加工中心主轴锥孔严重损伤简易修复方法

张 强

（山西平阳重工机械有限责任公司，山西侯马 0 430020）

0 引言

公司一台DMU1O3V 立式加工中心在进行工件铣外圆工序时，出现异常尖叫声后操作工紧急停车，手动恢复到安全区域检查，发现工件外圆断续加工，刀柄在主轴锥孔内能够晃动，主轴锥孔口部有严重挤压损伤。操作工人害怕因设备损坏受到公司设备部门处理，就利用手持风砂轮对主轴锥孔损伤部位进行打磨，插入刀具后加工工件精度基本丧失，不能满足工艺要求后申请公司设备维修部门修理。

1 现场检查

（1）主轴锥孔内部结构如图1 所示。

（2）主轴锥孔底部到孔内（Z 轴方向）13 mm 左右、深度1 周（1～2）mm 不均匀砂轮打磨痕迹。

图1 主轴锥孔内部结构

（3）主轴拉爪锁紧、松开功能正常，拉爪无断裂。

（4）主轴精度检测。①L=30 mm时，主轴径跳0.02 mm，主轴端跳0.005 mm；②L=300 mm 时，主轴径跳0.7 mm，主轴端跳0.01 mm。

（5）主轴检验棒锁紧后，用力来回推能明显感觉到锥柄在锥孔内晃动。

（6）损伤及打磨部位是几乎整个A 区。

2 原因分析

（1）锥孔底部损伤应该是刀柄与主轴锥孔之间发生高速相对位移、摩擦造成的。

（2）造成位移的原因是拉爪机构拉力不足没有拉紧、拉爪断裂损坏、拉钉与拉爪配合过长不紧密、刀柄外部有异物造成拉爪没拉到位或者没拉正，等等。

（3）通过现场仔细观察拉爪松开后内部磨损痕迹情况判断，应该与拉钉、拉爪有密切关系，确认拉爪完好，最后认为可能问题出在拉钉上。

（4）过排查链式刀库所有刀柄发现有两把刀柄的拉钉出现松动，其中一把松动严重的正是出现故障时所使用的刀柄。

（5）操作工利用风砂轮打磨损伤部位又对主轴锥孔造成二次伤害。

3 查阅资料，市场询价

（1）公司设备维修能力有限，不能及时制定出维修方案。

（2）查阅设备出厂随机资料获知该主轴为电主轴，主轴锥孔与电机转子是一体。

（3）联系设备生产厂家得到答复是主轴无法修复，只能更换整个主轴，且供货周期10～12 周，价格10 万元左右。

（4）互联网查阅资料获知，可利用主轴锥孔研磨机修复主轴锥孔，电话联系后告知不能上门服务（因公司在内陆地区，距离较远），需将设备主轴拆解下来邮寄到对方公司，维修费1 万元左右。将设备主轴锥孔损伤情况告知对方后，答复损伤太严重，修复可能性不大。

（5）互联网查阅资料获知，《机床主轴锥孔简易修复方法》一文中提到可利用固定的刀柄、砂纸条，与主轴配合旋转达到研磨修复主轴锥孔的目的。但此方法不适合该故障的修复，修复的量有限。

4 主轴锥孔修复思路

临摹《机床主轴锥孔简易修复方法》一文的主轴锥孔修复方法，采用将内螺纹车刀固定在工作台上，伸入主轴锥孔内将损伤部位车削掉，制作一个孔套采用过盈配合方式镶入其中，再用内螺纹车刀加工其锥度，保证与刀柄配合严密，恢复设备主轴精度。

5 制定方案

（1）将上述修复思路告知工艺技术人员后，协助提供加工刀具、夹具，制定孔套的加工工艺。

（2）将主轴锥孔A 区损伤区域沿X，Z 轴方向车削成圆柱孔，如图2 所示。

（3）制作如图3 所示孔套，材料40cr 或45#调质。

（4）将孔套镶入图2 孔内，之后与刀柄配合精车7∶24 锥孔，直至刀柄锥面与锥孔配合严密。

图2 圆柱孔

图3 孔套

6 修复实施

（1）查阅资料JT40 主轴锥孔半锥角为8.297 145°。

（2）按照图3 要求加工孔套，制作完成后放入冷冻箱，-20 ℃，2 h 以上。

（3）如图4 所示，用平口虎钳将内螺纹车刀（公司自制，四方刀柄）垂直工作台锁紧，虎钳与工作台T 形槽平行且固定在工作台中央区域。

（4）根据刀具情况实时调整主轴转速，利用内径千分尺以及深度尺，按照图2 要求车削主轴锥孔。加工过程中要严密观察刀具稳定、主轴运转情况，防致对主轴再次造成伤害。

（5）确认主轴锥孔及孔套尺寸符合图2 和图3 要求后，将储存于冷冻箱的孔套强行装入主轴锥孔，保证孔套的上表面及侧面与主轴锥孔完全接触。安装完成后锥孔、孔套如图5 所示。

图4 垂直工作台锁紧

图5 锥孔、孔套

（6）启动主轴，转速5 r/min。

（7）移动设备X，Z 轴，将刀尖接近主轴锥孔A 区无打磨区域的一点，如图5 中D 点，直至刀尖与锥孔接触，设此点为工件原点。

（8）编制车削锥度加工程序。

（9）通过不断平移工件坐标系（改变X 轴的坐标值），执行上述程序配合主轴检验棒检测主轴精度，最终测得精度结果：L=300 mm 时，主轴径跳0.01 mm，主轴端跳0.005 mm。

（10）用400 号砂纸抛光主轴锥孔孔内及底部，主轴检验棒检测精度无变化。

（11）执行手动换刀、自动换刀程序，动作灵活、无卡顿。

（12）试切工件，精度能满足工艺要求。

7 方案特点

（1）无需拆解主轴，无需维修机械工具。

（2）维修周期短，共需半天时间。

（3）维修费用低廉，所需部件全部自制。

（4）对维修人员、操作人员要求较高，需要熟悉设备操作、编制程序、夹具使用。

8 后期使用效果

该设备主轴锥孔采用此方法修复至今一年多，主轴手动、自动换刀灵活，锥孔内侧基本无磨损，加工工件能够满足工艺要求，可以说基本恢复了该设备主轴几何精度，保证设备的正常运转。