余 剛，朱 偉，曾 力

（機械制造工藝研究所，四川綿陽 621000）

0 引言

數控機床精度修復是一項重要而復雜的關鍵技術，需要掌握機床機械傳動結構、電氣控制原理、部件拆卸、裝配工藝、試運行等正確流程與方法，確保精度修復穩(wěn)定、可靠，提高設備維修效率。

1 故障現(xiàn)象

某五軸聯(lián)動加工中心Y軸在程序運行過程中，機床出現(xiàn)持續(xù)性振動，工件表面出現(xiàn)振紋，導致機床不能正常使用。

2 Y軸結構與原理

該機床Y軸進給系統(tǒng)中滾珠絲杠采用固定-固定的方式，適用于中速、高精度的機床，結構如圖1，伺服電機通過同步齒形帶傳動絲桿的轉動，絲杠的正反傳動即是Y軸移動方向。該伺服軸采用的是全閉環(huán)控制，光柵尺作為直線位移檢測。

圖1 Y軸絲杠安裝方式

3 故障診斷

通過激光干涉儀對Y軸精度的檢測，檢測結果見表1。

表1 Y軸精度檢測

通過檢測數據（德標VDI 1441）分析，該軸定位精度、重復定位精度與出廠精度比較均嚴重超差。

絲杠裝配精度直接影響進給系統(tǒng)的傳動位置精度，對絲杠的裝配精度進行檢查，檢測結果見表2。精密絲杠裝配精度一般為徑向跳動約12滋m，軸向竄動約8滋m。

表2 絲杠裝配精度

4 故障分析及排查

結合該故障現(xiàn)象和當前診斷的數據分析，Y軸存在著反向間隙、定位精度超差、絲杠的裝配精度差等特點，結合誤差曲線產生的具體位置，故障的可能原因為：同步帶磨損、軸承磨損、滾動導軌磨損、絲杠的磨損。

經過對故障點的排查，發(fā)現(xiàn)絲杠支撐側軸承損壞，Y軸支撐側傳動結構見圖2，由于軸承損壞，軸承在旋轉時會產生游動間隙，游隙使全閉環(huán)控制不穩(wěn)定，原來伺服增益參數與目前的運行狀態(tài)不匹配，造成伺服環(huán)的動態(tài)調整造成軸振蕩。

5 故障維修裝配流程

正確的安裝流程，是保證裝配精度的基本條件，數控機床進給系統(tǒng)伺服軸機械部件裝配是保證機床定位精度的關鍵，所以在裝配過程中，嚴格按照裝配步驟和流程（圖3）進行，注意裝配關鍵事項和裝配細節(jié)。

圖2 Y軸絲杠支撐端結構

5.1 確定中心

確定作為滾珠絲杠安裝部的滾珠絲杠螺母支撐單元和固定端、支撐側軸承支撐單元相互的中心。通常，對于精密級產品，建議采用傾斜誤差約1/2000，偏心約0.02 mm，在維修過程中，支撐單元沒有拆卸，以定位銷定位，精度可以保證。

圖3 裝配流程

5.2 進給軸機械部件的安裝

（1）軸承潤滑。潤滑脂具有很好的耐磨性、耐溫性和潤滑性，軸承中的潤滑脂不宜過多，軸承的轉速愈高，危害性愈大。隨著潤滑脂填充量的增加，軸承溫升直線提高，一般滾動軸承的潤滑脂填充量內部空間1/3～2/3（額定轉速50豫以下），潤滑脂填充量內部空間1/3～1/2（額定轉速50豫以上）。

（2）軸承安裝。軸承的安裝時，為了形成合適的配合，將選定的軸承安裝在滾珠絲杠上。這時，為了使軸承不直接受到沖擊，使用專用套管將軸承固定在殼體內。

（3）軸承預緊。軸承的預緊力矩大小是伺服軸裝配工藝中重要參數，一般情況下根據軸承的結構、裝配形式、數量等數據查詢軸承裝配手冊，參考軸承廠家給定的預緊力，使用力矩扳手進行預緊。無法查閱軸承相關技術資料時，可根據機床載荷大小進行預緊，機床運行過程中伺服軸所承受載荷小于最大軸向載荷Fmax，軸承的預緊力可采用 Fpr=（0.33～0.35）Fmax。

5.3 預拉伸

絲杠長時間運行后，會產生熱位移，絲杠軸的熱位移將導致定位精度的下降。熱位移的大小可用以下公式算出。

△Lθ=pθL

△Lθ——熱位移量，mm

p——熱膨脹系數，取12×10-6/℃

θ——絲杠軸平均溫度上升值，℃

L——絲杠軸長度，mm

結論得出當溫度每上升1℃，每米絲杠長就會延伸12滋m。

通過施加預拉伸力，吸收絲杠因溫度產生的延伸量，所以安裝時需對絲杠軸施加一定的張緊力。絲杠溫度每上升1℃，每米絲杠長就會延伸12滋m，運行時絲杠溫度會上升（2～3）℃，該絲杠為1.2 m，計算得出預拉伸長度為28滋m，預拉伸方法見圖4。拉伸量為千分表2與千分表1的數值差28滋m。

圖4 預拉伸

5.4 裝配精度檢驗動作確認

為了確認滾珠絲杠的安裝是否正確，進行動作確認。用扭矩扳手等測試滾珠絲杠部位整個行程的驅動扭矩，包括感觸在內，確認是否一切正常。使用千分表確認絲杠跳動、軸向竄動，皮帶輪跳動測量值見表3，通過檢查絲杠的安裝精度符合裝配要求。

5.5 聯(lián)機試運行軸承溫升檢測

運行初期首先在低速運轉的情況下，確認振動和噪聲。其次為中速，最后在高速運轉情況下進行同樣的確認。然后再連續(xù)運轉2 h，在磨合的同時確認有無異常。使用紅外線測溫儀對固定端和支撐側進行溫度檢測，檢測曲線見圖5。通過曲線發(fā)現(xiàn)，軸承溫度隨著速度的提高，溫升的速度在加快，當達到溫度的最高值后溫度有微量的下降，說明溫度沒有持續(xù)性增加，溫升曲線符合部件的運轉要求。

表3 絲杠傳動精度

5.6 定位精度與重復定位的檢測

Y軸試運行數據正常，并使用雷尼紹激光干涉儀對Y軸的定位精度進行檢測，檢測結果見圖6。

從圖8測量數據可以得出Y軸維修后，定位精度3.6滋m、重復定位精度2.1滋m、反向間隙1.1滋m，三項精度高于機床出廠精度標準，試切削工件振紋消失，設備各項功能恢復正常使用。

圖5 軸承溫升曲線

圖6 Y軸修復后精度檢測曲線

6 維修體會

精密數控機床伺服軸定位精度要求較高，維修前應制定好維修方案，對關鍵裝配工藝參數進行核查，記錄好伺服軸維修前后相關精度數據，維修時嚴格執(zhí)行裝配工藝流程，保證機床的維修效率和質量，提高設備的運行可靠性。