镗床主轴振幅度和前端下垂幅度大原因分析

刘治层

（河南龙宇能源股份有限公司机电制修厂，河南商丘 476600）

0 引言

沈阳机床股份有限公司中捷钻镗床厂生产的TPX6113/2型卧式铣镗床是一种万能型机床，可对大型零件进行镗孔、钻孔、铣平面等切削加工，广泛应用于能源、交通、石化机械等行业，机床主轴直径为130 mm，主轴箱行程1400 mm，带固定式平旋盘。河南龙宇能源股份有限公司机电制修厂是河南能源化工集团下属的一个煤矿机电设备制造与维修单位，该厂利用上述型号的镗床铣削加工刮板机机头侧面等铅直大端面时，镗轴振动幅度较大；同时，在镗孔修复加工采煤机摇臂销轴孔时，由于主轴前端下垂幅度大而经常造成镗孔尺寸超差、光洁度低，影响加工质量。

1 原因分析

1.1 设备机械磨损严重

该厂使用的TPX6113/2型卧式铣镗床是2006年12月安装的设备，自投用以来，由于工作任务饱满，12年来平均每年日运转率维持在90%以上，且从未大修过。长年累月的满负荷运行，势必造成机床内部的齿轮、丝杠、蜗轮、齿条等机械结构磨损，齿轮啮合间隙变大，对机床精度造成一定的影响。

1.2 物理外因

镗床主轴伸出过长，在伸出平旋盘端面600 mm以上时，由于重力的作用，镗轴会出现较大程度的下垂，加工工件时，镗轴既要承受切削阻力，又要承受自身重力所造成的附加阻力，根据杠杆原理，若镗杆前端所受切削阻力不变，镗杆伸出越长，镗杆端头所受的力矩也就越大，主轴振动幅度和前端下垂幅度也随着主轴伸出长度的增大而增大。同时，在镗削加工较大内径的孔时，镗轴偏离平旋盘中心位置，重心偏离轴心，加工工件时，镗轴离心率大，也会造成一定程度的振动，而影响加工精度。

1.3 被加工件材料与结构原因造成的振动

（1）工件为铸钢件材质或经过堆焊修复时，若内部存在铸造气孔、砂眼、夹砂等，加工时，镗轴遇到此类缺陷位置，由于材质突变，势必会出现较大幅度的振动。

（2）铸件材质较硬时，镗刀切削吃力，镗孔加工时会出现退刀现象，严重时会出现打刀的情况，也会造成一定程度的振动。

（3）工件被加工位置存在沟槽、拼装间隙、焊缝等情况时，切削阻力突变，会造成振动。

1.4 操作问题

工件在加工过程中，操作工为了追求劳动效率，镗杆的转速、吃刀量和进给量过大；镗刀选择不当，刀刃出现磨损变钝未及时更换或打磨等，这些人为因素会使加工产生较大幅度的振动。

2 解决措施

（1）进行设备大修，消除内因。针对设备机械磨损严重的问题，联系专业设备维修单位，最好是设备原厂家进行设备大修。将机床进行解体，检查齿轮、蜗杆、螺杆等传动机构和操作机构的完好情况，更换磨损严重的零部件，通过清洗、检查、测量、加工、更换等手段以全面消除缺陷，重新装配以尽可能地恢复设备原有精度和性能，消除内因。

（2）制作镗轴配重块，降低主轴振动幅度。镗床在加工大孔时，镗轴位于旋转盘的一侧位置，偏离中心，在旋转的时候，重心向一侧偏斜，致使加工时，镗杆振动，影响加工精度和加工质量。为此，操作工设计制作了一种大镗床镗轴配重块，如图1所示，该配重块两端分别有一个沉孔，用于将其固定于镗床旋转盘上，重量经过测算，与镗轴重量相当，配重块的使用，抵消了镗轴偏向一侧的向心力，保证了镗杆的平衡性，极大地降低了主轴的振动幅度，提高了加工质量。

（3）制作主轴支撑座，降低主轴前端下垂幅度。制作一种镗床主轴镗杆支撑座，如图2所示。该支撑底座外圆与镗床平旋盘相配合，通过螺栓紧固在一起，支撑座中心是一个伸出的套筒，该套筒与平旋盘垂直，套筒最外端有一个台阶，里面装有一个轴承，轴承内孔有一个内套，镗杆伸出后直接从内套里出来，在镗杆伸出较长的情况下，支撑座能起到辅助支撑作用，在一定程度上抵消前端力矩，进而降低镗杆的前端下垂幅度和振动幅度。

图1 镗轴配重块

（4）选取适合的镗杆转速、吃刀量和进给量。镗杆转速越高、吃刀量和进给量越大，镗杆的振动也就越大，加工时，阻力大，让刀越严重，主轴的前端下垂幅度也就越大；反之，镗杆转速越低、吃刀量和进给量越小，镗杆的振动也就越小，加工时，阻力小，让刀越轻微，主轴的前端下垂幅度也就越小。但前者工作效率高，后者工作效率低，因此可综合考虑被加工工件的材质、加工位置、加工余量等具体情况，在保证镗杆振动幅度和前端下垂幅度在可控的范围内，尽量采用较高的转速、吃刀量和进给量进行加工。

图2 镗杆支撑座

（5）提高工件被加工位置的焊缝和修复焊接质量，改进加工工艺。当工件被加工位置存在沟槽、拼装间隙、焊缝等难以加工的情况时，一要尽可能的优化上道工序的工艺流程，提高上道工序的拼装、焊接质量，二是改进镗床加工工艺，进而消除镗杆的振动和前端下垂幅度。例如，在镗孔加工修复焊接的工件销轴孔时，由于销轴孔表面焊接材质硬度和工件原有硬度不一致，焊接表面凹凸不平，内部更是可能出现气孔、夹砂等缺陷，镗刀在加工过程中存在钝刀、退刀现象。为此，首先要提高修复焊接的质量，降低加工难度；其次在加工过程中，首先用白钢刀（白钢刀为高速钢材质，有很好的韧性及较高的硬度）对补焊后的内孔进行粗镗，消除补焊材质硬度高、表面凹凸不平所形成的表层，之后再利用白钢刀进行半精镗。最后为保证销轴孔的光洁度，在镗床上采用机夹合金刀进行精镗加工，如此以来，针对不同的状况，采用适宜的刀具和加工工艺，便可大大降低镗杆加工过程产生的振动，提高工件加工质量。

3 结束语

镗床作为一种机械加工的重要设备，在机加工领域具有举足轻重的地位，其加工范围和精度决定着机械加工企业的加工能力，通过各种措施降低镗床主轴的振动幅度和前端下垂幅度，不仅有益于延长设备使用寿命，降低设备故障率，减少企业为修理维护设备所产生的人员、资金投入，还保证了设备加工精度和加工效率，提高工件加工质量，提升企业核心竞争力。