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1、在实操教学中渗入机床维修调试专业课程 摘要 若能在数控加工的实操教学中适当、合理地渗入机床调试课程知识，仅在数控加工这一专业中，既填补了学生对机床维修调试知识需求的空白，同时也满足了对学校机床进行定期的调试、保养。 主轴是整台机床的核心部件，对整台机床性能影响最大，并且现在各企业越来越重视主轴动平衡调试，因此，笔者认为在实操教学中加入机床主轴动平衡试验是最理想的选择，不仅对机床没有任何伤害，还能对机床进行保养调试。本文以北京第一机床厂XKA714系列数控铣床的主轴动为例，介绍如何将主轴动平衡的简单测量、调整方法渗入实操教学。 1 动平衡试验简介 动平衡试验调整的目的是将主轴组的重心和主轴的旋转
2、中心调整到一致。测试是在装配完成后的机床上进行的，将整体的主轴组称为转子。由于主轴组在转动过程中产生的弹性变形很小，所以主轴组属于刚性转子。在其转动过程中不仅要求其惯性力达到平衡，还要求由惯性力引起的力矩也要达到平衡，这样才认为这个主轴组是动平衡的。 2 动平衡试验在教学中的应用 在实操教学、学生训练操作过程中，不免会出现碰撞、操作失误等问题，不可避免地会导致主轴组的重心偏离主轴的旋转中心，若没有及时得到解决，会影响机床加工精度及使用寿命。笔者曾经使用振通907双通道动平衡仪做过类似试验。此动平衡仪操作简单，在使用过程中要求操作者具备物理、工程力学、机械基础、公差、数控基础、机械原理、电工基础
3、等相关知识，因此在试验中也为学生提供了综合应用所学知识解决问题的条件。 在检测过程中采用单通道测量办法，测量震动的加速度、速度、位移和高频加速度。这些数值之间有着相互关联关系，因此只要有一个数值符合要求，就称系统是动平衡的。在这里，笔者以位移值作为检测标准为例进行说明，要求学生查找资料数控机床主轴振动的测量规定，得知数控床身铣床主轴在运转过程中震动的最大速度值为1.2 mm/s。根据这个条件，组织学生进一步进行试验。 动平衡仪的安装在动平衡仪选用的过程中，需要学生掌握相关的物理知识。主轴的噪声由多方面因素引起，首先要判断主轴震动的噪声是否是由于主轴动不平衡引起的。只有由于主轴动平衡原因引起的主
4、轴震动噪声大，才可通过这项工作对主轴进行调试。先将动平衡仪连接好，并将传感器置于主轴下部轴承的水平方向上，在这里对学生在机械基础方面知识的掌握有要求。 将主轴的转速调整到产生噪声最大时的数值，这个时候的主轴震动是最剧烈的，此时开始测量波形谱。当波形谱中出现幅值的剧烈突变时，而这个最大值又正好处于当前频率时，就可以确切地判定这个主轴组是处于动不平衡的。 动平衡仪的调试应用当判定了主轴动不平衡以后，将动平衡仪调整到分析功能上，测试主轴在这个转速上的震动位移值。需要测量主轴在X、Y、Z三个方向上的震动位移值，找出其中最大的数值，从而判断出主轴在哪个方向震动最大。通常来说，Z向的震动位移值是最小的（一
5、般可省略对此方向的震动测量）。通过比较，找出一个最大的数值，然后就以这个数值的方向作为调整的重点。 在数控铣床XKA714主轴的设计过程中，已经为动平衡的调整预留出调整孔。动平衡的调整通常是通过增加和减少重量的方法来进行调整的。通过仪器的测量可以求得应增加重量的单位。为了方便，首先要求学生自制一些相同重量的螺钉，或者用天平测量出一些质量相同的螺钉，调整螺钉的质量在23 g之间，如图1所示。这样比较容易安装调试。 检测顺序如下。 1）设置参数。打开动平衡仪器的面板电源，不进行任何操作，进入界面后进行参数设置。907平衡仪可以存贮10组转子过程的各种数据，通过数字输入作为动平衡操作对象的转子号09
6、。首先键入1，记为第一组数据，选择操作类型为单面动平衡，测量方式为速度（vel）。由于选择的是单面平衡，键入传感器a为4.96（若选择的是双面平衡，也需输入传感器b灵敏度）。 2）初始测量。首先，按下ENTER键，进行转速测量，待转速稳定后再次按下ENTER键片刻，开始进行振动测量。此时，幅值、相位的数值也在不断变化，待数值趋于稳定后按下ENTER键片刻，退出测量。这样测量出在未增加质量的时候主轴组的震动位移值。这个时候动平衡仪显示震动速度值x.x mm/s，与1.2 mm/s作比较，若相差比较大，需要通过调整主轴质量使主轴达到动平衡。 3）计算试重重量，然后在1平面加试重测量。首先根据国际标
7、准推荐的公式估计试重重量。在这里要求学生通过机床技术参数查找机床主轴转子的重量、转子的最大转速、试重位置的半径，根据ISO1940查得所平衡机器要求的平衡精度等级，并通过数字键输入动平衡仪中，并按ENTER键进行选择。按照907提供的试重重量范围在1平面的某一角度加试重，即在调整盘圆周上的任意一个调整孔内拧入一个螺钉，如图2所示，一般考虑加在主轴自然静止时的上部。然后重新开机，当机器的转速达到稳定后，按ENTER键进行测量。此时，屏幕上将显示加试重的效果，如图3所示。 试验后，在仪器上显示的测试点的相位变化量数值为32，大于25，表示所加试重的重量和位置合适，试验成功；相反，若小于25，则表示
8、所加试重的重量和位置不合适，须重新做试验，直到仪器上显示的测试点的相位变化量数值大于25，才能表示成功。 3 总结 主轴的动平衡检测在机床的生产制造中有着很重要的作用。一旦主轴出现动不平衡现象，从机床的表面上来讲，会造成机床噪音超标、震动超标等现象，从根本上说会严重影响机床的精度，导致机床质量不过关等一系列问题。如今，动不平衡现象的发生越来越普遍，为了保证机床的质量、加工精度等，机床对主轴动平衡的检测和调整的需要越来越重要，对于生产数控机床的企业也越发的不可缺少。对于一名数控员工来说，掌握一套动平衡检测方法更是一个竞争优势。 在动平衡试验上，笔者曾做过大量试验，经过多次学习、测量、分析、研究，总结出多套针对不同机床所采用的不同的检测和调整方法，方法大大缩短了动平衡检测调整的周期，避免了一些由于某种客观原因而造成的不能正常检测的困难，提高了工作效率，降低了工作成本。正因如此，笔者在数控教学中极力将这个知识推荐给学生。学生不仅仅是重复试验，更重要的是充分理解此类试验后，能够充分发挥自己的能动性，针对不同种类机床进行试验，并且总结出自己的一套试验方法，这在今后的就业中是一个非常大的优势。