CN106695241B - 一种加工中心主轴内锥孔的修复方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种加工中心主轴内锥孔的修复方法，包括确定修复方案、制作模拟轴、定位模拟轴、磨削模拟轴内锥孔、定位待修磨芯轴和磨削待修磨芯轴内锥孔等步骤。与现有技术相比，本发明的有益效果是：通过采用麻绳、平面顶针、钢球、双中心架等辅助工具对原有的修复方法进行创新，解决主轴在磨削过程中的驱动方式和定位精度，提升主轴修复质量，满足主轴修复需求，各项精度指标提升70％左右，同时由于每次修磨量得到了控制，一根主轴可以多次修磨，较大的降低了维修成本。

Description

一种加工中心主轴内锥孔的修复方法

技术领域

本发明涉及一种加工中心主轴内锥孔的修复方法。

背景技术

加工中心主轴是机床的重要部件之一，如图1所示，由壳体1、隔套2、轴承3、芯轴4等构成。一般使用3-5年轴承就会磨损，因此日常的主轴维修主要就是更换轴承。但加工中心机床在长期使用后，频繁地换刀是主要原因，此外使用中还可能因铁屑等异物的进入使锥孔表面损伤，或者因发生主轴碰撞而使锥孔变形，导致刀柄锥面与芯轴锥孔不能保持可靠配合，表现为刀柄装到主轴上后跳动超差，影响了主轴的整体精度，以往出现此种情况，通常是旧主轴整体报废，外购新主轴进行更换，这就需要花费很大一笔维修费用。

现有的主轴修复加工方法有二种：

第一种是利用内外圆磨床，在机床头架上安装四爪卡盘和床身导轨上安装中心架的方法，对主轴进行定位和驱动，并通过对机床台面角度调整进行内锥孔磨削的方法。

第二种是在机床头架上安装顶针、螺栓和弹簧等装置对主轴进行轴向定位和驱动，在床身导轨上安装中心架的方式进行径向定位，并通过台面角度调整进行内锥孔磨削的方法。

上述二种方法都是采用刚性驱动和直接找正的方法进行加工，存在的缺点有:1、由于是刚性驱动，在磨削过程中机床头架产生的震动和旋转误差会传递到主轴上；2、其定位精度不能满足主轴前后轴承档与刀柄安装锥孔的同轴度要求，无法达到微米级修复精度。

发明内容

本发明需要解决的问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种加工中心主轴内锥孔的修复方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种加工中心主轴内锥孔的修复方法，包括以下步骤：

步骤(1)确定修复方案，根据拉钉端面与拉爪内六角端面的轴向间隙值来决定采用直接修磨法或镀铬后修磨法，拉钉端面与拉爪内六角端面的轴向间隙≥0.3mm时采用直接修磨法，拉钉端面与拉爪内六角端面的轴向间隙≤0.3mm时采用镀铬后修磨法；

步骤(2)检测待修磨芯轴的轴承颈精度，确保同轴度Φ≤0.003mm，圆度Φ≤0.003mm，粗糙度Ra≤0.8；

步骤(3)在车床上用45号钢加工一根与待修磨芯轴一样的模拟轴，在模拟轴的锥孔端的端面上安装盖板，并在盖板和模拟轴的另一端上均打中心孔；

步骤(4)在磨床上，利用磨床两顶针顶住模拟轴两端的中心孔进行定位，加工模拟轴轴承颈部，使模拟轴轴承颈部尺寸与待修磨芯轴轴承颈部尺寸相同，控制公差≤0.002mm，粗糙度Ra≤0.8；

步骤(5)在加工好的模拟轴的两个轴承颈处分别安装一套中心架，利用中心架各支点调节模拟轴的中心位置；

步骤(6)拆去模拟轴锥孔端的盖板，并移去尾架，在模拟轴另一端的中心孔内放入钢球，并用磨床头架锥孔内安装削去尖头的平面针顶，利用平面针顶头部端面顶住钢球，模拟轴该端外壁固定套接磨床夹头，磨床头架通过绳状物与磨床夹头连接，磨床夹头柔性驱动模拟轴旋转；

