磨床工件軸的自主改造與氣密封應(yīng)用

■神龍汽車(chē)有限公司 （湖北武漢 441004） 劉 輝 常 軍 張顯淘 葉 常

磨床工件軸的自主改造與氣密封應(yīng)用

■神龍汽車(chē)有限公司 （湖北武漢 441004） 劉 輝 常 軍 張顯淘 葉 常

摘要：本文通過(guò)對(duì)我廠現(xiàn)場(chǎng)PRORECTIF93工件軸的軸承易損壞的問(wèn)題進(jìn)行分析，提出解決和優(yōu)化方案：在原來(lái)基礎(chǔ)上增加氣密封用來(lái)阻止外界雜質(zhì)，有效地保護(hù)并延長(zhǎng)軸承壽命，同時(shí)也保護(hù)了工件軸箱體的精度，取得了成效。

我廠變速箱分廠熱后線的5臺(tái)設(shè)備X F1014、X F1015、XF1026、XF1039和XF1040是法國(guó)PRORECTIF93的磨床，已使用10年左右。其中，XF1014、XF1015和XF1026采用斜切入式加工方式，用來(lái)加工1～5擋齒輪的錐面和端面；XF1039/1040采用切入式加工方式，用來(lái)加工二軸花鍵面和軸頸。

1. 問(wèn)題

工件軸（俗稱頭架）為磨床不可缺少的一部分，在加工精度方面扮演著非常重要的角色，其主要靠主軸的制造精度和軸承的裝配精度來(lái)保證。但是我們發(fā)現(xiàn)一個(gè)問(wèn)題，就是軸承使用壽命非常短，約每半年XF1039、XF1040就要更換一次軸承，最多每一年XF1014、XF1015和XF1026就要更換一次頭架軸承。圖1簡(jiǎn)單統(tǒng)計(jì)了5臺(tái)設(shè)備在3年內(nèi)磨床頭架軸承的消耗情況。

圖中，EX85、EX100軸承是以組為單位，2套/組；7017、7020的是以套為單位，折合成組軸承為28套/2=14組和4套/2=2組；7017可替代EX85，7020可替代EX100。

其中左邊是X F 1 0 1 4、XF1015和XF1026的頭架軸承，而右邊的是XF1039、XF1040的頭架軸承，每臺(tái)磨床的軸承裝機(jī)量如圖2所示。

圖1　內(nèi)磨床頭架軸承消耗情況

圖2　每臺(tái)磨床的軸承裝機(jī)量

由于使用的是SNFA軸承，通過(guò)SNFA軸承使用手冊(cè)，得到相關(guān)的一些數(shù)據(jù)以及計(jì)算軸承理論壽命的曲線，并通過(guò)該曲線來(lái)查找相對(duì)應(yīng)的軸承理論壽命（見(jiàn)圖3）。

同時(shí)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)提供的頭架軸承的轉(zhuǎn)速，XF1014/ XF1015/XF1026的轉(zhuǎn)速為500r/min，X F 1 0 4 0 / X F 1 0 3 9的轉(zhuǎn)速為200r/min，通過(guò)曲線圖表（注：關(guān)于軸承壽命計(jì)算公式可以查看相關(guān)軸承手冊(cè)），配合相關(guān)數(shù)據(jù)，我們可以得到這樣的結(jié)論：在當(dāng)前轉(zhuǎn)速下，5臺(tái)磨床的頭架軸承的正常使用理論壽命為100 000h按一年300個(gè)工作日，每天22h運(yùn)轉(zhuǎn)，則可以使用100 000/300/22≈15年。當(dāng)然這只是個(gè)理論值，考慮到實(shí)際情況，在正常使用下，3～5年軸承肯定沒(méi)問(wèn)題。但是按照我們目前更換軸承的情況來(lái)說(shuō)，每半年或一年就更換，就極為不正常了。

2. 問(wèn)題分析與解決

通過(guò)檢查每次更換下的軸承損壞情況，都有一個(gè)共性：就是工作期間大量切削液夾雜著磨屑進(jìn)入到軸承內(nèi)部。為什么會(huì)有雜

質(zhì)進(jìn)入到內(nèi)部呢？我們來(lái)看下結(jié)構(gòu)：以XF1040頭架結(jié)構(gòu)為例（見(jiàn)圖4）。

通過(guò)結(jié)構(gòu)圖，我們很容易就發(fā)現(xiàn)問(wèn)題出在加工工件的過(guò)程中，主要原因是磨屑夾雜在骨架油封唇邊上使骨架油封結(jié)合面磨損，再通過(guò)骨架油封和鎖緊螺母的磨損面進(jìn)入到軸承內(nèi)部（見(jiàn)圖5）。

問(wèn)題是找到了，更換鎖緊螺母、骨架密封就可以了，但是這并不是我們的最終目的，因?yàn)閮H僅是更換，螺母一樣會(huì)磨損，雜質(zhì)還是一樣進(jìn)入到軸承內(nèi)部，軸承還是一樣頻繁地?fù)p壞。同時(shí)頻繁地拆裝軸承也會(huì)導(dǎo)致頭架本體孔的磨損，破壞其精度，一旦破壞到一定程度，整個(gè)頭架就報(bào)廢，會(huì)嚴(yán)重影響車(chē)間的生產(chǎn)，甚至導(dǎo)致停產(chǎn)，尤其X F1039/ XF1040是唯一設(shè)備，重要性就不用說(shuō)了。如何做才能尋找到一個(gè)有效的辦法，能阻止切削液夾雜著磨屑進(jìn)入到軸承內(nèi)部，使軸承使用壽命能達(dá)到或接近其理論值呢？

