浅谈普通车床常见的故障维修

江苏 陈静

浅谈普通车床常见的故障维修

江苏 陈静

车床工业为各种类型的机械制造厂提供先进的制造技术与优质高效的车床设备，促进机械制造工业的生产能力和工艺水平的提高。机械制造工业肩负着为国民经济各部门提供现代化技术装备的任务，即为工业、农业、交通运输业、科研和国防等部门提供各种机器、仪器和工具。为适应现代化建设的需要，必须大力发展机械制造工业。可见，机械制造工业是国民经济各部门赖以发展的基础，而车床则是机械制造工业的基础。一个国际车床工业的技术水平在很大程度上标志着这个国家的工业生产能力和科学技术水平。文章介绍了普通车床常见的故障维修方法，目的是使每个学生掌握基本的加工方法、维修方法，最大限度地发挥学生自身的潜能。

结构优化；问题原因；故障；维修

普通车床的车削加工在机器制造工业中应用非常普遍，它的地位也十分重要。普通车床车切削加工的范围很广，就其基本内容来说，有车外圆、车端面、切断和车槽、钻中心孔、车孔、铰孔、车螺纹、车圆锥面、车成形面、滚花和盘绕弹簧等。有人也许会提出，随着现代制造技术与数控车床加工的出现，还有必要学习普通车床的加工吗？数控车床加工的切削参数、最合理的加工工艺路线、刀具的最佳切削角度哪里来？来自于普通车床加工。因为数控车床价格昂贵，维修价格也比较贵，学校不会让学生一开始就进行数控车床学习。所以，普通车床实习起到承上启下的作用，地位不可忽视。普通车床是培养学生对车床的性能、不同材料切削参数选择的重要途径。

一、普通车床的结构优化

普通车床的设计大多沿用了以往的设计思想，车床设计的理论依据不足，在整个车床的各个组成部分中，车床床身是一个很重要的大件。目前，对普通车床床身的设计缺乏有效的理论依据，床身的结构设计不尽合理而C6140车床是普通车床中的主流型号之一，因此对该车床的床身进行优化设计有重要的实际价值。本文依据图纸在三维建模软件PROE中，利用零件造型模块建立床身的三维模型，利用有限元分析软件ANSYS将模型导入进来，建立有限元模型，然后对床身进行受力分析，床身的受力来源于床鞍、床头、床腿。经过对三者的受力分析，建立起床身的力学模型，利用有限元分析软件ANSYS和PROE中的Mechanica分析模块，分别对CD6140车床床身进行了有限元结构分析和模态分析，采用科学计算和实际经验相结合的方法类比同类车床床身的结构，并依据有限元分析的数据，对该床身结构进行优化。针对CD6140车床床身提出了三个原始减重方案，依据床身的铸造工艺、车床的实际工作状况、刚度和固有频率等，论证每个减重方案的可行性。依据三个原始减重方案修改床身结构，并分别对床身进行有限元分析。采取第三个原始减重方案为初步方案，在此基础上又提出更加合理的结构优化设计，要求对床身的肋板结构重新设计，并进行拓扑优化。经过反复的结构优化设计得到床身肋板的合理结构，综合考虑车床的工况指标以及制造成本、铸造工艺等因素，在不降低车床性能的基础上得到了床身的结构优化设计方案。通过对CD6140车床床身的有限元分析和结构优化，减轻了车床床身的重量，节省了工程材料，床身的刚度和固有频率等指标也得到了不同程度的提高。

二、普通车床产生故障的原因和解决方案

1.车削螺距较小的螺纹时，一般采用直进刀切削法(在垂直于工件轴线方向做直线进刀)；车削螺距较大的螺纹时，为减小切削力，往往采用左右借刀切削法(通过移动小滑板让螺纹车刀分别用左右切削刃切削)车削螺纹时，床鞍的移动是由长丝杠的转动带动开合螺母的移动来实现的。长丝杠的轴承处有轴向间隙，长丝杠与开合螺母之间也同样有轴向间隙。当采用左右借刀切削法强力车削右旋蜗杆用右主刀刃切削时，刀具承受了工件给它的力P(忽略切屑与前刀面的摩擦力)，把力P分解成轴向分力Px和径向分力巧，其中轴向分力Px与刀具的进给方向相同，刀具把这个轴向分力Px传给了床鞍，从而推动了床鞍向有间隙一侧做快速猛烈的来回窜动，其结果是使刀具来回窜动，并使加工表面产生波纹，甚至断刀。但用左主刀刃切削时就没有这种现象，当用左主刀刃切削时，刀具所承受的轴向分力Px与进给方向相反，往消除间隙的方向运动，这时床鞍做匀速运动。切断时，中滑板的移动是由中滑板丝杠的旋转带动螺母的移动来实现的，丝杠轴承处有轴向间隙，丝杠与螺母之间也有轴向间隙。在车床上切断时，刀具前刀面(带有前角的)承受了工件给它的力P(忽略切屑与前刀面的摩擦力)，把力P分解成力Pz和径向分力巧，其中径向分力巧与切断车刀的进给方向相同，指向工件，将刀具朝工件里推，从而会拉动中滑板向有间隙方向窜动，使切断刀突然扎入工件，造成扎(断)刀或工件弯曲。

