数控车轴专用磨床加工缺陷分析与修复

张炳涛

摘 要：本文论述的是4RHPL-AMF型数控车轴专用磨床故障与常见问题处理。该磨床为美国兰蒂斯公司在日本的分公司——日平产业株式会社在20世纪80年代初生产的，后经国产化改造数控系统。采用宽成型砂轮以切入法进行高速磨削，直线部分和曲线部分一次磨成，即轴颈、防尘座及相关圆弧一次成形，控制系统为FANUC数字控制，砂轮台进给采用液压和伺服电机相结合方式，并设有电子自动测量装置、自动补偿装置。具有生产效率高、质量好，适用于大批量专业化生产。

关键词：磨削；车轴

车轴是铁路货车走行部的重要部件，对整车的安全运行起到不可替代的作用。随着国内铁路货车的升级换代和铁路货车市场向专用化、功能化发展，以及国际铁路货车不断开拓发展，因此设计出了各种不同规格的车轴，来满足市场需求。各规格车轴轴颈、防尘座的精加工就是由4RHPL-AMF型数控车轴专用磨床来完成的。由于该磨床使用近40年，机械各部疲劳磨损精度降低，在磨削过程中经常出现磨削完成的车轴达不到质量要求。出现工序返修品甚至加工制废。因此提出系统分析解决该磨床精度降低问题，恢复磨床原有磨削精度，满足加工需求。

一、磨床结构特点

各类数控机床因其功能，结构及系统的不同，各具不同的特性。其维护保养的内容和规则也各有特色，具体应根据其机床种类、型号及实际使用情况，本磨床采用定向切入成型磨削方式，为了使工件轴向获得一定的进给量，将砂轮主轴中心线与工件中心线（即床身导轨中心线）形成20度夹角。

二、砂轮台的进给

从砂轮原位开始，至磨削工件达到尺寸，砂轮进给分为六步：

快速移动 → 接近进给 → 快速进给 →中速进给 →微量进给 → 无火花磨削。

三、磨削达不到质量要求的分析及解决方法

在实际加工過程中主要出现以下两种质量问题：

（a）轴颈磨削完成后出现轴向波纹几何尺寸超差。

解决方法：

通过磨削方式分析得出，出现轴向波纹的问题应该是砂轮修整过程中，砂轮架与砂轮修整金刚笔存在间隙与微量迟缓，使修整后的砂轮直线段与程序设定不符。

1.对Z轴（床身轴）、X轴（砂轮架轴）润滑调整

床身轴及砂轮架轴是两个关键运动部件，成型砂轮的修整是由这两个轴执行数控系统差补来完成的。其平稳性直接影响砂轮的修整精度，砂轮的进给精度和磨削精度。导轨和滚珠丝杠的润滑是一个重要环节。因机床原有润滑不能满足需求。增设集中润滑装置（MOOEL：RYZ-4），该装置公称压力达到2MPa＼公称流量0.5L/min，完成后提供持续坚韧的润滑油，保证各导轨、丝杆都得到充分而适量的润滑，原卡阻、迟缓现象消失。

2.砂轮架滚珠丝杠轴承调整

本磨床砂轮架滚珠丝杠采用角接触球轴承7009AC，在使用过程中存在微量磨损和间隙，使滚珠丝杠产生轴向间隙，也是产生砂轮修整不良的重要原因。根据角接触球轴承的结构特点是可以承受径向载荷和轴向载荷的，调增轴承安装数量，因为单列角接触轴承只能承受一个方向的轴向负荷，在承受径向负荷时，将引起附加轴向力，并且只能限制轴或外壳在一个方向的轴向位移。成对安装后，使一对轴承的外环相同端面相对，即宽面对宽面、窄面对窄面。这样既可避免引起轴向附加力，而且可以在两个方向使轴的外壳限制在轴向游隙内。安装完成后刚性增强，运行平稳。

（b）轴颈磨削完成后出现径向波纹几何尺寸超差。

解决方法：

由图2砂轮进给过程得知，在中进给→ 微进给 → 无火花磨削，转换之前，数控程序中砂轮架进给增设停顿时间。因为在砂轮连续进给中，工件磨削表面之横断外轮廓（图4）所示，在任何一个瞬间均为阿基米德螺线，而且并非一个园。增加一个进给停顿时间，为了在进给速度转换之前将工件磨圆。这个时间与工件转速有关（可根据不同轴型外径调整）。

四、结束语

数控设备是高技术密集型产品，要想迅速而且正确地查明原因并确定故障部位，除了对机床的机械部分、电气部分的了解，还应掌握加工工艺的过程。由于数控机床故障比较复杂，同时，数控系统自诊断能力还不能对系统的所有部件进行监测。要与经验判断相结合，一般原则先外部后内部、先机械后电气、先静后动、先简单后复杂。这样才能提高故障的综合分析能力和故障排除能力。

参考文献：

[1]中华人民共和国铁道部，铁路主要技术政策[J].中华人民共和国国务院公报，2013（11）：24-29

[2]中国铁路总公司铁总运[2016]191号《铁路货车轮轴组装检修及管理规则》TG/CL224-2016

[3]数控机床故障诊断与维修技术FANUC-OC/O手册