第一篇：钛浩机械对数控镗铣床主轴拉刀机构故障原因分析与结构改进
机床与液压 2011年3月 MACHINE TOOL & HYDRAULICS 第39卷第6期
DOI： 10.3969/j.issn.1001-3881.2011.06.044
VoL 39 No.Mar.2011 FAF260数控镗铣床主轴拉刀机构故障原因分析与结构改进
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刘阳，李柱
(济宁钛浩机械有限公司，山东济宁 468010)摘要：阐述了 FAF260数控镗铣床主轴拉刀机构的原理，分析主轴拉刀机构不能松刀的故障原因，表明轴承选型不对 是该故障发生的主要原因。采取修复及改进措施后，故障排除，刀具锥柄松紧动作恢复正常。
关键词：拉刀机构；故障原因；结构改进 中图分类号：TG537 文献标识码：B
文章编号：1001-3881(2011)6-137-2FAF260数控镗铣床是某公司于2005年从意大利 的松刀电磁阀，动作均正常；检查液压系统，油压也 正常，液压缸无漏油现象。已逐步排除了电气及液压 上的原因。测量拉爪和拉钉头尺寸是相匹配的，同时 检査润滑情况良好。可以初步判定是由于机械磨损或 变形造成松刀故障，其中轴承磨损失效很可能就是松 刀故障的根本原因。引进的大型高精度数控设备。该镗床精度高，加工范 围大，一直承担着核电重要部件的加工，为保证公司 生产任务的完成起着重大作用。但经过几年的使用 后，近期发生了主轴拉刀机构不能松刀的故障，通过 分析研究，采取及时有效的措施从根本上排除了故 障。
1拉刀机构原理
该机床采用液压装夹刀具，主轴前端到末端主要 由拉爪、拉刀杆、蝶形弹簧、活塞、油缸等组成。抓 刀时，油缸不工作，靠背帽施加在蝶簧上的力拉紧刀 具，蝶形弹簧通过拉刀杆及拉爪，拉住刀柄的尾部，使刀具锥柄和主轴锥孔紧密配合；松刀时，油缸工 作，通过油缸活塞推动拉刀杆，压缩蝶形弹簧，使拉 爪松开，拉爪与刀柄上的拉钉脱离，即可拔出刀具，进行新、旧刀具的交换。新刀装入后，油缸活塞后 移，新刀具又被蝶形弹簧拉紧。
需注意的是，不同的机床，其刀具自动夹紧机构 结构不同，与之适应的刀柄及拉钉规格亦不同。该机 床可使用两种规格的刀柄分别是
3故障排除
打开主轴箱后罩，拆卸拉刀机构，拆开松刀液压 缸后，发现活塞一端面严重磨损，正常情况下活塞端 面不与油缸接触的。待卸下活塞及油缸后发现活塞与 拉刀杆相连的组合轴承已严重损坏，全部散架。最终 可以断定此故障是由于组合轴承损坏，使活塞发生轴 向窜动，行程减少，造成活塞与油缸底部接触，随主 轴的旋转致使油缸端面严重磨损拉毛，松刀时使液压 缸行程满足不了松刀的要求。3.1确立常规修理方案
确立常规修理方案为：重新测绘制作活塞，采购 进口组合轴承，使该机床在最短的时间得到修复。3.2分析轴承受力确立改进方案
作者对该拉刀机构做了进一步的研究，原组合轴 承外形尺寸较小，损坏得很严重，推力轴承部分已经 全部散架，而滚针轴承完好，怀疑原轴承不足以承受 松刀时的液压推力，需对轴承受力进行分析校核。3.2.1分析校核轴承受力
该组合轴承为号IS050和ISO60。
2故障原因分析
造成主轴系统不能松刀故障原因可能有以下7 点：（1)松刀电磁阀失灵；（2)松刀液压缸因液压 系统压力不够或漏油而不动作，或行程不到位；（3)刀具尾部拉钉的长度不够，致使液压缸虽已运动到 位，但仍未将刀柄压出；（4)拉刀杆尾部组合轴承 损坏，使液压缸行程满足不了松刀的要求；（5)拉 刀杆已变形或磨损，移动受阻被卡滞不到位；（6)拉爪出现故障，不能全部胀开；（7)主轴装配调整 时，刀具移动量调得太小，致使在使用过程中一些综 合因素导致不能满足松刀条件。
要处理松刀故障需作进一步检査，最终确定故障 的根本原因。检査两感应开关，信号正常；检査主轴
NKXR50-Z,由推力圆柱滚子轴承和滚针轴承组合
基本额定动载荷
INA滚针/推力圆柱滚子轴承，型
而成，其基本参数为：
G =43 000 N，径向；基本额定
静载荷74 000 N，径向；
基本额定动载荷C, = 61 000 N，轴向；基本额 定静载荷C.= 177 000 N，轴向；
