Angesichts der Erwärmung der Spindel, des hohen Geräuschpegels, der verringerten Präzision und des instabilen Betriebs im horizontalen Bearbeitungszentrum sind wir durch Erkennung, Demontage und Wartung mit der Spindelstruktur vertraut, überprüfen und ordnen den Wartungsprozess, fassen eine Reihe von Methoden zur Demontage, Installation, Erkennung und Einstellung der Spindel zusammen, stellen die Spindelgenauigkeit wieder her und bieten eine zuverlässige Referenz für die Wartung ähnlicher Spindeln in der Zukunft.
1. Einleitung Die Spindel eines bestimmten Bearbeitungszentrums weist Erwärmung, schlechte Präzision und hohe Geräuschentwicklung auf, wodurch die relevanten Anforderungen des Produktionsprozesses nicht erfüllt werden können. Vor der Wartung beträgt der axiale Rundlauf der Spindel 0,02 mm, der radiale Rundlauf der Spindel 0,02 mm am nahen Ende und der Rundlauf 300 mm vom nahen Ende entfernt 0,05 mm. Um die Spindelgenauigkeit wiederherzustellen, muss die Spindel zerlegt und einzeln überprüft, die verschlissenen Lager ausgetauscht und wieder zusammengebaut werden, und die Genauigkeit muss überprüft und wiederhergestellt werden. Derzeit gibt es keine speziellen Demontage- und Montagewerkzeuge sowie Wartungs- und Inspektionsplattformen für die Spindelwartung und die Wartungsqualität ist schwer zu gewährleisten. Bei unsachgemäßer Demontage, Installation und Einstellung wird die Spindel innerhalb kurzer Zeit zweimal repariert, was die Geräteauslastung und Verarbeitungseffizienz erheblich beeinträchtigt.
Durch Konsultation des Werkzeugmaschinenhandbuchs, sorgfältige Beobachtung des Spindelstrukturdiagramms, sorgfältige Analyse und Verständnis der internen Struktur der Spindel, Formulierung und Umsetzung eines Wartungsplans, Verfeinerung des Wartungsprozesses, Erstellung einer Reihe von Wartungsideen für die Demontage, Installation, Prüfung und Einstellung der Spindel sowie Abschluss der Wartung der Spindel mit hoher Qualität.
2. Einführung in die Komponenten des Bearbeitungszentrums 2.1 Spindelkasten
Der Spindelkasten wird in der Mitte des Rahmens der Doppelsäulensäule eingebaut. Die Spindel bewegt sich auf und ab (Y-Achse) durch zwei lineare Rollführungen und ein Kugelumlaufspindelpaar. Der am oberen Ende des Kugelumlaufspindelpaars installierte Servomotor verfügt über eine Power-Off-Bremse zum Power-Off-Bremsen. Der Spindelmotor ist hinter dem Spindelkasten installiert, und die Spindelwerkzeug-Freigabevorrichtung und die Spindelkegelloch-Blasvorrichtung sind ebenfalls hinter dem Spindelkasten installiert und bewegen sich mit dem Spindelkasten auf und ab. Der genaue Spindelstopp wird durch den vom Spindelmotor getragenen Encoder erreicht. Die Auf- und Abbewegung des Spindelkastens erfolgt über ein hydraulisches Ausgleichssystem. Der Ausgleichshydraulikzylinder und der Akkumulator werden verwendet, um das Auf- und Abgleichen des Spindelkastens zu vervollständigen, um die Bewegungsgenauigkeit der Y-Achse zu verbessern und die Belastung des Y-Achsen-Servomotors zu verringern. Die Straffheit des Spindelriemens wird durch Einstellen der Motormontageplatte mit einer Einstellschraube [1] erreicht.
2.2 Spindelmontage
Die Spindelbaugruppe besteht aus einer Spindel, einer vorderen Spindellagerbaugruppe, einer hinteren Spindellagerbaugruppe, einer Spindelriemen-Entladevorrichtung, einer Spindelzugstangenvorrichtung (Werkzeugklemmung) und einer Spindelstützhülse.
