2×6米龙门铣主轴旋转故障修理浅析

付成龙

摘 要：2x6米龙门铣是我公司重点设备之一，现出现旋转铣头精度超差现象，根据可能引起故障的因素一一分析排查并提出解决办法，使机床达到最好的加工状态。

关键词：主轴；铣头；精度；C轴；分度端面齿

1 设备概述

2×6米数控龙门铣床是我公司高精度机械加工设备之一，铣头旋转精度的好坏是衡量龙门铣加工能力的关键指标。机床坐标系中横梁在立柱上移动为W轴，滑板在横梁上移动为Y轴，工作台移动方向为X轴，滑枕移动方向为Z轴，铣头旋转方向为C轴。

在实际切削加工长孔的过程中，因局限于刀具的长度和孔的深度，在用短直角铣头加工一侧孔后，需要铣头调转180°加工另一侧的孔。经过检查发现两孔接刀处有接刀纹，百分表径向找正一侧孔，然后检查另一侧孔的径向跳动0.08mm，说明两个孔的同轴度误差为0.04mm，超出生产图纸要求的0.02mm的同轴度误差。

2 精度检验及故障排查

2.1 铣头端面键因素排查

在排除刀具和铣头锥孔配合因素后，用400mm长芯轴检测铣头旋转180°的旋转误差。其间直角铣头置于+X向，用百分表检查轴向100mm和400mm的径向跳动合格，开动Z轴滑枕，表尖找到芯轴侧母线，然后开动X轴，得到芯轴侧母线的偏差值+0.02mm。然后铣头调转180°，芯轴转动180°来排除芯轴和铣头锥孔配合干扰误差，同样检查得到芯轴侧母线的偏差值+0.06mm，说明铣头400mm长度上同轴度偏差值0.04mm。

分析是铣头4个端面键与主轴键槽配合不好导致。利用耐磨修补剂重新固定该直角铣头端面的四个键，但效果收效甚微，重复上述检测方法，得到的同轴度偏差值不尽相同，排除端面定位键对铣头旋转精度的影响因素。

2.2 滑枕偏斜因素排查

把1200×1200×1200mm大理石方箱坐在工作台的3个垫铁上，拉表找正方箱上面的X向和Y向，然后找正方箱侧面的X向，使滑枕在一定高度上正垂直于方箱，然后开动Z轴滑枕向下，两只百分表分别检测方箱棱角两边的Z向，用于检查滑枕在横向和纵向的垂直度误差。经检测垂直度均为1000mm长度上偏差0.01mm，垂直度合格，排除滑枕倾斜因素对铣头旋转精度的影响。

2.3 分度端面齿因素排查

用上下两面平行的垫铁放置于上述找正后的方箱上，杠杆表表座吸附在垫铁上，移动垫铁使杠杆表表针分别检测主轴轴套端面相隔90°的四个点并记录数值。然后每次旋转主轴轴套90°，同样重复上述步骤并记录。四个点之间的偏差不能超过0.02mm，否则需要更换分度端面齿。实测数值为偏差0.04，显然已经找出故障的症结。

3 C轴分度剖析

3.1 C轴旋转过程

图1为滑枕内部装配简图，该直角铣头在旋转180°这个过程中，油腔5进油，推动滑枕内部主轴1和轴套2下降，使C轴分度端面齿3和4脱开，与此同时油腔6进油，推动滑移齿轮7向前，主轴通过齿轮7把动力传递给轴套2，使主轴、轴套和铣头旋转一个控制角度。然后油腔8进油，油腔5和6回油，齿轮7在弹簧的作用力下和主轴齿脱开啮合，铣头和轴套以及分度端面齿3向上升，并由分度端面齿3和4啮合保证精确的旋转定位，完成C轴分度过程。

3.2 分度端面齿介绍

因为C轴旋转定位精度主要靠端面齿3和4保证，所以分度端面齿具有极高的机械加工精度。从机床生产厂家采购一对分度端面齿要3万欧元左右。其齿盘上共有360个齿牙，每转一个齿，主轴旋转1°，安装过程中要保证铣头的四个端面键插入轴套2的键槽时，上下两个分度端面齿也要正好啮合在一起，如何消除这个1°之内的误差成为安装分度端面齿的关键。分度端面齿上有一圈10.9级把合螺栓和φ8锥销定位孔以及φ8安装工艺直销孔，其中锥销定位孔处为φ8锥销底孔。安装工艺孔为该对端面齿在厂家啮合在一起配钻配铰加工而出。

4 分度端面齿的更换

更換主轴分度端面齿的过程中，首先要把滑枕落于工作台上，打开铣头旋转硬限位9，拆除一圈油管10的旋转接头和电线电缆插头，其间要注意用堵接头封住油管接头做好防尘工作以及做好管线的标记工作。紧接着拆卸主轴的两个定位销11，然后上升滑枕，主轴便和滑枕脱开，卸下分度端面齿3和4，准备安装新的分度端面齿。把两根φ8的直销从端面齿4的安装工艺孔插入滑枕安装孔里，同时用力矩扳手对称把和螺栓，使端面齿4固定，手动铰一圈φ8锥销孔后安装锥销，此时完成端面齿4的安装。因机床在制造的过程中两个工艺孔中心和轴套2上的键槽中心在同一个平面上，φ8的直销插入该对分度端面齿上时，两个端面齿刚好啮合，所以只需让端面齿3的工艺孔和轴套2上的键槽中心在同一平面上，这样就能保证铣头的4个端面键插入滑枕键槽内时，两个分度端面齿也正好处于啮合状态，便可以精确的消除1°安装误差。找一个平面度高的平台，上面放置两块同样大小的V型铁，吊运主轴使其横卧于该V型铁上，新端面齿3把合在主轴上，不要把合过紧，安装工艺销子插入端面齿3（轴套2上无φ8直销孔）。平台上放置上下两面平行度高的垫铁，千分表表座座于该垫铁上，表针检测主轴的键槽12和13的侧面，转动主轴找正两侧读数。然后转动端面齿3，推动垫铁使表针找正销子上母线，然后用力矩扳手对称较紧把合螺栓，手动铰φ8锥销孔后安装锥销，此时完成端面齿3的安装。

回装过程中首先吊运主轴使其立于工作台上，找正两个工艺销，使两个工艺销处于机床的Y向。其次开动机床找正主轴外圆并得到主轴中心点坐标，把滑枕开动到中心点坐标处，拔出安装工艺销，滑枕从上方往下落，落到位置后安装两个主轴定位销11。最后，恢复各管路与线路，完成修理更换。

5 结束语

2×6米龙门铣主轴旋转故障修理的过程中利用排除法最终找到故障的根本原因，并采用先进的修理工艺方法完成修理工作。经过更换分度端面齿，现在机床铣头C轴分度已经达到0.015mm的旋转精度，完全满足生产加工要求。