步骤(7)调节机床台面角度，磨削模拟轴内锥孔，并用锥规检测，边磨边检测，直至锥规与内锥孔的接触面>85％；松开两套中心架的活动压板及磨床夹头，取下模拟轴，其余不动，然后换上待修磨芯轴，两套中心架分别固定住待修磨芯轴轴承颈部，磨床夹头固定套接在待修磨芯轴朝向磨床头架一端的外壁，平面顶针顶住该端，磨床头架通过绳状物与磨床夹头柔性驱动连接，开动机床头架电机，带动待修磨芯轴转动，用精度为0.001mm的杠杆表对待修磨芯轴轴颈部进行跳动检测，控制跳动≤0.002mm，超出精度范围时，通过绳状物对称性进行微调；

步骤(8)磨削待修磨芯轴内锥孔，修磨过程中，适当微调机床台面角度，磨至锥规与内锥孔的接触面>85％，且内锥孔大头直径大于理论值，差值范围在0.1-0.15mm以内；

步骤(9)对安装带法兰冷却刀柄的待修磨芯轴的端面，还需将机床工作台角度扳回零位磨削，保证带法兰冷却刀柄的法兰面与待修磨芯轴端面有0.12-0.18mm间隙。

磨床为M1432A磨床。

磨床夹头为根据待修磨芯轴外径的尺寸制作的专用夹头，专用夹头包括圆环，圆环上沿径向环布3只M8内六角螺钉，M8内六角螺钉与圆环通过螺纹连接，圆环的外壁上连接2只从动螺栓，2只从动螺栓的连线与圆环直径重合。

将专用夹头内孔套在模拟轴或待修磨芯轴的柄部，旋紧专用夹头上三只M8内六角螺钉进行固定，控制专用夹头与机床头架上2只带动螺钉保持150-170mm的距离；绳状物为麻绳，根据待修磨芯轴的重量选择6-8mm直径的麻绳作为2只带动螺钉与2只从动螺栓之间的传动工具。

2只带动螺钉与2只从动螺栓相错设置，麻绳的一端先与机床头架上第1只带动螺钉缠绕固定，另一端先绕过专用夹头的第1个从动螺栓，再绕模拟轴或待修磨芯轴半圈，再绕过第2个从动螺栓，最终固定缠绕在机床头架的第2只带动螺钉上。

机床头架旋转带动待修磨芯轴磨削过程中，麻绳交叉角为60°。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：通过采用麻绳、平面顶针、钢球、双中心架等辅助工具对原有的修复方法进行创新，解决主轴在磨削过程中的驱动方式和定位精度，提升主轴修复质量，满足主轴修复需求。通过此项方法的创新，主轴修复后精度：同轴度Φ≤0.003、圆度≤0.003、锥孔跳动≤0.003、锥孔接触面>85％、粗糙度Ra为0.4-0.8；与传统修复方法相比，各项精度指标提升70％左右。同时由于每次修磨量得到了控制，一根主轴可以多次修磨，较大的降低了维修成本。

附图说明

图1是加工中心主轴的结构示意图；

图2是待修磨芯轴内锥孔端的结构示意图；

图3是专用夹头的结构示意图；

图4是待修磨芯轴修磨状态的结构示意图。

其中，1-壳体，2-隔套，3-轴承，4-芯轴，5-拉钉，6-拉爪，7-平面顶针，8-磨床夹头，9-中心架。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

附图中，1为壳体，2为隔套，3为轴承，4为芯轴，5为拉钉，6为拉爪，7为平面顶针，8为磨床夹头，9为中心架。

如图1所示，一种加工中心主轴内锥孔的修复方法，包括以下步骤：

步骤(1)确定修复方案，根据拉钉5端面与拉爪6内六角端面的轴向间隙值来决定采用直接修磨法或镀铬后修磨法，加工中心芯轴锥孔锥度大都为7:24，锥孔磨大，会使刀柄轴向向里移动24÷7≈3.43倍的距离。此轴向偏移可能造成拉钉端面与拉爪内六角端面干涉，初始设计两者有0.5mm的间隙，在正常使用中应确保至少0.2mm，因此，主轴实际修复中采用直接修磨法还是镀铬后修磨法，需要根据此轴向间隙的实际大小值来判断决定；

