加工中心電主軸軸承失效的預測性維修

馬可　郭德山

【摘 要】隨著設備診斷技術的發展，可以在不拆開設備的情況下進行故障檢測，為設備維護提供了方便，同時也實現了設備的預測性維修。本文主要介紹了電主軸震動分析原理，如何使用震動分析儀在加工中心進行電主軸軸承狀態檢測，從而實現電主軸的預測性維修。

【關鍵詞】震動分析；主軸；預測性維修

Predicative maintenance for spindle bearing of CNC

MA Ke

（SAIC-GM-Wuling Automobile Co.Ltd，QingDao Branch Engine Plant Equipment Maintenance Shop 266555，China）

【Abstract】Due to the development of diagnostic techniques， if we can do the failure detection without opening the machine， it would be more convenient for equipment maintenance. More important， it would be possible to do the preventive maintenance. This article will introduce you the theory of the motorized spindle vibration analysis. And how to use this theory to do the detection and preventive maintenance of the motorized spindle.

【Key words】Vibration analysis； Spindle； PDM

0 引言

某發動機工廠有加工中心152臺，在對電主軸損壞原因分析后發現，有1/4的電主軸損壞是因為軸承失效導致，主軸更換一次平均需要16個工時，若是在生產時間將造成長時間停線，嚴重影響工廠產量輸出。通過對電主軸軸承進行故障分析和狀態趨勢分析，確認主軸能否繼續工作，可以避免搶修，影響生產。

隨著傳感器和檢測技術的發展，各種檢測設備集成了采集和分析功能，能在線或離線進行狀態檢測，甚至能自動形成分析報告，極大的方便了設備的維護工作。由于主軸軸承的失效過程是漸變的，使用檢測設備定期對主軸軸承進行狀態檢測，可以發現軸承早期故障，避免了軸承突然失效后的搶修。現使用的震動分析工具是SKF公司一款便攜式震動分析儀。

1 電主軸軸承震動分析的工作原理

1.1 電主軸主要技術參數

電動機轉速10000r/min，電動機功率60kW，軸承型號71917ACD。

1.2 軸承震動分析方法

SKF震動分析儀使用的是加速度包絡分析法，當軸承發生故障時，將產生一系列震動信號，震動分析儀采集到的震動信號經過濾波，過濾掉低頻信號，剩余部分經過包絡解調產生包絡線，再對其進行傅里葉變換。包絡法適用于高頻響應信號的處理，能夠檢測出軸承的早期故障。

滾動軸承的振動頻率成分十分豐富，震動頻帶寬，而且每一種特定的故障都對應特定的頻率成分。震動分析儀將特定的頻率成分分離出來，然后對其進行處理，計算出信號的特征頻率，確定故障的部位和類別。

包絡法有效的消除了各種低頻成分的干擾，更為突出的顯示故障頻譜特征，提取有用信息使診斷結果更準確。

2 頻譜分析

2.1 參數設置

在震動數據采集之前要進行參數的設置，輸入采集頻率設為500-10KHz，轉速2000RPM，測量輸出設為峰峰值，如圖1所示。對測定結果設定為三個狀態，用來分辨正常狀態、初期故障狀態和嚴重故障狀態，分別用綠、黃、紅三色表示，根據行業標準和維修經驗，在此我們設定初期故障限值為2ge，嚴重故障限值為5ge，如圖2所示。

參數設置完要選擇主軸使用的軸承型號，將軸承型號從型號庫中找出并添加到列表中，操作完成將會在導出的頻譜圖中對應出各部位的故障頻率，從而找出問題點。在選中軸承型號時，可以看出此軸承的基頻信息，也可以人工計算出軸承的故障頻率，如圖3所示。

2.2 數據采集和分析

將加速度震動傳感器吸附到電主軸前軸承的垂直方向，連接震動分析儀，讓主軸以2000r/min轉動，采集震動數據并進行頻譜分析，測點加速度包絡圖如圖4所示。

從頻譜圖中可以看出，振幅最大達0.85 ge（峰峰值），加速度包絡總值為6.93ge，圖中內圈故障頻率與峰線吻合，可以判斷是軸承內圈產生缺陷。

同時，若軸承庫中未包含電主軸所使用軸承，我們也可以通過人工計算，得到軸承故障頻率。例如71919CD軸承，可知

軸承內圈基頻：f=13.728158hz

軸的轉速：v=2000r/min

通過套用公式計算得到軸承內圈故障頻率：

f=fi×2000/60=457.61hz

計算結果與圖中峰線故障頻率吻合，也可以判斷出是軸承內圈故障。

由于主軸伴隨加工超差，且加速度包絡總值較大，已超過嚴重報警值，判斷軸承的故障處于晚期階段，故障比較嚴重，對主軸進行了更換。

通過對主軸的拆開檢查，發現主軸軸承內圈存在蠕動腐蝕痕跡，與分析判斷一致。

3 結論

由于電主軸屬于高速、高精度設備，軸承的微小損傷都會造成工件加工超差，傳統方法很難判斷故障原因，使用震動分析儀對加工中心電主軸軸承狀態監測和分析，可以準確預測設備的故障狀態，實現設備的預測性維修，使設備維護工作變的更加靈活，為工廠產能輸出提供了保障。

【參考文獻】

[1]鐘秉林，黃仁.機械故障診斷學[J].2006，12：113-125.

[2]SKF@ptitude[CD].SKF GROUP，2007.

[責任編輯：朱麗娜]endprint