Die Spindelbaugruppe wird in der Spindelstützhülse installiert und mit Schrauben durch die Flanschstirnfläche der Spindelstützhülse am Spindelgehäuse befestigt. Der Kegel des Spindelkegellochs beträgt 7:24. Die Spindelbaugruppe ist fein verarbeitet und speziell montiert. Die vorderen und hinteren Lagerbaugruppen der Spindel sind gekennzeichnet. Achten Sie bei der Demontage und Installation auf die Position der Markierung, um die Genauigkeit nicht zu beeinträchtigen. Die Parallelität der inneren und äußeren Abstandshalter der vorderen und hinteren Lager der Spindelbaugruppe sollte kleiner oder gleich 0,003 mm sein, und die Ebenheit der inneren und äußeren Abstandshalter sollte kleiner oder gleich 0,002 mm sein, um die Vorspannung der Spindellagerbaugruppe und die Genauigkeit des Wellensystems sicherzustellen. Die Endfläche der Spindelstützhülse und die Endfläche der Spindelkasteninstallation werden geschabt und geschliffen, um sicherzustellen, dass die Spindelachse parallel zur Z-Achse und senkrecht zur X-Achse verläuft.
2.3 Spindel-Zugstangenräumvorrichtung und Werkzeugfreigabevorrichtung
Die Spindel-Deichselräumnadel besteht aus 72 Tellerfederplatten. Die elastischen Klauen am Zugstangenende klemmen den Zugstift des Werkzeuggriffs im Spindelkegelloch fest. Die Spannkraft beträgt ca. 17800 N. Die Spannkraft des Werkzeugs wird über die Mutter am hinteren Ende der Spindelzugstange eingestellt. Der am hinteren Ende der Spindelgruppe installierte Hydraulikzylinder drückt die Spindelzugstange nach vorne, um das Werkzeug freizugeben. Die Position der Werkzeugentriegelung der Spindelzugstange wird über das Außengewinde des Hydraulikzylinders eingestellt und über die Einstellmutter arretiert. Die Spann- und Lösepositionen des Spindelwerkzeugs werden über zwei Näherungsschalter erfasst und zurückgemeldet. Hinweis: Wenn die Werkzeugmaschinenspindel eingeschaltet wird, sollte zuerst das Werkzeug oder der Werkzeuggriff in das Spindelkegelloch eingespannt werden, und dann wird die Spindel eingeschaltet. Die vorderen und hinteren Gruppenlager der Spindel sowie die Entladestützlager sind alle mit Fett geschmiert. Die Reinigungsluft für das Spindelkegelloch wird vom Mittelloch der Spindelzugstange durch das Luftrohr vom Pneumatiksystem [2] in das Spindelkegelloch geblasen.
2.4 Spindelwerkzeug-Kühlvorrichtung
Das Kühlsystem leitet die Kühlluft durch die 5-Wege-Kühllöcher an der Spindelstützhülse zur Kühldüse am vorderen Ende der Spindel, um das Werkzeug zu kühlen.
2.5 Innengekühlte Spindelgruppe (Spindellager-Fettschmierung)
Die Spindellager der innengekühlten Spindelgruppe sind fettgeschmiert und die Spindel verfügt über eine externe Umlaufkühlung. Über ein Drehgelenk wird das Spindelende mit Kühlmittel und Druckluft versorgt.