拉钉端面与拉爪内六角端面的轴向间隙≥0.3mm时采用直接修磨法，拉钉端面与拉爪内六角端面的轴向间隙≤0.3mm时采用镀铬后修磨法；

步骤(2)检测待修磨芯轴的轴承颈精度，确保同轴度Φ≤0.003mm，圆度Φ≤0.003mm，粗糙度Ra≤0.8；

步骤(3)在车床上用45号钢加工一根与待修磨芯轴一样的模拟轴，在模拟轴的锥孔端的端面上安装盖板，并在盖板和模拟轴的另一端上均打中心孔；

步骤(4)在磨床上，利用磨床两顶针顶住模拟轴两端的中心孔进行定位，加工模拟轴轴承颈部，使模拟轴轴承颈部尺寸与待修磨芯轴轴承颈部尺寸相同，控制公差≤0.002mm，粗糙度Ra≤0.8；

步骤(5)在加工好的模拟轴的两个轴承颈处分别安装一套中心架，利用中心架各支点调节模拟轴的中心位置；

步骤(6)拆去模拟轴锥孔端的盖板，并移去尾架，在模拟轴另一端的中心孔内放入钢球，并用磨床头架锥孔内安装削去尖头的平面针顶，利用平面针顶头部端面顶住钢球，模拟轴该端外壁固定套接磨床夹头，磨床头架通过绳状物与磨床夹头连接，磨床夹头柔性驱动模拟轴旋转；

步骤(7)调节机床台面角度，磨削模拟轴内锥孔，并用锥规检测，边磨边检测，直至锥规与内锥孔的接触面>85％；松开两套中心架的活动压板及磨床夹头，取下模拟轴，其余不动，然后换上待修磨芯轴，两套中心架分别固定住待修磨芯轴轴承颈部，磨床夹头固定套接在待修磨芯轴朝向磨床头架一端的外壁，平面顶针顶住该端，磨床头架通过绳状物与磨床夹头柔性驱动连接，开动机床头架电机，带动待修磨芯轴转动，用精度为0.001mm的杠杆表对待修磨芯轴轴颈部进行跳动检测，控制跳动≤0.002mm，超出精度范围时，通过绳状物对称性进行微调；

步骤(8)磨削待修磨芯轴内锥孔，修磨过程中，适当微调机床台面角度，磨至锥规与内锥孔的接触面>85％，且内锥孔大头直径大于理论值，差值范围在0.1-0.15mm以内；

步骤(9)对安装带法兰冷却刀柄的待修磨芯轴的端面，还需将机床工作台角度扳回零位磨削，保证带法兰冷却刀柄的法兰面与待修磨芯轴端面有0.12-0.18mm间隙。

磨床为M1432A磨床。

磨床夹头为根据待修磨芯轴外径的尺寸制作的专用夹头，专用夹头包括圆环，圆环上沿径向环布3只M8内六角螺钉，M8内六角螺钉与圆环通过螺纹连接，圆环的外壁上连接2只从动螺栓，2只从动螺栓的连线与圆环直径重合。

将专用夹头内孔套在模拟轴或待修磨芯轴的柄部，旋紧专用夹头上三只M8内六角螺钉进行固定，控制专用夹头与机床头架上2只带动螺钉保持150-170mm的距离；绳状物为麻绳，根据待修磨芯轴的重量选择6-8mm直径的麻绳作为2只带动螺钉与2只从动螺栓之间的传动工具。

