摘 要 CFZ-35数控龙门铣床工作台床身导轨为闭式静压导执工作台进给采用静压蜗杆副传动。针对工作台进给速度不稳定、颤动的现象进行检测汾析，对静压蜗杆副进行改造，获得良好效果。
关键词 龙门铣床 静压蜗杆副 故障分析 改造
中图分类号 TG542 文献标识码 B
一、概述
随着科学技术的迅速发展，重载、大型、高速、精密、自动化、多功能的加工机床拥有量越来越大。由于这些机床具有尺寸大、重量大、精度要求高等特点，所以对结构、环境、控制等都提出了更高的要求。静压技术是这类机床普遍采用的先进技术之一，其特点是摩擦阻力小、传动效率高、抗振性能好、使用寿命长，而且具有平均误差的作用。但静压技术的应用效果与结构设计、零件的制造工艺和精度、装配精度、环境温度等等密切相关。
1996年从德国SC HIE6S公司引进的CFZ-35数控龙门铁是杭州汽轮机股份有限公司关键设备之一，该机床床身长20m，工作台宽3.5m、长l 0m，工作台床身采用闭式静压导轨，工作台进给采用静压蜗杆副传动。自引进安装使用以来，使用情况基本良好。2001年夏季，工作台移动时在局部位置抖动厉害，数控报警，无法正常生产。经检查发现主要是蜗母条表面SKC-3涂层多处脱落所致。安排了专项修理，由德国SCHIESS公司拆下全部蜗母条处理后重新浇灌SKC-3涂层，并重新安装调整后恢复正常生产。停机近三个月，耗资近70万余元。2004年夏季又出现同样故障，蜗母条表面涂层又有多处脱落，由于生产繁忙，自行采取用SKC-3涂料进行局部修补，勉强恢复生产。停机1个半月，耗资近3万元。2006年上半年，机床工作台又出现抖动现象，蜗母条表面涂层大量脱落，机床面临停止使用的状况。如何解决这个难题，已迫在眉睫。
二、诊断与分析
通过对环境温度、油温及床身水平、工作对象、传动结构、控制系统等的检测和诊断分析，认为工作台抖动及蜗母条涂层碎裂脱落现象主要是由下列原因引起的。
(1)闭式静压导轨各工作面上均有油腔，因此，能很好的承受正反方向垂直载荷偏载引起的倾覆力矩，运动精度高、动态性能好，但该机床安装在无恒温车间内，环境温度变化大（杭州全年温差高达43℃左右）。从实际检测情况看，秋末初冬气温在13℃左右时工作2h后，油温升到25℃，床身导轨中凹约0.17mm/20m；夏季气温在35℃左右时工作2h后，油温升到近60℃，床身导轨呈中凸0.67mm/20m，随着工作时间延长、气温上升，床身导轨中凸达0.80～0.90mm/20m。环境温度在最高和最低时，床身导轨在垂直平面内的不直度误差值可达1.20mm/20m，而静压导轨的间隙仅为0.06～0.08mm。这么大的误差必然导致静压被破坏，局部导轨面相互摩擦、工作台阻力变大，使工作台出现爬行、抖动，解体后发现端面静压轴承已损坏。
(2)由于工作台的爬行、抖动，静压蜗杆副的工作状态变得恶劣，切削时工作台的巨大冲击力破坏了蜗杆副和静压端面推力轴承的静压，静压的波动又反过来影响工作台进给的平稳性。
(3)蜗母条表面SKC-3涂层的主要成分是石墨和聚四氟乙稀，该材料具有密度高、耐磨、自润性好、摩擦因数小等特点。表面涂层的施工工艺操作方便，精度高，但它是脆性材料，一旦受到较大的冲击，容易碎裂脱落。蜗杆副工作面的侧隙为0.04～0.06mm，工作台的阻力变大、蜗杆副工作面静压的不稳定使工作台产生前后抖动，导致蜗杆副工作面产生瞬间直接接触，端面静压轴承工作面损坏、最终蜗母条表面涂层碎裂脱落。
第二次蜗母条表面涂层碎裂的另一原因是：蜗母条涂层在第一次时碎裂脱落时，其铸铁基面被液压油浸侵，因无法彻底清除而影响涂层修补时的粘着力，局部修补时表面无法达到精度要求影响了蜗杆静压的稳定性。
(4)静压油因油温升高，粘度变低，刚度下降。
三、解决错施
(1)环境温度变化太大，造成床身热变形是工作台产生爬行、抖动的主要原因之一。由于该机床安装在大车间内，短期内解决恒温问题可能性不大。必需从管理和维护上采取措施，根据季节变化及时地进行床身水平的检测和调整，以保证工作台静压导轨副的间隙处于正常范围内。
(2)完善静压、润滑油的恒温控制系统。
(3)改造蜗杆副结构（参见下图）。
①原蜗杆的轴向定位采用端面静压轴承定位，由于受尺寸限制及其他各种因素，引起其载荷力不稳定，容易使蜗杆产生轴向窜动，改为用单向推力圆柱滚子轴承定位。
②原蜗杆静压油采用配油环配油，配油环和蜗杆轴之间自由定心，易产生磨损，改为配油轴配油，轴配油在蜗杆内腔用滚动轴承定位，有效保证了同轴度。
③原蜗杆副静压腔设在蜗杆上，更改设计在蜗母条上，不但简化加工工艺，并使油腔有效面积增大。
④原蜗母条铸铁工作基面光滑无锲沟，涂层附着力较差，蜗母条铸铁工作基面上增加多条锲沟，以增加涂层附着力。
⑤蜗母条涂层采用北京第一机床厂研制的BNT-4材料（性能与德国SKC-3相同）和工艺。并在涂层内附加铜丝网膜，使涂层更具整体性，增加了涂层的刚性和抗冲击性。
⑥利用怨蜗杆转动箱，对相关尺寸合零件重新设计和加工，调整定位，改进蜗杆液压系统。
在北京第一机床厂的大力支持下，上述改造历经一个4生仅花费40万元左右，龙门铣床工作台完全恢复了正常工作余度，改造获得预期效果。
四、结束语
大型关键设备的正常与否直接影响企业的正常生产，因此关注设备的使用环境，利用点检、定期检查、状态监测和诊断分析并依此进行预知性修理十分重要。引进设备的吸收、消化、分析，针对性的改造是提高设备利用率，延长其使用寿命的有效手段。此次改造实现了传动蜗杆副的国产化，既提高了技术人员的水平，也为日后的维修工作提供了宝贵的经验和支撑手段。把加强设备管理和有效的维修、改造结合起来是符合我国国情的，能最大地发挥设备效能。
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