圖3

圖4

圖5

3. 改造優(yōu)化

回到結(jié)構(gòu)圖，我們看到在鎖緊螺母和骨架油封，靠軸承端有一個(gè)腔室，如果能在這個(gè)腔室內(nèi)充滿一定的介質(zhì)，使該介質(zhì)能阻止雜質(zhì)進(jìn)入就可以。我們就考慮使用壓縮空氣來(lái)充當(dāng)該介質(zhì)充滿腔室，既氣密封。

氣密封是將壓縮空氣導(dǎo)入需要密封的結(jié)構(gòu)內(nèi)部使內(nèi)部形成一個(gè)壓力腔，氣體的壓力和走向可有效防止加工時(shí)切削液及外部雜質(zhì)進(jìn)入密封腔內(nèi)。而且在工廠內(nèi)壓縮空氣的資源是很豐富的，氣源多，安裝方便（就這幾臺(tái)設(shè)備來(lái)說(shuō)，我們?cè)鴮⑦@5臺(tái)磨床的安全門(mén)進(jìn)行自主改造，取消了控制門(mén)運(yùn)動(dòng)的氣路，只需要將該氣路引到頭架就可以。同時(shí)，因?yàn)閴毫Φ停娣e小，氣密封所消耗的氣資源遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于原來(lái)門(mén)所消耗的氣資源）。

開(kāi)始動(dòng)手進(jìn)行改造：

（1）通過(guò)經(jīng)驗(yàn)以及手段判斷心軸的硬度不硬，可以加工，在心軸上開(kāi)啟兩個(gè)氣孔（見(jiàn)圖6）。

（2）重新加工擋水盤(pán)。紅色部位是擋水盤(pán)，與改進(jìn)前相

比，擋水盤(pán)的外圓尺寸由128mm增加到132mm，擋水盤(pán)與傳動(dòng)法蘭之間的間隙由原來(lái)的2.5mm縮小到0.5mm，便于壓縮空氣形成氣幕，有效地防止外部雜質(zhì)侵入（見(jiàn)圖7）。

（3）引氣源。從調(diào)壓閥處引出氣源，管徑8mm氣管進(jìn)入設(shè)備內(nèi)部后用三通將氣路分為兩支管徑6mm的氣路。在頂尖潤(rùn)滑法蘭上鉆兩個(gè)φ8mm孔，將氣管引入聯(lián)接在心軸上（見(jiàn)圖8）。

（4）設(shè)定氣體的壓力。我廠的壓縮空氣的壓力一般在0.4～0.6MPa，如何調(diào)整壓力在合適的范圍內(nèi)？通過(guò)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》（第2版）我們查到如下字段：旋轉(zhuǎn)軸唇形密封圈適用于安裝在設(shè)備中的旋轉(zhuǎn)軸端，在壓差≤0.05MPa的條件下，對(duì)流體和潤(rùn)滑脂起密封作用。以此為參考，我們將調(diào)壓閥的壓力調(diào)整到0.05MPa。

（5）效果驗(yàn)證。用含有洗手液的液體澆在頭架上驗(yàn)證效果，大量氣泡產(chǎn)生，說(shuō)明壓縮空氣達(dá)到理想密封效果（見(jiàn)圖9）。

圖6

圖7

圖8

圖9

4. 結(jié)語(yǔ)

自該工作實(shí)施以來(lái)，所有頭架軸承已使用兩年有余，未出現(xiàn)精度走失、損壞的問(wèn)題，徹底解決5臺(tái)設(shè)備磨床頭架軸承頻繁損壞的故障，降低設(shè)備的故障時(shí)間（平均每年更換軸承時(shí)間為120h）；同時(shí)對(duì)頭架本體起到了很好的保護(hù)作用（前面提過(guò)：頻繁地拆裝軸承也會(huì)導(dǎo)致頭架本體孔的磨損，破壞其精度，一旦破壞到一定程度，整個(gè)頭架就報(bào)廢）；而且降低了維修費(fèi)用：在3年時(shí)間，因更換軸承所消耗的資金約為153 087.79元，平均每年消耗51 029.26元。將每年更換軸承的時(shí)間折合為：按生產(chǎn)節(jié)拍為70件/h，工時(shí)成本為5.39元，則為：120×70×5.39=45 276元/年，加上節(jié)約軸承成本，總共能為公司節(jié)約：51 029.26+45 276 =96 305.26（元/年）。

目前我們已將氣密封通過(guò)自主改造運(yùn)用在這5臺(tái)設(shè)備的砂輪架（俗稱：磨頭）上，用來(lái)阻止切削液夾雜著磨屑進(jìn)入到動(dòng)靜壓軸承內(nèi)部，也取得不錯(cuò)效果。

參考文獻(xiàn)：

[1] 徐灝. 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)［G］. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000 （2）：29-60.

收稿日期：（20141108）