2只带动螺钉与2只从动螺栓相错设置，麻绳的一端先与机床头架上第1只带动螺钉缠绕固定，另一端先绕过专用夹头的第1个从动螺栓，再绕模拟轴或待修磨芯轴半圈，再绕过第2个从动螺栓，最终固定缠绕在机床头架的第2只带动螺钉上。

机床头架旋转带动待修磨芯轴磨削过程中，麻绳交叉角为60°。

本发明中采用了很多自制的工具，如下：

(1)模拟轴：

根据待修磨芯轴进行测绘，制作的一根在轴承颈部、内锥孔、长度与待修磨芯轴相同的模拟轴。主要作用：由于需要修磨的待修磨芯轴为了确保内锥孔表面硬度不降低和不发生较大的位移，修磨余量一般控制在0.02-0.04，由于余量较少，这就无法在修磨过程中对角度进行校正。通过制造一根模拟轴，前期对机床角度进行调整，便于提高修复精度。

(2)麻绳：是用麻类植物纤维制作的绳子。主要作用：在传统轴类零件端面内孔磨削过程中，一般采用工件夹头、双螺栓、双弹簧等零件组成的传动方式，由于采用的是刚性连接，机床头架所产生的震动容易传递到主轴上，降低了主轴的磨削精度。为了降低震动影响，通过多次改进和试验，采用麻绳作为以柔性连接传动方式取代刚性传动，不仅结构简单，而且传动平稳，可靠性强。

(3)平面顶针：用顶针尖头部分磨平的顶针。主要作用：在主轴修磨过程中，由于主轴径向是使用双中心架定位，已经限制了四个自由度，如果头架处再使用尖头顶针，就会产生过定位现象，所有使用平面顶针加钢珠的方法，就起到了轴向定位，满足了主轴的定位要求。

(4)专用夹头：修磨主轴时带动主轴旋转的固定夹头。主要作用:由于采用三只M8螺栓用于固定主轴，二只M10螺栓作为传动支点，在以柔性连接传动过程中能起到很好的固定和支撑作用。

本发明中利用模拟轴对机床角度进行精密调整的主轴模拟法，利用麻绳作为主轴修磨带动工具的软驱动减振法，以及系列专用工具等均未在以往主轴修复中使用过，具有独创性。

在设备的旋转运动中，通过采用麻绳连接方法，实现工件驱动和轴向定位，且具有减振作用。

修复效果

截止2016年3月，共完成修复BW加工中心主轴2根、台中加工中心主轴1根，曼德利加工中心主轴1根，4K及5S加工中心主轴各1根，为工厂节约维修费用130多万元，主轴修磨检验如下：

检测数据达到机床主轴要求，即轴承颈同轴度Φ≤0.003，圆度Φ≤0.003，圆柱度Φ≤0.003；锥孔跳动≤0.003,锥孔接触面靠近大端且>85％，修磨表面硬度>60HRC。

修复的BW加工中心主轴(BT50)，用于气缸体OP20工序，加工内容为：铣气缸体四侧面及其面上部分孔加工。

修复的台中V-145加工中心主轴(BT50)，用于气缸盖OP210工序，加工内容为：精加工进、排气门座圈、导管。进、排气门凡尔线跳动要求为0.05，修复后实际可达0.02-0.04。

传统修复方法与本发明的修复方法比较表

综上所述，无论从修复的技术水平还是经济指标，项目采用的加工中心主轴内锥孔修复方法比较目前传统的修复方法都有了质的变化，为主轴修复提供了有力的技术支撑和方法保证，必将为工厂设备维修和生产保障做出持续、稳定的贡献。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (6)

1.一种加工中心主轴内锥孔的修复方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤(1)确定修复方案，拉钉端面与拉爪内六角端面的轴向间隙>0.3mm时采用直接修磨法，拉钉端面与拉爪内六角端面的轴向间隙≤0.3mm时采用镀铬后修磨法；

