Учитывая нагрев шпинделя, высокий уровень шума, пониженную точность и нестабильную работу горизонтального обрабатывающего центра, посредством обнаружения, разборки и обслуживания мы знакомимся со структурой шпинделя, рассматриваем и разбираем процесс обслуживания, обобщаем набор методов разборки, установки, обнаружения и регулировки шпинделя, восстанавливаем точность шпинделя и предоставляем надежный справочник для обслуживания аналогичных шпинделей в будущем.
1. Введение Шпиндель определенного обрабатывающего центра имеет нагрев, низкую точность и высокий уровень шума, что не может удовлетворить соответствующие требования производственного процесса. До технического обслуживания осевое биение шпинделя составляет 0,02 мм, радиальное биение шпинделя по окружности составляет 0,02 мм на ближнем конце, а биение на расстоянии 300 мм от ближнего конца составляет 0,05 мм. Для восстановления точности шпинделя шпиндель необходимо разобрать, проверить поочередно, заменить изношенные подшипники и собрать заново, отладить и восстановить точность. В настоящее время не существует специальных инструментов для разборки и сборки, а также платформ для технического обслуживания и осмотра шпинделей, а качество обслуживания трудно гарантировать. Если разборка, установка и регулировка выполнены неправильно, шпиндель будет отремонтирован дважды за короткий период времени, что серьезно повлияет на загрузку оборудования и эффективность обработки.
Просматривая руководство по станку, внимательно наблюдая за схемой конструкции шпинделя, тщательно анализируя и понимая внутреннюю структуру шпинделя, формулируя и реализуя план технического обслуживания, уточняя процесс технического обслуживания, формируя набор идей по техническому обслуживанию для разборки, установки, тестирования и регулировки шпинделя, а также качественно завершая техническое обслуживание шпинделя.
2. Знакомство с компонентами обрабатывающего центра 2.1 Корпус шпинделя
Шпиндельная коробка установлена посередине рамы двухстоечной колонны. Шпиндель перемещается вверх и вниз (ось Y) с помощью двух линейных направляющих и пары шариковых винтов. Серводвигатель, установленный на верхнем конце пары шариковых винтов, оснащен двигателем-тормоза для-торможения при выключении. Двигатель шпинделя установлен за шпиндельной коробкой, а за шпиндельной коробкой также установлены устройство освобождения инструмента шпинделя и устройство продувки конусного отверстия шпинделя, перемещающиеся вверх и вниз вместе со шпиндельной коробкой. Точная остановка шпинделя достигается с помощью энкодера, установленного на двигателе шпинделя. Движение шпиндельной коробки вверх и вниз осуществляется с помощью гидравлической системы балансировки. Гидравлический цилиндр баланса и аккумулятор используются для балансировки шпинделя вверх и вниз, чтобы повысить точность перемещения оси Y и снизить нагрузку на серводвигатель оси Y. Натяжение ремня шпинделя достигается регулировкой монтажной пластины двигателя регулировочным винтом [1].
2.2 Сборка шпинделя
Шпиндельный узел состоит из шпинделя, переднего подшипникового узла шпинделя, заднего подшипникового узла шпинделя, устройства разгрузки ремня шпинделя, тягового устройства шпинделя (зажима инструмента) и опорной втулки шпинделя.
Шпиндельный узел установлен в опорной втулке шпинделя и закреплен к шпиндельной коробке винтами через торец фланца опорной втулки шпинделя. Конусность конического отверстия шпинделя составляет 7:24. Шпиндельный узел тщательно обработан и специально собран. Маркированы передний и задний подшипниковые узлы шпинделя. При разборке и установке обращайте внимание на положение метки, чтобы не повлиять на точность. Параллельность внутренних и внешних прокладок переднего и заднего подшипников узла шпинделя должна быть меньше или равна 0,003 мм, а плоскостность внутренних и внешних прокладок должна быть меньше или равна 0,002 мм, чтобы обеспечить предварительный натяг узла подшипника шпинделя и точность системы вала. Торец опорной втулки шпинделя и торец установки коробки шпинделя зачищают и шлифуют, чтобы ось шпинделя была параллельна оси Z и перпендикулярна оси X.
2.3 Протяжка тяги шпинделя и устройство освобождения инструмента
Шпиндельная протяжка тяги состоит из 72 пластин тарельчатой пружины. Эластичные захваты на конце дышла фиксируют штифт рукоятки инструмента в конусном отверстии шпинделя. Усилие зажима составляет около 17800 Н. Усилие зажима инструмента регулируется гайкой на заднем конце дышла шпинделя. Гидравлический цилиндр, установленный на заднем конце шпиндельной группы, толкает дышло шпинделя вперед, освобождая инструмент. Положение освобождения инструмента тяги шпинделя регулируется внешней резьбой гидроцилиндра и фиксируется регулировочной гайкой. Положения зажима и освобождения шпиндельного инструмента принимаются и возвращаются двумя бесконтактными переключателями. Примечание. Когда шпиндель станка включен, инструмент или рукоятку инструмента следует сначала зажать в конусном отверстии шпинделя, а затем включить шпиндель. Передние и задние групповые подшипники шпинделя, а также опорные подшипники разгрузки смазаны консистентной смазкой. Воздух для очистки конического отверстия шпинделя подается в коническое отверстие шпинделя из центрального отверстия тяги шпинделя через воздушную трубу с помощью пневматической системы [2].
