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普通铣床的主轴、刀杆、进给的保养
R8 弹簧夹头与拉杆、卧铣的刀杆、镶条与反向间隙、主轴头的倾斜(找正)和变速手柄的操作。周期、油种、拧紧力矩、允许值,以您手边机床的使用说明书为最优先。此处的数值是公开资料中出现的示例(海外小型转塔式铣床的使用说明书、日本国内某厂商的检验成绩单等),因机型而异。调整镶条和主轴头时,须先停止主轴和进给并切断电源。
⚙保养与点检
- 弹簧夹头的内侧和刀具柄部保持干燥清洁,只对外侧的滑动面薄薄润滑R8 弹簧夹头、主轴锥孔
新刀具、弹簧夹头要先去除防锈油再使用。刀具上沾的导轨油和切削液也要不时擦掉。使用与刀具直径相配的弹簧夹头,并用拉杆拉到底
在 Tormach 的拉拔试验中,弹簧夹头内侧处理不当会使刀具夹持力下降约 66%,疏于拉杆周围的润滑和保养则下降约 70%。夹持力随处理方式不同,在约 600~3750 lb(约 2.7~16.7 kN)之间变化。Baileigh 把“刀具在弹簧夹头内打滑”的原因归于夹头没有到底、直径不合、配合面有杂物。加州大学河滨分校写道,务必让刀具直径与弹簧夹头直径一致[1][2][3]
- 手拧的拉杆不要拧得过紧。螺纹磨损了就更换拉杆
Tormach 称,通常不需要超过 30 ft·lb(约 41 N·m),即使严苛加工也是 40 ft·lb(约 54 N·m)。轻加工、小直径刀具不需要那么大
拧得过紧会缩短弹簧夹头和拉杆的寿命。拉杆座面的咬伤多半可以用车床修复,但螺纹磨损明显就该更换了。更换拉杆时最好连弹簧夹头一起换(Tormach)[1](单一资料·仅供参考)
- 要明白 R8 的键槽是用来对位的,并不传递旋转力R8 主轴的键(防转销)
把拉杆充分拧紧,不要对锥面施加过大的扭矩
拉杆拧紧不足或锥面过载时,主轴内的防转销可能被剪断(Tormach)[1](单一资料·仅供参考)
- 动力拉杆要等主轴停稳后,在施加制动的状态下操作动力拉杆
Baileigh:把气压调到 90 psi,停机,握住主轴制动手柄的同时按下拧紧(白)、松开(黑)按钮。加州大学河滨分校:把主轴套筒升到最高位置并锁住,用手托住刀具和弹簧夹头后再按按钮(不托住的话会掉下来损坏)。装入时,使弹簧夹头的键槽对准主轴的键
主轴旋转时操作动力拉杆,会损伤拉杆和主轴(Baileigh)。Tormach 建议不时检查拉杆上部碟形弹簧(垫圈叠)有无裂纹、数量是否足够,并每年更换一次(该公司带动力拉杆机型的示例)[2][3][4]
- 刀杆尽量用短的,刀杆支架放在靠近铣刀的位置铣床用刀杆、刀杆支架
刀杆用拉杆拉入主轴锥孔固定。拆卸时先退回拉杆,再敲击端部把锥柄敲出。刀杆前端由装在悬梁上的刀杆支架的轴承(衬套)支撑。轴承套环可移动的刀杆(Style B)能把支架放在靠近铣刀处,适合重切削
刀杆支撑点远就容易挠曲。美国陆军教材教导,使用能满足加工要求的最短刀杆。不要试图用机床动力拧紧刀杆螺母(该教材的安全规则)。刀杆及附件的形状、尺寸由 JIS B 6104(修改采用 ISO 839-1、839-2)规定[5][6]
- 保持铣刀处于可切削状态,避免碰撞地保管铣刀
用合适的转速,能用切削油的地方就用。不要碰到虎钳钳口、卡盘、螺栓。变钝的刀要做标记送去磨削。保管前清扫并薄薄涂一层油
转速过快会因过热加速磨损,变钝的刃口多耗动力,其产生的热使刃尖变软(美国陆军教材)[5](单一资料·仅供参考)
- 镶条要调到既没有间隙、导轨面又不发涩的位置镶条(楔形调整板)
拧紧镶条精度提高但动作变沉,放松则轻快但精度下降(Baileigh)。一点一点拧紧并测量间隙(空程),在间隙开始增大之前停住(Tormach)
拧得过紧导轨面无法保持油膜、摩擦增大,过松则间隙增大(Tormach)。Baileigh 写道,调整镶条前要先切断电源[2][7]