步骤(2)检测待修磨芯轴的轴承颈精度，确保同轴度Φ≤0.003mm，圆度Φ≤0.003mm，粗糙度Ra≤0.8；

步骤(3)在车床上用45号钢加工一根与待修磨芯轴一样的模拟轴，在模拟轴的锥孔端的端面上安装盖板，并在盖板和模拟轴的另一端上均打中心孔；

步骤(4)在磨床上，利用磨床两平面顶针顶住模拟轴两端的中心孔进行定位，加工模拟轴轴承颈部，使模拟轴轴承颈部尺寸与待修磨芯轴轴承颈部尺寸相同，控制公差≤0.002mm，粗糙度Ra≤0.8；

步骤(5)在加工好的模拟轴的两个轴承颈处分别安装一套中心架，利用中心架各支点调节模拟轴的中心位置；

步骤(6)拆去模拟轴锥孔端的盖板，并移去尾架，在模拟轴另一端的中心孔内放入钢球，磨床头架锥孔内安装削去尖头的平面顶针，利用平面顶针头部端面顶住钢球，模拟轴另一端外壁固定套接磨床夹头，磨床头架通过绳状物与磨床夹头连接，磨床夹头柔性驱动模拟轴旋转；

步骤(7)调节机床台面角度，磨削模拟轴内锥孔，并用锥规检测，边磨边检测，直至锥规与内锥孔的接触面>85％；松开两套中心架的活动压板及磨床夹头，取下模拟轴，其余不动，然后换上待修磨芯轴，两套中心架分别固定住待修磨芯轴轴承颈部，磨床夹头固定套接在待修磨芯轴朝向磨床头架一端的外壁，平面顶针顶住该端，磨床头架通过绳状物与磨床夹头柔性驱动连接，开动磨床头架电机，带动待修磨芯轴转动，用精度为0.001mm的杠杆表对待修磨芯轴轴颈部进行跳动检测，控制跳动≤0.002mm，超出精度范围时，通过绳状物对称性进行微调；

步骤(8)磨削待修磨芯轴内锥孔，修磨过程中，适当微调机床台面角度，磨至锥规与内锥孔的接触面>85％，且内锥孔大头直径大于理论值，差值范围在0.1-0.15mm之间；

步骤(9)对安装带法兰冷却刀柄的待修磨芯轴的端面，还需将机床台面角度扳回零位磨削，保证带法兰冷却刀柄的法兰面与待修磨芯轴端面有0.12-0.18mm间隙。

2.根据权利要求1所述的加工中心主轴内锥孔的修复方法，其特征在于：磨床为M1432A磨床。

3.根据权利要求1所述的加工中心主轴内锥孔的修复方法，其特征在于：磨床夹头为根据待修磨芯轴外径的尺寸制作的专用夹头，专用夹头包括圆环，圆环上沿径向环布3只M8内六角螺钉，M8内六角螺钉与圆环通过螺纹连接，圆环的外壁上连接2只从动螺栓，2只从动螺栓的连线与圆环直径重合。

4.根据权利要求3所述的加工中心主轴内锥孔的修复方法，其特征在于：将专用夹头内孔套在模拟轴或待修磨芯轴靠近磨床头架一端的外壁，旋紧专用夹头上3只M8内六角螺钉进行固定，控制专用夹头与磨床头架上2只带动螺钉保持150-170mm的距离；绳状物为麻绳，根据待修磨芯轴的重量选择6-8mm直径的麻绳作为2只带动螺钉与2只从动螺栓之间的传动工具。

5.根据权利要求4所述的加工中心主轴内锥孔的修复方法，其特征在于：2只带动螺钉与2只从动螺栓相错设置，麻绳的一端先与磨床头架上第1只带动螺钉缠绕固定，另一端先绕过专用夹头的第1个从动螺栓，再绕模拟轴或待修磨芯轴半圈，再绕过第2个从动螺栓，最终固定缠绕在磨床头架的第2只带动螺钉上。

6.根据权利要求5所述的加工中心主轴内锥孔的修复方法，其特征在于：磨床头架旋转带动待修磨芯轴磨削过程中，麻绳交叉角为60°。

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