2.6 Roboter
Der Werkzeugwechsel zwischen Spindelwerkzeug und Werkzeugmagazin erfolgt durch einen Doppelklauenroboter. Während der Bearbeitung wählt das Werkzeugmagazin vor-das nächste zu bearbeitende Werkzeug aus und dreht den Werkzeughalter (Werkzeug) um 90 Grad, um ihn zu positionieren, und wartet auf den Befehl zum Werkzeugwechsel. Wenn ein Programm abgeschlossen ist, kehrt jede Koordinatenachse zur Werkzeugwechselposition zurück und die Spindel stoppt gleichzeitig. Wenn der Werkzeugwechselbefehl gegeben wird, öffnet sich die Werkzeugwechseltür und der Manipulator fährt aus, um das Werkzeug zu greifen; Nachdem das Werkzeug durch die Klaue sicher festgeklemmt ist, wird der Hydraulikzylinder zum Lösen des Spindelwerkzeugs aktiviert, um den Spindelwerkzeug-Abziehmechanismus zu lösen, und das Spindelkegelloch wird gereinigt und ausgeblasen. Nachdem die Werkzeugfreigabe abgeschlossen ist, führt der Manipulator den Werkzeughydraulikzylinder ein und aus, um das Werkzeug aus dem Spindelkegelloch und dem Werkzeughülsenkegelloch herauszuziehen, und der hydraulische Schwenkzylinder dreht den Manipulator um 180 Grad, um das Werkzeug zu wechseln. Nachdem das Werkzeug eingesetzt ist, führt der Manipulator den Werkzeughydraulikzylinder ein und aus, um das ausgetauschte Werkzeug wieder in das Spindelkegelloch oder das Werkzeughülsenkegelloch der Werkzeugbibliothek einzuführen. Das Spindelkegelloch bläst Luft, der Spindelwerkzeugfreigabe-Hydraulikzylinder wird zurückgesetzt und der Spindelwerkzeug-Abziehmechanismus klemmt das Werkzeug durch die Tellerfeder wieder in das Spindelkegelloch. Schließlich fährt der Manipulator zurück, die Werkzeugwechseltür wird geschlossen und der Werkzeugwechselvorgang ist abgeschlossen [3].
III. Methoden und Maßnahmen zur Behebung von Spindelpräzisionsfehlern 3.1 Spindelwartungsplan
Vor der Wartung prüfen und demontieren, die Schrauben der vorderen Endabdeckung der Spindel entfernen und die Abdeckung abnehmen. Entfernen Sie das hintere Ende des Spindellockerungskolbens und die damit verbundenen Öl- und Luftleitungen, lassen Sie das Hydrauliköl aus der Leitung ab und wickeln Sie die Rohrmündung ein, um zu verhindern, dass Staub und Schmutz in das Rohr gelangen. Entfernen Sie die Kupplung, die die Spindel und das Getriebe verbindet, um die Spindel vom Getriebe zu trennen. Entfernen Sie die Rundmutter zur Einstellung der Zugstange am hinteren Ende der Spindel und machen Sie ein Protokoll als Referenz beim Zusammenbau. Entfernen Sie die Zugstange vom hinteren Ende der Spindel, indem Sie sie nach vorne klopfen, und nehmen Sie die Tellerfeder heraus. Ziehen Sie die Spindelhülse heraus. Entfernen Sie die axiale Positionierungshülse am hinteren Ende der Spindel. Ziehen Sie die Spindel nach links und verschieben Sie sie. Während Sie zum Schalten an der Spindel ziehen, entfernen Sie das Radial-Zylinderrollenlager durch Klopfen. Entfernen Sie den Einstellring und entfernen Sie dann nacheinander die Stellschrauben der Sicherungsmutter und der vorderen Lagergruppe.
Reinigen Sie die zerlegte Spindel, Zugstange und andere schlanke Teile, tragen Sie zum Schutz Öl auf und stellen Sie sie vertikal auf, um Biegung und Verformung zu vermeiden. Anschließend die restlichen Teile demontieren, reinigen und ordnungsgemäß lagern. Beobachten Sie bei der Demontage der Spindel mehr, achten Sie auf einige Original-Montagemaßstäbe, machen Sie entsprechende Markierungen und versuchen Sie, die Fehlerstelle zu finden.
Vor dem Zusammenbau müssen alle Teile sorgfältig gereinigt werden und es sollte darauf geachtet werden, dass den Lagern im Vorfeld beim Zusammenbau eine angemessene Menge Fett zugeführt wird. Die Montagereihenfolge erfolgt in umgekehrter Reihenfolge wie oben bei der Demontage. Abschließend wird die Spindelbaugruppe debuggt, installiert und ohne Last getestet.
