摘 要：S600立式加工中心机械结构及导轨常见故障现象和检查方法，动柱式立式加工中心直线导轨的拆除、安装方法及调整、检查以及机床精度检查和试加工过程。
关键词：直线导轨；导轨滑块；导轨垫片；机床精度；润滑
DOI：10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2017.10.17
1 机床结构及特点
1.1 立式加工中心机械结构
立式加工中心按机械结构可分为3种，第一种为定柱式立式加工中心，即立柱为固定型结构，工作台运动，此类型加工中心工作台多采用十字滑台结构，主轴箱沿立柱上下移动为Z轴，鞍座带着工作台在底座上做前后移动为Y轴，工作台在鞍座上做左右方向移动为X轴。第二种为动柱式立式加工中心，即工作台固定（或双工作台可交换），立柱运动型结构，其X轴导轨安装到机床底座上，Y轴安装在X轴方向的鞍座上，立柱安装到Y轴鞍座上，Z轴沿立柱上下移动 。第三种为龙门加工中心，即立柱为龙门式结构，有定梁式、动梁式、动柱式、天车式等结构。
1.2 导轨特点
立式加工中心导轨常采用贴塑滑动导轨和直线滚动导轨2种。贴塑滑动导轨结构简单、静刚度好、抗振性好、制造方便，缺点是摩擦因数大，在低速时会出现爬行现象，从而降低了定位精度。目前大部分机床采用直线滚动导轨，优点是运动性能好、摩擦因数低、精度高，安装调整方便且导轨出现故障后可进行更换。滑动导轨磨损后处理起来相对复杂，需要进行磨削并进行导轨贴塑等处理。随着使用年限的增加，特别是使用10 a以上的加工中心，由于润滑效果差、维护不到位、零部件老化，或有较大冲击时会出现机械部件损坏的情况，如直线导轨故障和滚珠丝杠故障，轻则影响加工尺寸，重则停机待修，严重制约生产的进行。
在实际机床修理中，导轨的修理与更换属于有一定复杂系数的机械修理，需要掌握相关的技能，如机床精度检测、机械装配、伺服调整、参数检查、负荷检测等。
2 导轨故障现象
当导轨出现故障时，机床会表现出一些异常，如加工产品表面粗糙度下降，加工尺寸不稳定，忽大忽小无法满足工艺要求，机床运动声音增高并伴有异音等。2016年初，S600立式加工中心操作人员反映说该机床Z轴尺寸不稳定，对好刀后加工几件产品后Z轴加工尺寸就发生变化，误差达到0.1～0.12 mm，比原来0.02 mm下降不少，且Y轴也偶尔出现尺寸变化，不过变化较小，未影响到加工精度。该加工中心是典型的动柱式结构，有X，Y，Z共3个轴，配置发那科0iMC数控系统，可交换工作台，换刀系统为机械手加刀库，刀库可安装24把BT40刀具，已经使用11 a。
3 故障检查
清洁工作台上的碎屑并用棉布将工作台面擦拭干净，将600×350 mm方尺竖直放置到工作台上，与Y轴平行，将X轴移动到回零点附近，用百分表检查Z轴移动的直线度，在YZ平面和XZ平面上Z轴直线度都在0.02 mm/300以内。在主轴上安装BT40检棒，用百分表检查主轴的径向跳动，主轴端部跳动0.01 mm，300 mm处跳动0.015 mm也合格。检查Y轴移动的直线度，也在也正常范围。然后用方尺检查X轴移动直线度，结果在500 mm范围内就出现了0.3 mm的偏差。打开护罩查看X轴导轨，导轨锈蚀严重，滚珠槽上有好多小坑，初步判断X轴导轨已损坏（图1）。
图1 S600立式加工中心损坏的X轴导轨局部
4 故障排除方法
4.1 拆除X轴导轨
（1）拆前需要准备的辅助工具和备件：根据机床资料购买同型号的导轨1副（2根），注意规格要与原来一致；可调整的机床楔铁2个，钢垫块2块。方法是，测量立柱下表面与机床底座间距离，提前加工好合适的钢垫块，使机床楔铁和钢垫块加起来的高度小于立柱下表面与机床底座距离1 mm，这样调整机床楔铁后正好能够起到撑起立柱的作用。
（2）拆除方法。考虑到2根X轴导轨位于立柱最下方的机床底座上，若将立柱拆下后修理更换，不仅结构复杂工作量大，且恢复起来精度很难保证。于是经过仔细考虑后采用“单根导轨更换法”。即先更换靠近工作台的一根导轨，待换上一根新导轨后再更换另一侧的导轨。
先将X轴两端护罩拆下，Y轴前端防护板拆走，漏出X轴导轨。将立柱沿X轴方向移动到导轨右端（操作者一侧），先拔出螺栓孔堵盖，松开并取出导轨左端部分露出的固定螺栓，留下最靠边的一条用于固定导轨，拆下导轨一侧用于定位的调整块。然后将立柱沿X方向移动到导轨左端，再松开并取出剩余的螺栓，同样也留下靠边的一条，然后拆下定位调整块。