2.4 Устройство охлаждения инструмента шпинделя
Система охлаждения направляет охлаждающий воздух к охлаждающему соплу на переднем конце шпинделя через 5-ходовые охлаждающие отверстия на опорной втулке шпинделя для охлаждения инструмента.
2.5 Шпиндельная группа с внутренним охлаждением (смазка подшипников шпинделя консистентной смазкой)
Подшипники шпинделя шпиндельной группы с внутренним охлаждением смазываются консистентной смазкой, шпиндель имеет внешнее циркуляционное охлаждение. Хвост шпинделя подается охлаждающей жидкостью и сжатым воздухом через поворотное соединение.
2.6 Робот
Смену инструмента между шпинделем и магазином инструментов выполняет робот с двойным-зацепом. Во время обработки магазин инструментов предварительно-выбирает следующий инструмент для обработки и поворачивает держатель инструмента (инструмента) на 90 градусов, чтобы расположить его в ожидании команды смены инструмента. По завершении программы каждая ось координат возвращается в положение смены инструмента, и шпиндель одновременно останавливается. При подаче команды смены инструмента дверца замены инструмента открывается, и манипулятор выдвигается, чтобы захватить инструмент; после того, как инструмент надежно зажат когтем, активируется гидравлический цилиндр освобождения инструмента шпинделя, чтобы освободить механизм съемника инструмента шпинделя, а коническое отверстие шпинделя очищается и продувается; после завершения освобождения инструмента манипулятор вставляет и извлекает гидравлический цилиндр инструмента, чтобы вытащить инструмент из конического отверстия шпинделя и конического отверстия втулки инструмента, а гидравлический цилиндр поворота поворачивает манипулятор на 180 градусов для замены инструмента; после того, как инструмент установлен на место, манипулятор вставляет и извлекает гидравлический цилиндр инструмента, чтобы повторно вставить замененный инструмент в коническое отверстие шпинделя или коническое отверстие гильзы инструмента библиотеки инструментов, а из конического отверстия шпинделя продувается воздух, гидроцилиндр освобождения инструмента шпинделя сбрасывается, и механизм съемника инструмента шпинделя повторно - зажимает инструмент в конусном отверстии шпинделя посредством тарельчатой пружины; наконец, манипулятор втягивается, дверца замены инструмента закрывается, и действие по смене инструмента завершается [3].
III. Методы и меры устранения проблем с точностью шпинделя 3.1 План технического обслуживания шпинделя
Перед техническим обслуживанием проверьте и разберите, открутите винты передней крышки шпинделя и снимите крышку. Снимите задний конец ослабляющего поршня шпинделя и подсоединенные к нему масляные и воздушные трубопроводы, слейте гидравлическое масло из трубопровода и оберните устье трубы, чтобы предотвратить попадание пыли и мусора в трубу. Снимите муфту, соединяющую шпиндель и коробку передач, чтобы отсоединить шпиндель от коробки передач. Снимите круглую гайку для регулировки тяги на заднем конце шпинделя и сделайте запись для справки во время сборки. Снимите тягу с заднего конца шпинделя, постучав вперед, и выньте тарельчатую пружину. Вытащите втулку шпинделя. Снимите втулку осевого позиционирования на заднем конце шпинделя. Потяните шпиндель влево и сдвиньте его. Потянув шпиндель для переключения, стукнув, снимите радиальный цилиндрический роликоподшипник. Снимите регулировочное кольцо, а затем поочередно снимите установочные винты контргайки и переднюю подшипниковую группу.
Очистите разобранный шпиндель, тягу и другие тонкие детали, смажьте их маслом для защиты и поместите их вертикально, чтобы предотвратить изгиб и деформацию. Затем разберите и очистите оставшиеся детали и храните их надлежащим образом. Больше наблюдайте при разборке шпинделя, обращайте внимание на некоторые исходные ориентиры сборки и делайте соответствующие отметки, а также пытайтесь найти место неисправности.
Перед сборкой все детали необходимо тщательно очистить, а также уделить внимание предварительному добавлению в подшипники соответствующего количества смазки во время сборки. Последовательность сборки обратна приведенной выше последовательности разборки. Наконец, шпиндельный узел отлаживается, устанавливается и тестируется без нагрузки.