疲劳极限载荷12 700 N,径向；疲劳极限 载荷C= 17 400 N，轴向；
DM收稿日期：2016-03-31 作者简介：济宁钛浩机械有限公司的诚信、实力和产品质量已广泛获得业界的认可。欢迎各界朋友莅临参观、指导和业务洽谈！详情咨询：*** 万方数据.138 •
机床与液压 第39卷
r/min极限转速〜=3 200 r/min;参考转速；i B = 1 700 0
由于拉刀机构在执行拉刀、松刀过程中此组合轴 承主要承受弹簧预紧力或活塞的轴向推力，而所承受 的径向力很小，滚针轴承足以承受，因此主要校核推 力圆柱滚子轴承。
(1)校核轴承基本额定动载荷
lOOOr机床工作过程中，主轴与拉刀杆转速均不超过
/tnin，小于轴承的极限转速，因此轴承的转速
满足要求。并且在拉刀状态下，轴承轴向受力仅为弹 簧的预紧力200 N,远小于轴承的基本额定动载荷, 因此轴承的基本额定动载荷是满足要求的。
(2)校核轴承基本额定静载荷
松刀时，油缸工作，通过油缸活塞推动拉刀杆，同时活塞把轴向推力传递给推力轴承并克服蝶形弹簧 的拉紧力，压缩蝶形弹簧使拉爪松开，轴承所受的最 大轴向推力应为作用在活塞上的负载力。计算见式F(1).=pA
(1)式中：为轴承所受的最大轴向推力；
P为油液作用在单位面积上的压强；
4为活塞的有效面积。X A已知MPa p = 14 MPa, A =0• 010 445
m
2,计算 ” =1
4x0.010 445 m2 = 146 kN
松刀过程中，主轴不旋转，轴承所受载荷为静载 荷，应校核基本额定静负荷，计算见式（2)C〇=C So/)。< C0,(2)式中：。为基本额定静负荷计算值；
为当量静负荷； 为安全系数。
推力轴承的轴向当量静载荷査 手册取 = 1.5,计算 C。= S„P。= 1.5 x 146 kN = 219 kN0
因基本额定静负荷计算值6=219 额定静载荷C.= 177 kNkN>轴承的 基本,不满足式（2)，说 明此轴承额定静负荷不满足设计要求，选型不正 确。3.2.2确立拉刀机构改进方案
由此可见设计不合理、轴承选型不对造成了拉刀(上接第136页）
3结论
15〇t干熄焦余热汽轮发电机组发生的异常振动 主要是汽轮机转子产生了油膜涡动，通过调整润滑油 温度以后，机组振动稳定，未再出现油膜半速涡动。同时，建议下次检修中消除对轮晃度，减小外界对轴 系产生的干扰力后，更好地保障机组运行安全。故障。要从根本上处理此故障，避免故障重复发生，必需改进结构。最有效的方法是重新选用承载力大的 推力圆万方数据
柱滚子轴承，然后设计活塞，修理拉杆，满足 轴承安装尺寸的改变。
新轴承应满足C。=
SflP
。< C。.，选用INA进口
轴 承，型号89310-TV，其基本额定动载荷167kN,基 本额定静载荷560 kN。该轴承的额定受力远大于实 际轴向受力F,，确保轴承安全可靠。选用与原组合 轴承
中滚针轴承尺寸及参数相当的滚针轴承。根据轴 承的安装尺寸重新设计了活塞、内套、挡圈等。改进 后的拉刀机构如图1所示。
挡
M推力困柱滚子轴承活塞
图1改进后拉刀机构
4结束语
作者对
FAF260数控镗铣床主轴拉刀机构的原 理、存在缺陷进行了分析研究，采取了有效措施排除 了拉刀故障。通过与厂家联系得知，此拉刀故障在其 他单位也同样发生过，的确存在缺陷。厂家已做了改 进，在近两年生产的机床上已换上了改进后的拉刀机 构。如向厂家购买一套改进后的拉刀机构，周期相当 长，且价格相当昂贵，需近30万人民币。通过国产 化改造，取得了很好的成效，杜绝了故障的重复发 生，做好了设备的预防性维修并节约了资金。
参考文献：
【1】成大先，王德夫.机械设计手册[M
].北京:化学工
业出 版社,1993.【2】FAF260数控镗铣床使用说明书[M
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【II
赵斌,丁常富.25
MW汽轮发电机组油膜祸动振动
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