(蘇州蘇福馬機(jī)械有限公司，江蘇 蘇州 215011)

1 研究背景

多功能數(shù)控機(jī)床是通過(guò)現(xiàn)有的五米車床改造而成，配備刀軸、工件旋轉(zhuǎn)軸、大拖板縱向進(jìn)給軸、中拖板橫向進(jìn)給軸，并配以四軸三聯(lián)動(dòng)的數(shù)控系統(tǒng)，從而完成數(shù)控車、銑、磨、鏜鉆、滾等多功能，多功能數(shù)控機(jī)床如圖1所示。因?yàn)檠b配精度直接影響此軸的傳動(dòng)精度和定位精度，不僅涉及到機(jī)械的精度、穩(wěn)定性和可靠性，也影響電氣特別是伺服電機(jī)的負(fù)荷和壽命，而在安裝和調(diào)試過(guò)程中，由于縱向進(jìn)給軸的滾珠絲桿副較長(zhǎng)，難以保證裝配精度。本文通過(guò)工藝改進(jìn)，保證了機(jī)床實(shí)現(xiàn)正常的運(yùn)行，產(chǎn)品達(dá)到了預(yù)定的設(shè)計(jì)要求。

圖1 多功能數(shù)控機(jī)床

2 五米斯米特車床的改造

(1)對(duì)床身導(dǎo)軌精度進(jìn)行精度修復(fù)和提升，在六米輕型龍門銑上，把磨頭安裝在銑頭位置，把校平校直的車床床身定位在銑床臺(tái)面上，磨頭角度如圖2所示，仿效導(dǎo)軌磨實(shí)現(xiàn)上一平一山導(dǎo)軌面和下壓緊面的磨削，由于床身本身的扭曲變形，因此其導(dǎo)軌面所需磨削的加工量放大到了1 mm左右，通過(guò)此項(xiàng)磨削工藝，保證了導(dǎo)軌的尺寸精度，即截面輪廓和相對(duì)位置尺寸，保證導(dǎo)軌面的形位精度，即各導(dǎo)軌面的平面度和平行度，保證了較低的粗糙度，即各面要求在Ra0.8以下。然而用輕龍銑的側(cè)銑頭對(duì)大拖板縱向進(jìn)給軸的滾珠絲桿支座兩安裝面和輔助支撐用直線導(dǎo)軌安裝槽進(jìn)行精銑加工，通過(guò)一次裝夾完成加工，從而保證導(dǎo)軌面和安裝面的互相平行。床身在精平加工后檢測(cè)，各主面達(dá)到直線度0.03 mm/全長(zhǎng)、平行度0.02 mm。

圖2 磨頭角度

(2)對(duì)大拖板進(jìn)行與床身導(dǎo)軌面的配研鏟刮，保證接觸點(diǎn)在每平方英寸(25 mm*25 mm)內(nèi)有15點(diǎn)以上，同時(shí)保證床身兩導(dǎo)軌平行度不大于0.02 mm，用量塊和塞尺在床身導(dǎo)軌全長(zhǎng)上進(jìn)行檢查。然后對(duì)大拖板的導(dǎo)軌面貼塑，先把貼塑面清洗凈，采用1 mm厚的貼塑帶，膠水按說(shuō)明書(shū)要求調(diào)勻，均涂在塑帶和大拖板導(dǎo)軌面上，進(jìn)行貼合，等4～5 min后在床身導(dǎo)軌上貼張紙，把大拖板貼面合在床身導(dǎo)軌上，經(jīng)過(guò)24 h后翻轉(zhuǎn)大拖板，清理接觸面，并在塑面上修出潤(rùn)滑口和油道，再把大拖板貼塑面在床身進(jìn)行導(dǎo)軌面上配研鏟刮，保證接觸點(diǎn)在每平方英寸(25 mm*25 mm)內(nèi)有20點(diǎn)以上。

(3)為了中拖板橫向進(jìn)給軸有更大的工藝范圍，即增大加工行程和加工件直徑，對(duì)大拖板上的橫向中拖板用導(dǎo)軌采用組合夾具式的鍵聯(lián)方式接長(zhǎng)了200 mm，并把螺母座設(shè)計(jì)安裝在其下，為保證在500 kg滾刀架重量和大負(fù)荷斷續(xù)切削沖擊力下的接長(zhǎng)部剛性，減小變形和振動(dòng)可能帶來(lái)的質(zhì)量損失，特增加了一套帶直線導(dǎo)軌輔助支撐裝置，所以也要求通過(guò)加工和鏟刮來(lái)保證此接長(zhǎng)部的螺母座安裝面與導(dǎo)軌面平行度、與滾珠絲桿托架兩安裝面的垂直度，也為大拖板縱向進(jìn)給軸的滾珠絲桿副三孔同軸的裝調(diào)留了個(gè)精基準(zhǔn)。在實(shí)際使用過(guò)程中，振動(dòng)很小、達(dá)到加工精度沒(méi)有受到任何影響的效果。

