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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。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。