3.2 Разборка шпинделя
1) Проверьте шпиндель перед разборкой. Проверьте работу шпинделя на месте. Когда скорость шпинделя составляет 1000 об/мин, на заднем конце шпинделя слышен явный ненормальный звук. Шпиндель останавливается, магнитный держатель счетчика прилипает к рабочему столу, и ось Y одновременно перемещается вниз. Контакт циферблатного индикатора с точностью до 0,01 мм запрессован на внешнюю поверхность шпинделя. Используйте маховик, чтобы переместить ось X и найти верхнюю точку. Контакт циферблатного индикатора прижимается в самой высокой точке внешней поверхности шпинделя, что является верхним положением образующей. Шпиндель вращается вручную, чтобы шпиндель вращался на один круг. Указатель циферблатного индикатора отклоняет две сетки, что составляет 0,02 мм; тем же методом нажмите на контакт циферблатного индикатора на торцевой поверхности стержня стержня шпинделя, переместите ось Z, нажмите на счетчик и после обнуления счетчика вручную поверните шпиндель. Стрелка циферблатного индикатора отклоняет две сетки, то есть осевое перемещение шпинделя составляет 0,02 мм. Откройте переднюю крышку шпинделя и проверьте. Все в норме, подшипников не обнаружено. Переместите ось Y в самый нижний конец, чтобы увидеть внутреннюю структуру передачи шпиндельной коробки. На верхнем конце шпиндельной коробки слева направо расположены 3 черные резиновые трубки. Два слева — маслопроводы, соединяющие устройство охлаждения шпинделя. Откройте соединение маслопровода; в маслопроводе не течет масло. Проследите за маслопроводом и обнаружите, что эти две маслопроводы являются циркуляционными маслопроводами шпиндельного холодильника, а другая резиновая трубка — трубкой охлаждающей жидкости.
При проверке рабочего состояния холодильника было установлено, что электропитание холодильника в норме. Дальнейшее наблюдение за панелью дисплея показало, что насос холодильника не работает, а холодильное устройство не работает. Откройте заднюю крышку холодильника и обратите внимание, что лопасти электродвигателя охлаждающего насоса не вращаются, а охлаждающий вентилятор не вращается. С помощью мультиметра измерьте предохранители стеклянных трубок в трех цепях, все они целы. С помощью отвертки с силой нажмите на левый контактор и обнаружите, что двигатель охлаждения вращается. Однако, когда отвертка вынимается, контакты контактора сбрасываются и двигатель охлаждения останавливается. Тем же методом с силой нажмите на правый контактор и обнаружите, что охлаждающий вентилятор холодильника работает. Когда давление прекращается, контакты контактора сбрасываются и вентилятор охлаждения перестает работать. После вышеописанных операций было обнаружено, что возникла проблема с цепью управления холодильником. Дальнейший осмотр показал, что возникла проблема с платой управления в левом нижнем углу. После замены печатной платы той же спецификации холодильник работал нормально, а охлаждающее устройство шпинделя циркулировало нормально.
Когда скорость шпинделя составляла 1000 об/мин, он простаивал в течение 30 минут, а ненормальный шум все еще существовал. Когда скорость была изменена на 800 об/мин, шум стал громче. Комплексный анализ показал, что необходимо разобрать шпиндельный узел, заменить подшипники и предварительно-затянуть подшипники [4].
2) Снимите периферийную защитную пластину шпиндельной коробки, а также периферийные нефтегазопроводы и линии на шпинделе. Остановите станок в положении, удобном для разборки шпинделя, нажмите кнопку аварийной остановки и отключите основное питание, разберите перегородку или щиток на шпиндельной коробке и другие периферийные приспособления, затрудняющие разборку, промаркируйте масло- и газопроводы и положения переключателей обнаружения при захвате и отпускании инструмента, а затем снимите их. Снимите гидравлический цилиндр, чтобы освободить инструмент, чтобы открыть заднюю торцевую крышку шпинделя.
3) Ослабьте ремень на шкиве шпинделя. Ослабьте крепежные болты на двигателе шпинделя, ослабьте ремень так, чтобы шкив можно было отделить от ремня, затем ослабьте стопорные винты на торце конического отверстия шпинделя, наденьте алюминиевый стержень на задний конец шпинделя, чтобы выбить шпиндель, и шпиндель разбирается.
3.3 Разборка шпинделя
Конструкция шпинделя показана на рисунке 1. Снимите заднюю крышку, открутите гайку, выньте толкатель с переднего конца, выньте тарельчатую пружину с заднего конца, осмотрите и очистите ее, приведите в порядок.