- 楔形镶条靠两端的螺钉推拉来调整,调完后务必把两个螺钉都拧紧镶条(各轴)
先把一侧的螺钉松几圈,再拧紧另一侧,然后把松开的一侧拧回。一边用测试表看跳动一边重复(Etsuki)。各机型的做法见下表
松开一侧的螺钉后忘了拧紧就开动的话,楔形镶条会咬入缝隙,使滑鞍、工作台、升降台动不了(Etsuki)。Tormach 也提醒,调整后不把两个螺钉都拧紧,镶条会移位[8][2][7]
发布方 方法 Etsuki(升降台式立铣。日本厚生劳动省手册的卷末资料) 滑鞍(Y):取下前后的橡胶帽,把后面的螺钉松约 3 圈,前面的拧紧 1~2 圈,再把后面的拧回。工作台(X):把右侧(薄侧)松约 3 圈,拧紧左侧(厚侧),再把右侧拧回。升降台(Z):上下间隙小时,松下面拧紧上面;大时,松上面拧紧下面 Baileigh Industrial(转塔式) 工作台:把左端的调整螺钉顺时针拧,用手移动时有些许拖滞感为止。滑鞍:拆下风琴式护罩和刮屑板,从孔里同样操作。升降台:拆下刮屑板,同样操作。滑枕:松开锁紧螺母,用一字螺丝刀拧两个调整螺钉,再把锁紧螺母拧回 Tormach(小型 CNC 铣床。燕尾槽导轨) 先把镶条充分放松并测量间隙,每次拧紧 1 圈就重测一次。间隙开始增大时退回一档。调整 Z 轴时用木块支住主轴头。X 与 Y 相互影响,不能只凭一个轴决定 - 升降台的镶条拧得太紧或太松都会损害精度升降台(Z 轴)的镶条
Etsuki 的参考值是:把百分表抵在虎钳钳口附近,上下移动升降台时的跳动(上下间隙)在 5 µm 以内
拧得过紧,导轨面阻力会使升降台每次升降都倾斜,孔会变成长圆孔。也会导致镶条和导轨面异常磨损。放得过松则整个升降台下沉而前倾,导轨面上部张开,只有下部受到强烈摩擦而出现偏磨,即使拧紧镶条精度也恢复不了(Etsuki)。Tormach 列举了一个失败例:Z 轴镶条松导致主轴头朝下,却用在立柱根部加垫片的“找正调整”去修,结果机床一直处于平行四边形的变形状态,并提醒不要先入为主地断定原因[8][7]
- 测量进给的间隙(空程),并区分逆铣与顺铣时的处理进给丝杠(反向间隙)
把百分表沿轴的移动方向抵住,向一个方向进给并归零,前进规定量后退回,把读数的残差作为间隙(Tormach。空载测量)
间隙包括镶条与导轨面油膜之间的缝隙、支撑进给丝杠的轴承间隙等(Tormach)。工件逆着铣刀旋转方向进给的逆铣中,切削力会把丝杠的间隙压向一侧。顺铣时如果不尽量消除间隙和挠曲,工件会被拉入或啃入(美国陆军教材)。加工出的零件尺寸也会因刀具、工件的挠曲和热而变化,所以不能作为机床精度的指标(Tormach)。关于普通机床进给丝杠螺母的反向间隙调整步骤,公开资料中没有找到[7][5]
- 不用的轴要夹紧,但不要夹得过紧工作台、滑鞍、升降台的夹紧
只用工作台左右进给铣削时,把升降台夹紧在立柱上,把滑鞍夹紧在升降台上。滑鞍的夹紧用适度的力即可。不使用工作台左右移动时,就夹紧工作台
刚性提高,能抑制振动,进行大切深加工。夹紧过紧会使工作台略微发涩(Baileigh)[2](单一资料·仅供参考)
- 改变进给方向时,先停下再切换工作台的动力进给
把方向手柄拨回 OFF,待工作台完全停止后再拨向相反方向。快速进给按钮用于定位,铣削过程中不要使用。限位挡块(行程挡块)每轴各 2 个,碰到后动力进给就会断开。断路器跳闸后按下复位
高速运动时突然改变方向,会损坏动力进给的齿轮(Baileigh)[2](单一资料·仅供参考)
- 倾斜主轴头之后,固定用的螺栓、螺母要按规定扭矩拧紧主轴头倾斜(倾转、点头)的紧固螺栓
各机型的数值见下表。拧紧后重新测量垂直度
Baileigh 提醒,拧得过紧会使主轴套筒变形[9][10]
发布方 部位 扭矩 Baileigh Industrial(VM-949) 使主轴头倾斜的 4 个锁紧螺母 25 ft·lb(约 34 N·m) 华盛顿州职业教育教材 倾转 4 个、点头 3 个(也有 6 个的机型) 50 ft·lb(约 68 N·m) - 高低速切换须在电机停转后进行主轴头的高低速(Hi–Neutral–Lo)手柄
