紧定螺钉后，取出弹簧。

安装时同样将上述部件整体安装好，将底部调节螺钉顺时针拧到低，整体插入箱体内部。与凸轮连接时可以先不考虑链条走向，在连接销钉装完后，再理顺链条走向，保证与凸轮的接触，再将弹簧总成安装到位。

3.2 故障隐患的排除

该故障发生的主要原因除开操作频繁以外，还有弹簧底座角度不正确、凸轮轴松动等。

关于弹簧底座角度的问题，是很多初学者易犯错误，导致链条承受不必要的扭矩，引发脱节、销轴断裂等问题。避免的方法是在压装弹簧底座时，注意摆正角度，判断的依据是观测底座上的销轴轴线与筒体外圆上的腰形定位孔是否垂直。当压装完成后根据链条朝向再次进行检查确认。

凸轮轴的松动很容易被忽视。凸轮轴松动后，凸轮中心线平面与链条走向不同轴，极易使链条早期断裂。所以为保险起见，拆除链条后必须对凸轮轴进行紧固。紧固螺钉在主轴箱体下部后侧，需要制作专用内六角扳手。

4 锁紧机构故障

该机床主轴箱、立柱和摇臂夹紧，都采用了菱形块这个典型结构，在维修和使用中可能出现下述现象，即按住夹紧按钮时能夹紧，手一离开夹紧按钮就松开。出现这种现象可能是菱形块和承压块角度方向装错，或者是距离H不适当（图5），菱形块立不起来，这是由于夹紧力调的太大或者夹紧液压系统压力不够所致。

4.1 油压过低

该机床摇臂、主轴箱及立柱夹紧均采用菱形块机构，液压系统油压要求为2.5～3 MPa。当出现夹紧力矩不够的现象时，可以考虑是液压系统压力不足所致。

图5 菱形块机构

判断依据是在夹紧油泵上方的电磁阀底座上加工有测压专用的接口，接入压力表，启动夹紧电机就可以测压。注意测压操作时重点检测锁紧油路油压。

一般油压在2 MPa以上均可以正常使用，低于1.8 MPa后夹紧系统一般无法正常运行。在没有油压表的情况下，也可以根据各个主轴箱夹紧力矩来进行判断。正常情况下，主轴箱夹紧后在移动手轮边缘施加400牛顿圆周力，主轴箱不得松动。如果达不到以上力矩要求，调整菱形块机构后，又出现无法夹紧的现象，基本可以判断为夹紧油压过低。

故障原因的确定必须先排除外部泄漏后，再拆卸夹紧油泵进行检查。尤其应该注意检查油泵与油泵座连接处的两个O形密封圈是否完好，避免误判而更换夹紧油泵。如果确定为夹紧油泵磨损，更换后需彻底清洗夹紧油池，以延长油泵工作寿命。

4.2 摇臂夹紧故障

相比主轴箱夹紧与立柱夹紧，摇臂夹紧机构故障易发，且不易被发现，容易被忽视。摇臂夹紧过松，会导致加工时摇臂在立柱表面微量摆动，影响孔加工质量。立柱夹紧过紧，则易导致摇臂夹紧油缸因推力不足，不能压紧摇臂夹紧位置检测开关，夹紧电机长期通电运行而烧毁夹紧电机。

对于该故障的解决方法重在调整，即在机床通电，摇臂处于静止位置时夹紧油泵电机不得无故自行启动，如果有自行启动现象，说明调节过紧。调节前需拆除摇臂左端盖板，将上下两个与夹紧杠杆相连接的调节螺钉松开，同时将夹紧位置检测开关上移，此时油缸会在液压推动下上行直至菱形块完全竖起自锁，调整夹紧位置检测开关刚好接触活塞杆顶部的弹片，使油泵电机自行停止即可。

5 结语

摇臂钻床结构相对复杂，维修过程牵涉到机电液各个方面，维修工作前必须仔细通过故障现象加以分析，明确故障点后再着手维修。故障处理需彻底，杜绝同一故障重复发生，这样才能更好地发挥维修工作的生产保障机能。