解决方法：当车削螺距较大采用左右借刀切削法的螺纹时，除了调整好车床有关参数外，还应调整床鞍同床身导轨之间的配合间隙，使其稍紧一些，以增大移动时的摩擦力，减少床鞍窜动的可能性，但这个间隙也不能调得太紧，以能平稳摇动床鞍为宜。调整好中滑板的间隙，尽量使间隙最小；调整好小滑板的松紧，使其稍紧一些，以防车削时车刀移位。应尽量缩短工件和刀杆伸出的长度，尽量采用左主刀刃切削；用右主刀刃切削时，要减小背吃刀量；增大右主刀刃的前角，刀刃口要直，要锋利，以减小刀具所承受的轴向分力Px。从理论上讲，右主刀刃的前角越大越好。切断或开槽时，首先要调整好小滑板的松紧，使其稍紧一些，以防车削时车刀移位。调整好中滑板的间隙，减少丝杠轴承处的轴向间隙和丝杠与螺母之间的轴向间隙。磨好切断刀，不宜取过大前角，因为前角增大，刀具所受到的径向分力巧增大，从而增大扎刀或断刀的可能性。卷屑槽不宜过深，一般深0.75～1.5mm为宜，前角过大楔角减小，刀头散热面积减小，使刀尖强度降低，刀具寿命降低。不宜取过大进给量，如果是手动进给，一定要平稳地匀速进刀。当前角取0度时，刀具所受到的径向分力分力Py=O，刀具耐用，但不锋利。

2.车床的维修系统参数发生变化或改动、机械故障、车床电气参数未优化、电机运行异常、车床位置环异常或控制逻辑不妥，是生产中数控车床加工精度异常故障的常见原因，找出相关故障点并进行处理，车床均可恢复正常。生产中经常会遇到数控车床加工精度异常的故障。此类故障隐蔽性强、诊断难度大。导致此类故障的原因主要有五个方面：（1）车床进给单位被改动或变化。（2）车床各轴的零点偏置(NULLOFFSET)异常。（3）轴向的反向间隙(BACKLASH)异常。（4）电机运行状态异常，即电气及控制部分故障。（5）机械故障，如丝杆、轴承、轴联器等部件。此外，加工程序的编制、刀具的选择及人为因素，也可能导致加工精度异常，系统参数发生变化或改动。系统参数主要包括车床进给单位、零点偏置、反向间隙等等。例如，机械故障导致的加工精度异常：一台THM6350卧式加工中心，采用FANUC0i-MA数控系统。一次在铣削汽轮机叶片的过程中，突然发现Z轴进给异常，造成至少1mm的切削误差量 (Z向过切)。调查中了解到：故障是突然发生的。车床在点动、MDI操作方式下各轴运行正常，且回参考点正常；无任何报警提示，电气控制部分硬故障的可能性排除。分析认为，主要应对以下几方面逐一进行检查：（1）检查车床精度异常时正运行的加工程序段，特别是刀具长度补偿、加工坐标系(G54～G59)的校对及计算。（2）在点动方式下，反复运动Z轴，经过视、触、听对其运动状态进行诊断，发现Z向运动声音异常，特别是快速点动，噪声更加明显。由此判断，机械方面可能存在隐患。（3）检查车床Z轴精度。用手脉发生器移动Z轴，配合百分表观察Z轴的运动情况。

返回车床实际运动位移的变化上，可以分为四个阶段：①车床运动距离d1＞d=0.1mm(斜率大于1);②表现出为d=0.1mm＞d2＞d3(斜率小于1)；③车床机构实际未移动，表现出最标准的反向间隙；④车床运动距离与手脉给定值相等(斜率等于1)，恢复到车床的正常运动。无论怎样对反向间隙 (参数1851)进行补偿，其表现出的特征是：除第③阶段能够补偿外，其他各段变化仍然存在，特别是第①阶段严重影响到车床的加工精度。补偿中发现，间隙补偿越大，第①段的移动距离也越大。分析上述检查，认为存在几点可能原因：一是电机有异常；二是机械方面有故障；三是存在一定的间隙。为了进一步诊断故障，将电机和丝杠完全脱开，分别对电机和机械部分进行检查。电机运行正常；在对机械部分诊断中发现，用手盘动丝杠时，返回运动初始有非常明显的空缺感。而正常情况下，应能感觉到轴承有序而平滑的移动。经拆检发现其轴承确已受损，且有一颗滚珠脱落，更换后车床恢复正常。

车床电气参数未优化，电机运行异常。例如，一台数控立式铣床，配置FANUC0-MJ数控系统。在加工过程中，发现X轴精度异常。检查发现X轴存在一定间隙，且电机启动时存在不稳定现象。用手触摸X轴电机时感觉电机抖动比较严重，启停时不太明显，JOG方式下较明显。分析认为，故障原因有两点，一是机械反向间隙较大；二是X轴电机工作异常。利用FANUC系统的参数功能，对电机进行调试。首先对存在的间隙进行了补偿；调整伺服增益参数及N脉冲抑制功能参数，X轴电机的抖动消除，车床加工精度恢复正常。

总之，普通车床在操作中也应该有很多需要注意的地方，主要的注意方面包括：普通车床运行前的检查工作、车床润滑油脂的合适程度、各部件的灵活程度及齐全程度、各档是否在零位处、空车试运转的必要性等。这些方面，不仅在普通车床运行时需要多加注意，在其他车床运行时也同样需要加以注意。

（编辑 刘丽娜）

（作者单位：江苏省靖江中等专业学校）