用手稍微转动主轴,离合器和齿轮更容易啮合。空档(Neutral)是主轴可用手自由转动的位置,用于对中和装夹准备
Baileigh 和加州大学河滨分校都禁止在旋转中切换。高速(直连)时由锥形离合器齿带动主轴旋转。啮合浅时会发出离合器的声音(哗啦声),所以要随离合器的磨损抬高定位板(detent plate)。空档出不来时,把定位板翻面(Baileigh)[2][3]
- 无级变速的手轮,要在主轴旋转状态下转动变速(无级变速)主轴头
转速按主轴头的显示(高速用、低速用两个刻度)读取
加州大学河滨分校 Bridgeport 型的示例。也有用变频器变速的机型,操作按使用说明书[3](单一资料·仅供参考)
- 不要用手让主轴停下,关闭开关后用制动器停住主轴制动器
Baileigh 的制动器是上下扳动手柄来制动的方式,没有调整机构,磨损后更换。新潟大学的实习机,设为施加制动后,按停止按钮会急停,之后制动器仍然起作用(换刀时也使用)
- 确认主轴套筒的自动进给能被挡块自动脱开主轴套筒自动进给的脱开(进给跳脱,feed trip)
出厂时已调成自动脱开。若偏移了,用跳脱杆下方的内六角止动螺钉修正,并确认上下两个方向都能脱开。向下时,使套筒挡块的螺母碰到跳脱手柄;向上时,使其碰到反向跳脱的球形手柄
[2](单一资料·仅供参考)
▦镶条间隙(跳动)的测量方法与参考值(Etsuki 升降台式立铣的示例)
| 轴 | 测量方法 | 出厂时的值 | 调整的参考值 |
|---|---|---|---|
| Y(滑鞍) | 在滑鞍左端抵上 1 格 2 µm 的表并归零,用力前后推动工作台的端部 | 3〜4 µm | 贴合不良时会跳动 10~30 µm。用前后的螺钉调整,把跳动尽量减小 |
| X(工作台) | 在工作台上抵上表并前后推动(含滑鞍跳动的综合值。若为 8 µm,减去滑鞍的 4 µm,工作台为 4 µm) | 综合 4~8 µm | 10 µm 以内 |
| Z(升降台) | 把表抵在方块(或虎钳的基准侧)上,用 Z 手柄上下移动升降台,读取最大跳动(上下间隙) | 虎钳钳口附近 4~5 µm | 5 µm 以内 |
日本厚生劳动省 Monozukuri Meister(制造业技能大师)用手册的卷末资料(由株式会社 Etsuki 提供)。滑鞍镶条贴合不良,工作台左右运动与台面的平行度(JIS 规定左右全行程在 0.03 mm 以内;出厂时 0.01 mm 左右)就达不到,但该数值是含 Z、X 间隙的综合值,所以并非拧紧就行。其他机床按使用说明书的数值[8](单一资料·仅供参考)
▦资料中出现的拧紧扭矩(ft·lb)与 N·m 的换算
| 部位 | 资料的值 | N·m(按 1 ft·lb = 1.356 N·m 换算) | 发布方 |
|---|---|---|---|
| 使主轴头倾斜的锁紧螺母(VM-949) | 25 ft·lb | 约 34 N·m | Baileigh Industrial |
| 手拧拉杆(一般加工) | 最大 30 ft·lb | 约 41 N·m | Tormach |
| 手拧拉杆(严苛加工) | 40 ft·lb | 约 54 N·m | Tormach |
| 主轴头倾转、点头的紧固螺栓 | 50 ft·lb | 约 68 N·m | 华盛顿州职业教育教材 |
÷找正(主轴头垂直度调整)的步骤与调整量
- 取下虎钳,把工作台放在中央。把主轴套筒升到最高并锁住,主轴头回到不倾斜的中立位置(华盛顿州的教材)
- 在主轴上装好找正用的臂,并先装上表。臂要选能从主轴中心伸出 4 英寸(约 100 mm)以上的