最后，根據(jù)實(shí)測(cè)間隙進(jìn)行導(dǎo)軌下壓板滑動(dòng)面和固定面高度差的配磨，并保證平行度不大于0.02 mm，把壓板裝上，用塞尺檢測(cè)和精密修刮，保證大拖板的壓板滑動(dòng)面與床身導(dǎo)軌下面間隙在0.03 mm左右，各潤(rùn)滑口注油，推動(dòng)大拖板，要求其輕松自如無(wú)滯阻、全長(zhǎng)油道通暢。

3 滾珠絲桿調(diào)整原理

完成以上工作后，在修復(fù)和提高床身精度的同時(shí)，也同時(shí)保證了滾珠絲桿電機(jī)側(cè)支座、尾側(cè)支座兩安裝面與縱向長(zhǎng)導(dǎo)軌面的平行度，大拖板螺母座安裝面與縱向長(zhǎng)導(dǎo)軌面的平行度及滾珠絲桿兩支座安裝面與螺母座安裝面的垂直度。然后就可以考慮安裝大拖板縱向進(jìn)給軸的滾珠絲桿副，滾珠絲桿副安裝要求如圖3所示。從圖3中可以看出，必須保證滾珠絲桿前(支座1的孔1、孔2)后(支座2的孔5)支座三孔和螺母座兩孔(孔3、孔4)的共五孔同一軸線并與床身導(dǎo)軌平行，才能保證滾珠絲桿副的裝配精度和設(shè)計(jì)要求。

圖3 滾珠絲桿副安裝要求

一個(gè)物體可以自由地活動(dòng)，占有三維坐標(biāo)系空間內(nèi)任意的位置，它有六個(gè)自由度，即三個(gè)移動(dòng)自由度、三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，分別沿X、Y、Z軸的移動(dòng)和分別繞X、Y、Z軸的轉(zhuǎn)動(dòng)。只要物體的六個(gè)自由度被逐個(gè)定位，它的位置也就確定下來(lái)。如果以中拖板橫向移動(dòng)方向?yàn)閄軸，上下方向?yàn)閅軸，大拖板縱向移動(dòng)方向?yàn)閆軸，那么將螺母座安裝于大拖板安裝面上消除了其繞X、Z軸轉(zhuǎn)動(dòng)和沿Y軸移動(dòng)三個(gè)自由度，通過(guò)校正其與導(dǎo)軌的平行度來(lái)消除繞Y軸的轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)自由度，沿Z軸的移動(dòng)自由度因不影響同軸精度的調(diào)整可以不考慮，留下沿X軸移動(dòng)自由度待調(diào)。同法，將電機(jī)側(cè)的滾珠絲桿支座安裝在其安裝面上消除了繞其Y、Z軸轉(zhuǎn)動(dòng)、沿X軸的移動(dòng)三個(gè)自由度，通過(guò)校正支座孔與導(dǎo)軌的平行度來(lái)消除繞X軸轉(zhuǎn)動(dòng)的一個(gè)自由度，沿Z軸的移動(dòng)自由度因不影響同軸精度的調(diào)整可以不考慮，留下沿Y軸移動(dòng)的自由度待調(diào)，此時(shí)兩孔軸線和導(dǎo)軌已平行。接下來(lái)在螺母座孔內(nèi)配穿一長(zhǎng)芯棒，表座磁吸在芯棒的端部，旋轉(zhuǎn)芯棒測(cè)出與絲桿支座孔的X向和Y向偏心量，打雙表法以X向偏心量平行精調(diào)螺母座，消除了螺母座最后沿X軸移動(dòng)的自由度，打雙表法以Y向偏心量平行精調(diào)絲桿支座，消除絲桿支座最后沿Y軸移動(dòng)的自由度，必要時(shí)可反復(fù)一至二次細(xì)調(diào)，最后以保證定位在螺母座孔的芯棒也能順利進(jìn)入絲桿支座孔內(nèi)為準(zhǔn)。

同理，對(duì)于尾側(cè)的絲桿支座，安裝在其安裝面上消除了繞Y、Z軸轉(zhuǎn)動(dòng)、沿X軸的移動(dòng)三個(gè)自由度，通過(guò)校正支座孔與導(dǎo)軌的平行度來(lái)消除繞X軸轉(zhuǎn)動(dòng)的一個(gè)自由度，沿Z軸移動(dòng)的自由度因不影響同軸精度的調(diào)整可以不考慮，留下沿Y軸移動(dòng)的自由度待調(diào)，區(qū)別的是在螺母座孔內(nèi)配穿一長(zhǎng)芯棒，表座磁吸在芯棒的端部，旋轉(zhuǎn)芯棒只測(cè)出與絲桿支座孔的Y向偏心量就可以，因?yàn)閄向在調(diào)電機(jī)側(cè)時(shí)前已定，打雙表法以Y向偏心量平行精調(diào)絲桿支座，消除了絲桿支座最后沿Y軸移動(dòng)的自由度，必要時(shí)可反復(fù)一至二次細(xì)調(diào)，最后以保證定位在螺母座孔的芯棒也能順利進(jìn)入絲桿支座孔內(nèi)為準(zhǔn)。