3.2 Demontage der Spindel
1) Überprüfen Sie die Spindel vor der Demontage. Überprüfen Sie die Spindelfunktion vor Ort. Wenn die Spindeldrehzahl 1000 U/min beträgt, ist am hinteren Ende der Spindel ein deutlich ungewöhnliches Geräusch zu hören. Die Spindel stoppt, der magnetische Messgerätehalter wird auf dem Arbeitstisch adsorbiert und gleichzeitig wird die Y-Achse nach unten bewegt. Der Messuhrkontakt mit einer Genauigkeit von 0,01 mm wird auf die Außenfläche der Spindel gedrückt. Verwenden Sie das Handrad, um die X-Achse zu bewegen und den höchsten Punkt zu finden. Der Messuhrkontakt wird am höchsten Punkt der Außenfläche der Spindel gedrückt, der oberen Erzeugendenposition. Die Spindel wird manuell gedreht, damit sich die Spindel um einen Kreis dreht. Der Zeiger der Messuhr lenkt zwei Raster ab, was 0,02 mm entspricht; Drücken Sie mit der gleichen Methode den Messuhrkontakt an der Endfläche der Spindelkernstange, bewegen Sie die Z-Achse, drücken Sie auf das Messgerät und drehen Sie die Spindel manuell, nachdem das Messgerät auf Null gestellt ist. Der Zeiger der Messuhr lenkt zwei Raster ab, d. h. die axiale Bewegung der Spindel beträgt 0,02 mm. Öffnen Sie die vordere Endabdeckung der Spindel und prüfen Sie. Alles ist normal und es wurden keine Lager gefunden. Bewegen Sie die Y-Achse an das unterste Ende, um die interne Übertragungsstruktur des Spindelkastens zu sehen. Am oberen Ende des Spindelkastens befinden sich von links nach rechts 3 schwarze Gummischläuche. Die beiden linken sind Ölleitungen, die die Spindelkühlvorrichtung verbinden. Öffnen Sie die Ölleitungsverbindung, und es fließt kein Öl in die Ölleitung. Folgen Sie der Ölleitung und stellen Sie fest, dass diese beiden Ölleitungen Umlaufölleitungen des Spindelkühlschranks sind und die andere Gummileitung eine Kühlmittelleitung ist.
Bei der Überprüfung des Betriebszustands des Kühlschranks wurde festgestellt, dass die Stromversorgung des Kühlschranks normal war. Eine weitere Beobachtung des Anzeigefeldes ergab, dass die Pumpe des Kühlschranks nicht funktionierte und das Kühlgerät nicht funktionierte. Öffnen Sie die hintere Abdeckung des Kühlschranks und achten Sie darauf, dass sich die Lüfterflügel des Kühlpumpenmotors und der Kühlventilator nicht drehen. Messen Sie mit einem Multimeter die Glasrohrsicherungen der drei Stromkreise, die alle intakt sind. Drücken Sie mit einem Schraubendreher kräftig auf den linken Schütz und stellen Sie fest, dass sich der Kühlmotor dreht. Wenn der Schraubendreher jedoch entfernt wird, werden die Schützkontakte zurückgesetzt und der Kühlmotor stoppt. Drücken Sie auf die gleiche Weise kräftig auf den rechten Schütz und stellen Sie fest, dass der Kühlventilator des Kühlschranks funktioniert. Wenn der Druck stoppt, werden die Schützkontakte zurückgesetzt und der Kühlventilator hört auf zu arbeiten. Nach den oben genannten Vorgängen wurde festgestellt, dass ein Problem mit dem Steuerkreis des Kühlschranks vorliegt. Eine weitere Untersuchung ergab, dass es ein Problem mit einer Steuerplatine in der unteren linken Ecke gab. Nach dem Austausch der Leiterplatte mit derselben Spezifikation funktionierte der Kühlschrank normal und das Spindelkühlgerät zirkulierte normal.
Als die Spindelgeschwindigkeit 1000 U/min betrug, war sie 30 Minuten lang im Leerlauf und das ungewöhnliche Geräusch bestand immer noch. Als die Geschwindigkeit auf 800 U/min geändert wurde, wurde das Geräusch lauter. Eine umfassende Analyse ergab, dass die Spindelbaugruppe zerlegt, die Lager ausgetauscht und die Lager vor-festgezogen werden mussten [4].