- 升起升降台,把表压入约 0.020 英寸(约 0.5 mm),锁住升降台。压入过多的话,越过 T 形槽时会受到强烈撞击而使读数失真。要在没有刮研痕迹和划伤的地方测量
- 用手转动主轴,比较左右(3 点钟和 9 点钟)、前后(12 点钟和 6 点钟)的读数
- 左右倾斜(倾转):松开主轴头正面的 4 个紧固螺母,用蜗杆退回读数差的一半(因为回转中心在两点中间)。拧紧后重新测量
- 前后倾斜(点头):松开滑枕上的 3 个(也有 6 个的机型)螺栓来调整。由于回转中心较远,两点的读数会同方向以不同速度变化,退回一半是对不上的。一点一点移动并重新测量
- 反复调整直到 4 点的读数一致。修正一边后,另一边可能会偏移
- 左右的调整量
- 退回量 =(右侧读数 − 左侧读数)÷ 2(华盛顿州的教材、加州大学河滨分校的“读数的一半”)
- 开始调整的参考
- 左右、前后之差超过 0.001 英寸(约 0.025 mm)时(华盛顿州的教材)
- 检验成绩单的允许值
- 回转直径 300 mm 为 0.02 mm。工作台前端不得偏低(Etsuki 升降台式立铣的检验成绩单。见“精度点检”一节)
- 计算示例:条件
- 假设左右读数之差为 0.04 mm(用于说明的示例)
- 计算示例:结果
- 用蜗杆退回 0.02 mm,左右读数就会趋近一致。之后调整前后,再检查一遍左右
Baileigh 写道,工作台通常做成前侧略高(约 0.0005 英寸=约 0.013 mm)。主轴头大幅倾斜之后,不要只靠蜗杆把头扶起来(见“安全”一节)[10][3][2]
📚参考资料
没有标记的项目,是不同发布方的 2 份以上资料内容一致的。数值、周期以各机型的规定为准。文字表述由 Kezuriba 自行归纳。
- Tormach“770M Knowledge Base: Preventing Collet Slip(R8、TTS 弹簧夹头的夹持力试验与建议)”
- Baileigh Industrial(JPW Industries)《Operator's Manual VM-1054-3 Vertical Milling Machine(Rev. 3/2013)》
- 加州大学河滨分校机械工程系《Machine Shop Standard Operating Procedures for Manual Milling Machines(V5,2011-11-15)》
- Tormach「770M Knowledge Base: Chatter」
- 美国陆军(TRADOC)“TC 9-524 Fundamentals of Machine Tools(1996-10-29)第 8 章 Milling Operations(everyspec.com 上的副本)”
- 日本规格协会(JSA)《JIS B 6104:1998 铣床用刀杆及其附件——形状、尺寸 书目》
- Tormach「PCNC 440 Knowledge Base: Lost Motion Testing and Gib/ACB Adjustment」
- 厚生劳动省《利用技能竞赛培养人才的举措手册 铣床工种篇(卷末参考资料 2:含株式会社 Etsuki 提供的镶条调整步骤、几何精度检验方法、检验成绩表)》
- Baileigh Industrial(JPW Industries)“Operator's Manual VM-949-1/3 Vertical Milling Machine(Rev. 04/2015)”
- 华盛顿州社区与技术学院委员会(WA Open ProfTech,Wenatchee Valley College 制作)《Introduction to Machining 9.5 Work Setup(主轴头找正、虎钳找直角。CC BY 4.0,LibreTexts 收录)》
- 新潟大学工学部“第 10 章 万能铣床加工(实习教材,操作盘说明中的主轴制动器)”