這時(shí)四孔已同軸并與導(dǎo)軌平行，最后配打定位銷，最后的滾珠絲桿副調(diào)整是依靠微量修刮(不是墊銅皮)兩支座安裝面和螺母座安裝面來(lái)消除精加工的細(xì)微誤差，從而更精密提高了裝配精度。調(diào)整用芯棒的端頭地留有小錐度，用于定心粗調(diào)，外圓會(huì)磨小幾絲，用于進(jìn)入精調(diào)，這樣也可用塞尺來(lái)測(cè)出X向和Y向的間隙不勻度，通過(guò)細(xì)調(diào)，只要能使涂油的后面標(biāo)準(zhǔn)外圓慢慢無(wú)滯進(jìn)入而擠出的油膜均勻就達(dá)到了調(diào)整的目的。

滾珠絲桿安裝和調(diào)整時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

(1)受絲桿驅(qū)動(dòng)的移動(dòng)部件其導(dǎo)軌壓板壓緊應(yīng)適度，在修刮和調(diào)整壓板后，0.03 mm塞尺應(yīng)不過(guò)；

(2)受絲桿驅(qū)動(dòng)的移動(dòng)部件其塞鐵不宜過(guò)緊或過(guò)松，應(yīng)修刮和調(diào)整塞鐵，使其接觸率達(dá)到70%以上，0.03 mm塞尺應(yīng)不過(guò)；

(3)滾珠絲桿的預(yù)緊力應(yīng)適度，應(yīng)調(diào)整預(yù)緊力使其軸向竄動(dòng)不大于0.015 mm；

(4)滾珠絲桿螺母端面與結(jié)合面不垂直、結(jié)合面松動(dòng)應(yīng)修理調(diào)整結(jié)合面或加墊片；

(5)滾珠絲桿支座軸承預(yù)緊力應(yīng)適度，應(yīng)調(diào)整預(yù)緊力至要求；

(6)滾珠絲桿副制造誤差過(guò)大時(shí)，應(yīng)利用數(shù)控系統(tǒng)對(duì)其螺距誤差插補(bǔ)補(bǔ)償和反向間隙補(bǔ)償；

(7)應(yīng)調(diào)節(jié)使各導(dǎo)軌副和滾珠絲桿副均有良好的潤(rùn)滑；

(8)檢查伺服電機(jī)和滾珠絲桿的聯(lián)軸器是否松動(dòng)。

4 帶直線導(dǎo)軌的輔助支撐安裝和調(diào)整

輔助支撐直線導(dǎo)軌的安裝，首先要對(duì)導(dǎo)軌定位槽進(jìn)行清理，用油石對(duì)其底、側(cè)定位面進(jìn)行打光處理，用清潔布擦干凈，馬上把直線導(dǎo)軌安裝到位，然后通過(guò)檢測(cè)和調(diào)整，保證直線導(dǎo)軌與床身導(dǎo)軌的平行度，按規(guī)定次序和擰緊扭矩緊固螺釘，再通過(guò)調(diào)節(jié)支撐部的兩個(gè)圓螺母，保證支撐的正確到位和有效剛性。直線導(dǎo)軌如圖4所示。

圖4 直線導(dǎo)軌

帶直線導(dǎo)軌輔助支撐的安裝調(diào)整要注意以下幾點(diǎn)：

(1)不能把滑塊從導(dǎo)軌上卸下或拆開(kāi)，這是因?yàn)閷?dǎo)軌的滾動(dòng)副為消除間隙采用了預(yù)過(guò)盈裝配，一旦卸下就很難裝上，并且底部的密封墊片在裝配時(shí)封入了一定量的潤(rùn)滑脂，所以一旦拆開(kāi)混入異物，再裝上去將影響其潤(rùn)滑性能和使用壽命；

(2)輔助支撐要輕放在定位槽內(nèi)，可以通過(guò)對(duì)槽底、側(cè)面的調(diào)整來(lái)提高其自身平直度和與床身導(dǎo)軌的平行度，嚴(yán)禁用尖銳或硬的工具錘擊導(dǎo)軌副。

5 結(jié)論

(1)通過(guò)對(duì)縱向一平一山長(zhǎng)導(dǎo)軌的磨削、貼塑、鏟刮，保證了縱向?qū)к壷本€度、平行度的精密修復(fù)；通過(guò)對(duì)滾珠絲杠支座面數(shù)控龍銑的校銑，保證了與縱向?qū)к壍木_平行，完成了車床的改造和提升。

(2)通過(guò)六點(diǎn)自由度定位原理，結(jié)合芯棒打表、鏟刮精調(diào)，仿實(shí)試裝，保證了五米滾珠絲杠支座孔、螺母座孔的同軸，落實(shí)了絲杠的安裝和調(diào)試。

(3)通過(guò)輔助支撐的安裝和調(diào)整，保證了大拖板滾削動(dòng)力頭的切削剛性，實(shí)現(xiàn)了機(jī)床的穩(wěn)定和可靠。技改后數(shù)控專機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)，定位精確，有效地?cái)U(kuò)展了普通機(jī)床到多功能數(shù)控機(jī)床的工藝范圍，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。