2) Entfernen Sie die periphere Schutzplatte des Spindelkastens und die peripheren Öl- und Gasleitungen und -leitungen an der Spindel. Stoppen Sie die Werkzeugmaschine in einer Position, die für die Demontage der Spindel geeignet ist, drücken Sie den Not-Aus-Knopf und unterbrechen Sie die Hauptstromversorgung, demontieren Sie die Trennwand oder Abschirmung am Spindelkasten und andere periphere Zubehörteile, die die Demontage behindern, markieren Sie die Öl- und Gasleitungen und die Positionen der Erkennungsschalter beim Greifen und Loslassen des Werkzeugs und entfernen Sie sie dann. Entfernen Sie den Hydraulikzylinder zum Lösen des Werkzeugs, um die hintere Endabdeckung der Spindel freizulegen.
3) Lösen Sie den Riemen an der Spindelriemenscheibe. Lösen Sie die Befestigungsschrauben am Spindelmotor, lockern Sie den Riemen, so dass die Riemenscheibe vom Riemen getrennt werden kann, lösen Sie dann die Feststellschrauben an der Endfläche des sich verjüngenden Lochs der Spindel, setzen Sie einen Aluminiumstab auf das hintere Ende der Spindel, um die Spindel herauszuschlagen, und die Spindel wird zerlegt.
3.3 Demontage der Spindel
Die Spindelstruktur ist in Abbildung 1 dargestellt. Entfernen Sie die hintere Abdeckung, schrauben Sie die Mutter ab, nehmen Sie die Schubstange vom vorderen Ende heraus, nehmen Sie die Tellerfeder vom hinteren Ende heraus, überprüfen und reinigen Sie sie und bringen Sie sie in Ordnung.
Abbildung 1 Spindelstruktur
1-Achsenkern 2-Vordere Endabdeckung 3-Achsensitz 4, 8-Lager 5-Erste Sicherungsmutter 6-Durchgangsloch
7-Tellerfeder 9-Staubschutz 10-Erste Bogenzahnscheibe 11-Zweite Sicherungsmutter
12-Zweite Bogenzahnriemenscheibe 13-Mutter 14-Dritte Sicherungsmutter 15-Hintere Endabdeckung 16-Druckstange
17-Erstes Distanzstück 18-Zweite Distanzscheibe 19-Zugklaue 20-Schraube Entfernen Sie nach und nach die Riemenscheibe und entfernen Sie die Staubschutzhülle. Bei der Demontage des Spindellagers wurde festgestellt, dass die Halterung des zweireihigen Axial-Radialkugellagers am vorderen Ende der Spindel gebrochen war. Dieses Phänomen ist der Fehlerpunkt der Spindel. Das Lager muss ausgetauscht und vorgespannt werden. Reinigen Sie die demontierten Teile mit Kerosin und prüfen Sie sie auf Beulen und Verschleiß, insbesondere die Montagebezugsfläche und die Stirnfläche des Distanzrings [5].
3.4 Spindelmontage
Befestigen Sie die Spindel auf der Werkbank und tragen Sie eine Schicht Schmieröl gleichmäßig auf die Außenfläche des Spindelkerns auf. Installieren Sie den unteren Abstandshalter an der Außenfläche des vorderen Endes des Spindelkerns. Die Parallelität des Distanzrings sollte innerhalb von 0,002 mm liegen. Nachdem Sie den Spalt zwischen dem Käfig und der Kugel des Lagers gleichmäßig eingefettet haben, installieren Sie das Lager Rücken an Rücken auf der Außenfläche des vorderen Endes des Spindelkerns. Installieren Sie die inneren und äußeren Abstandshalter. Die Parallelität der inneren und äußeren Abstandshalter liegt innerhalb von 0,002 mm. Setzen Sie den Einbau der Lager entsprechend der Lagerkombination fort. Installieren Sie zuerst die vordere Spindelstützlagergruppe und dann die hintere Spindelstützlagergruppe. Installieren Sie den Innenring-Abstandhalter und die Sicherungsmutter (siehe Abbildung 2), ziehen Sie die Lagerbaugruppe vor-fest und montieren Sie die Sicherungsmutter gemäß den Demontagemaßen.