此时可用手轮缓慢地将立柱移动到X轴导轨中间，先将刚才剩余的2条靠边螺栓拧出来，然后松开滑块与立柱之间的固定螺栓。将2套楔铁和垫块放到立柱两边与机床底座之间，并用百分表测量立柱将要移动的距离。用开口扳手调整楔铁高度，使立柱抬起0.2 mm(用百分表观察，这样做的好处是立柱微动处于安全状态)，这时先取出固定滑块的4条螺栓，然后轻轻地把导轨、滑块及滑块上的金属垫片一起取出。
4.2 安装X轴导轨
将买回的新导轨与拆下的旧导轨对比，发现2种导轨差距较大。这次购买的导轨为台湾上银公司产品，长度、宽度、孔距和旧导轨均一致，但导轨面高度和损坏的导轨面高度相比则高了6 mm，加上滑块后滑块面与旧导轨滑块面高度相比则高了1.4 mm。经过现场研究，决定还是采用这副新导轨，对于相差1.4 mm的问题，决定将垫片磨削后进行安装。
安装前需要注意的是2根新导轨中有一根是定位导轨，另一根是从动导轨，这个问题看导轨上的标记即可确定。一般情况下定位导轨上标有“A”字母，从动导轨上标有“B”字母。
将导轨底座清理干净，将标有A字母的一根新导轨及2个滑块紧靠导轨定位面放置并用螺栓轻轻带住，将固定导轨的调整块安装好并拧紧调整螺栓，将导轨滑块和已加工减薄了1.4 mm金属垫片通过螺栓与立柱固定，然后将调整楔铁降低，取出2个楔铁和2块垫块。给机床通电，沿X轴方向手动慢速移动立柱来回几次，然后逐步拧紧导轨和滑块上的全部螺栓，扭矩为88 N·m（根据所使用的螺栓确定）。这根导轨安装好之后，就可以更换另一根导轨了。用同样的方法将另一根导轨拆下并安装，最后安装好导轨护盖（图2）。
4.3 调整方法
（1）垫片调整及电流检测。如果购买的导轨和原先导轨尺寸完全一样，则安装起来要省事许多。这次购买的导轨，因滑块面与旧导轨滑块面高度相比则高1.4 mm，因此先将设备自带的4.6 mm厚度的4块垫片磨削到3.2 mm安装上后试验，X轴的运行电流结果显示空载电流在20%～80%变化，并伴有机床的震动。分析原因可能是垫片尺寸不合适导致丝杠受力过大。于是用楔铁和垫块再次撑起立柱拆除4块旧垫片，重新加工4块长98 mm、宽84 mm、厚4.6 mm的新垫片，并在上面钻4个直径为14 mm的通孔，孔间距离均为60 mm，采用材料45#钢，经调质处理，硬度为HRC35-40。安装上后试验X轴移动时的空载电流在额定电流的3%～6%，说明这次的垫片尺寸完全合适。仔细分析初次电流过大原因，可能是旧导轨磨损严重使其高度下降误导了维修人员使测量尺寸减小。
图2 换好的新导轨
（2）润滑检查及修理。用手动操作润滑泵，发现润滑压力只有100 Pa，这与其额定值压力650 Pa相差甚远，检查润滑管路，发现从履带出来进入立柱的分油管接口处破裂，导致润滑油漏油严重压力下降。于是对破裂油管进行更换，然后再次测试润滑压力达到了650 Pa，且润滑油可以分别到达4个滑块的润滑点及导轨上，保证了导轨及其滑块的润滑效果，可大大延长导轨及滑块的使用寿命。
（3）精度检查。检测主轴轴线与Z轴轴线运动间的平行度，侧母线为0.01/300 mm，正母线为0.01/300 mm；主轴锥孔的径向跳动，主轴端部为0.005 mm，300 mm处为0.01 mm。检测X轴轴线运动直线度，在ZX垂直平面内为0.02 mm，在XY水平面内位0.015 mm；检测Y轴轴线运动直线度，在YZ垂直平面内0.02 mm，在XY水平面内0.015 mm。精度检查满足工艺要求。
（4）安装护板。因新导轨高度增加6 mm，安装护罩时感到有些紧，仔细查看是每侧护罩里面各有4个铜滚轮在导轨上支撑着来回移动，以达到保护护罩的目的，这样就得对护罩进行改进。拆下护罩将铜滚轮安装部位降低6 mm，并重新加工3个已磨损的铜滚轮进行更换，安装好后护罩运行良好。
（5）加工产品。将机床交付生产人员，试着加工产品，各项尺寸均满足工艺要求，运行几个月来效果良好。
5 结束语
机床直线导轨的修理与更换，可提高维修人员修复精密机床的能力，而且对保证生产进度具有积极的意义。 此次修理的辅助支撑法、安装导轨、调整垫片等，既是重点也是难点，需要维修人员开动脑筋，积极想办法加以解决。