Рис. 1. Конструкция шпинделя
1-Стержень оси 2-Передняя торцевая крышка 3-Седло оси 4, 8-Подшипник 5-Первая контргайка 6-Сквозное отверстие
7-Дисковая пружина 9-Пылезащитный чехол 10-Первый зубчатый шкив 11-Вторая контргайка
12-Зубчатый шкив второй дуги 13-Гайка 14-Третья контргайка 15-Задняя торцевая крышка 16-Толкатель
17-Первая проставка 18-Вторая проставка 19-Захват 20-Болт Постепенно снимите шкив и снимите пылезащитную крышку. При разборке подшипника шпинделя было обнаружено, что сломан фиксатор двухрядного упорного радиального шарикоподшипника на переднем конце шпинделя. Это явление является неисправностью шпинделя. Подшипник необходимо заменить и предварительно затянуть. Очистите разобранные детали керосином и проверьте их на наличие вмятин и износа, особенно установочную поверхность и торец проставочного кольца [5].
3.4 Сборка шпинделя
Закрепите шпиндель на верстаке и равномерно нанесите слой смазочного масла на внешнюю поверхность сердечника шпинделя. Установите нижнюю проставку на внешнюю поверхность переднего конца сердечника шпинделя. Параллельность проставочного кольца должна контролироваться в пределах 0,002 мм. Равномерно нанеся смазку в зазор между фиксатором и шаром подшипника, установите подшипник вплотную на внешнюю поверхность переднего конца сердечника шпинделя. Установите внутреннюю и внешнюю проставки. Параллельность внутренней и внешней проставки находится в пределах 0,002 мм. Продолжайте устанавливать подшипники в соответствии с комбинацией подшипников. Сначала установите группу передних опорных подшипников шпинделя, а затем группу задних опорных подшипников шпинделя. Установите прокладку внутреннего кольца и контргайку (см. Рисунок 2), предварительно -затяните подшипник в сборе и установите контргайку в соответствии с размерами разборки.
Рисунок 2. Установите прокладку внутреннего кольца и контргайку на узел переднего подшипника. После регулировки контргайки с помощью микрометра проверьте, находятся ли внутренняя и внешняя прокладки в пределах 0,01 мм от центральной точки шпинделя, и с помощью микрометра проверьте, находится ли плоскостность торцевой поверхности подшипника в пределах 0,002 мм, как показано на рисунке 3.
Рисунок 3. С помощью микрометра проверьте внутренние и внешние прокладки, а также плоскостность торца подшипника. Закрепите микрометр на подшипнике, чтобы проверить радиальное биение свободного конца шпинделя с точностью до 0,005 мм. Если оно отклоняется от допуска, его необходимо отрегулировать с помощью противо-винта на контргайке. Установите задний опорный подшипник вплотную друг к другу. Сначала протрите начисто внутреннюю поверхность втулки с канавкой циркуляции охлаждения, равномерно нанесите слой смазки на внутреннюю поверхность втулки, а затем вверните во втулку сердечник шпинделя с подшипниковым узлом, то есть соберите подвижную и неподвижную части шпиндельного узла [6].
Установите распорное кольцо и стопорную гайку узла последовательно и предварительно -затяните заднюю опорную группу подшипников шпинделя (см. Рисунок 4).
Рисунок 4. Предварительная-затяжка заднего опорного подшипникового узла шпинделя показана на Рисунке 5. Установите переднюю крышку шпинделя, поместите шпиндель горизонтально на V-блок и с помощью щупа отрегулируйте зазор в пределах 0,03 мм. С помощью микрометра проверьте радиальное биение шпинделя в пределах 0,002 мм и отрегулируйте его с помощью контргайки. Соберите протяжное устройство. Соберите гидроцилиндр для ослабления инструмента, установите синхронный шкив, а также шпиндель и периферийные принадлежности.
Рисунок 5 Установка и регулировка передней крышки шпинделя 3.5 Проверка шпинделя
Испытание шпинделя следует проводить постепенно от низкой скорости к высокой, при этом продолжительность работы на холостом ходу должна превышать 2 часа, а вращение на высокой-скорости не должно превышать 30 минут. Температуру подшипника следует проверять в любой момент работы станка. Температура подшипника качения шпинделя не должна превышать 70 градусов на максимальной скорости. Во время работы следует обращать внимание на звук вращения машины. Если он работает нормально, звук должен быть постоянным жужжанием; если это ненормально, он будет издавать различные шумы, такие как шум шестерни, легкий стук, хриплый звук трения или лязг металла и т. д. [7]. IV. Вывод. Благодаря постоянной практике и накоплению, путем разборки и ремонта шпинделя обрабатывающего центра, были устранены проблемы с нагревом шпинделя оборудования, низкой точностью и высоким уровнем шума, а также была восстановлена точность шпинделя. В ходе этого процесса я ознакомился с механическим устройством шпинделя станка, освоил методы ремонта, сборки и регулировки, накопил богатый опыт технического обслуживания и предоставил достоверные технические данные для дальнейшего обслуживания оборудования.