Abbildung 2 Installieren Sie den Innenring-Abstandshalter und die Sicherungsmutter an der vorderen Lagerbaugruppe. Überprüfen Sie nach dem Einstellen der Sicherungsmutter mit einem Mikrometer, ob die inneren und äußeren Abstandshalter weniger als 0,01 mm vom Spindelmittelpunkt entfernt sind, und prüfen Sie mit einem Mikrometer, ob die Ebenheit der Lagerendfläche innerhalb von 0,002 mm liegt, wie in Abbildung 3 dargestellt.
Abbildung 3 Verwenden Sie ein Mikrometer, um die inneren und äußeren Distanzstücke sowie die Ebenheit des Lagerendes zu überprüfen. Befestigen Sie das Mikrometer am Lager, um den Radialschlag des freien Spindelendes auf 0,005 mm genau zu überprüfen. Wenn es von der Toleranz abweicht, muss es mithilfe der Anti-Lockerungsschraube an der Kontermutter angepasst werden. Montieren Sie das hintere Stützlager Rücken an Rücken. Wischen Sie zuerst die Innenfläche der Hülse mit der Kühlzirkulationsnut sauber, tragen Sie eine Fettschicht gleichmäßig auf die Innenfläche der Hülse auf und schrauben Sie dann den Spindelkern mit der Lagerbaugruppe in die Hülse, d. h. montieren Sie die beweglichen und statischen Teile der Spindelbaugruppe [6].
Installieren Sie nacheinander den Distanzring und die Sicherungsmutter der Baugruppe und ziehen Sie die hintere Stützlagergruppe der Spindel vor-fest (siehe Abbildung 4).
Abbildung 4 Das Vorspannen der hinteren Stützlagergruppe der Spindel ist in Abbildung 5 dargestellt. Bringen Sie die vordere Abdeckung der Spindel an, platzieren Sie die Spindel horizontal auf dem V--Block und stellen Sie den Spalt mit einer Fühlerlehre auf 0,03 mm ein. Überprüfen Sie mit einem Mikrometer den Rundlauf der Spindel auf 0,002 mm und stellen Sie ihn mit der Sicherungsmutter ein. Räumvorrichtung zusammenbauen. Montieren Sie den Hydraulikzylinder zum Lösen des Werkzeugs, installieren Sie die Synchronriemenscheibe und installieren Sie die Spindel und das Peripheriezubehör.
Abbildung 5 Installation und Einstellung der vorderen Abdeckung der Spindel 3.5 Spindeltest
Der Spindeltest sollte schrittweise von niedriger Geschwindigkeit zu hoher Geschwindigkeit durchgeführt werden, und der Leerlauf sollte 2 Stunden überschreiten, während die Hochgeschwindigkeitsdrehung 30 Minuten nicht überschreiten sollte. Die Temperatur des Lagers sollte während des Betriebs der Werkzeugmaschine jederzeit überprüft werden. Die Temperatur des Spindelwälzlagers sollte bei höchster Drehzahl 70 Grad nicht überschreiten. Während des Betriebs sollten Sie auf das Rotationsgeräusch der Maschine achten. Wenn es normal läuft, sollte das Geräusch ein gleichmäßiges Surren sein; Wenn es abnormal ist, gibt es verschiedene Geräusche ab, wie z. B. Ganggeräusche, leichte Klopfgeräusche, heisere Reibungsgeräusche oder klappernde Metallgeräusche usw. [7]. IV. Fazit: Durch kontinuierliches Üben und Sammeln wurden durch Zerlegen und Reparieren der Spindel des Bearbeitungszentrums die Gerätespindelerwärmung, schlechte Präzision und hohe Geräuschstörungen behoben und die Spindelgenauigkeit wiederhergestellt. In diesem Prozess habe ich mich mit der mechanischen Struktur der Werkzeugmaschinenspindel vertraut gemacht, die Reparatur-, Montage- und Einstellmethoden beherrscht, umfangreiche Wartungserfahrung gesammelt und zuverlässige technische Daten für die zukünftige Wartung der Ausrüstung bereitgestellt.
