加工中心電主軸軸承失效的預(yù)測(cè)性維修

馬可　郭德山

【摘 要】隨著設(shè)備診斷技術(shù)的發(fā)展，可以在不拆開設(shè)備的情況下進(jìn)行故障檢測(cè)，為設(shè)備維護(hù)提供了方便，同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了設(shè)備的預(yù)測(cè)性維修。本文主要介紹了電主軸震動(dòng)分析原理，如何使用震動(dòng)分析儀在加工中心進(jìn)行電主軸軸承狀態(tài)檢測(cè)，從而實(shí)現(xiàn)電主軸的預(yù)測(cè)性維修。

【關(guān)鍵詞】震動(dòng)分析；主軸；預(yù)測(cè)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(fā)動(dòng)機(jī)工廠有加工中心152臺(tái)，在對(duì)電主軸損壞原因分析后發(fā)現(xiàn)，有1/4的電主軸損壞是因?yàn)檩S承失效導(dǎo)致，主軸更換一次平均需要16個(gè)工時(shí)，若是在生產(chǎn)時(shí)間將造成長(zhǎng)時(shí)間停線，嚴(yán)重影響工廠產(chǎn)量輸出。通過對(duì)電主軸軸承進(jìn)行故障分析和狀態(tài)趨勢(shì)分析，確認(rèn)主軸能否繼續(xù)工作，可以避免搶修，影響生產(chǎn)。

隨著傳感器和檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展，各種檢測(cè)設(shè)備集成了采集和分析功能，能在線或離線進(jìn)行狀態(tài)檢測(cè)，甚至能自動(dòng)形成分析報(bào)告，極大的方便了設(shè)備的維護(hù)工作。由于主軸軸承的失效過程是漸變的，使用檢測(cè)設(shè)備定期對(duì)主軸軸承進(jìn)行狀態(tài)檢測(cè)，可以發(fā)現(xiàn)軸承早期故障，避免了軸承突然失效后的搶修。現(xiàn)使用的震動(dòng)分析工具是SKF公司一款便攜式震動(dòng)分析儀。

1 電主軸軸承震動(dòng)分析的工作原理

1.1 電主軸主要技術(shù)參數(shù)

電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速10000r/min，電動(dòng)機(jī)功率60kW，軸承型號(hào)71917ACD。

1.2 軸承震動(dòng)分析方法

SKF震動(dòng)分析儀使用的是加速度包絡(luò)分析法，當(dāng)軸承發(fā)生故障時(shí)，將產(chǎn)生一系列震動(dòng)信號(hào)，震動(dòng)分析儀采集到的震動(dòng)信號(hào)經(jīng)過濾波，過濾掉低頻信號(hào)，剩余部分經(jīng)過包絡(luò)解調(diào)產(chǎn)生包絡(luò)線，再對(duì)其進(jìn)行傅里葉變換。包絡(luò)法適用于高頻響應(yīng)信號(hào)的處理，能夠檢測(cè)出軸承的早期故障。

滾動(dòng)軸承的振動(dòng)頻率成分十分豐富，震動(dòng)頻帶寬，而且每一種特定的故障都對(duì)應(yīng)特定的頻率成分。震動(dòng)分析儀將特定的頻率成分分離出來，然后對(duì)其進(jìn)行處理，計(jì)算出信號(hào)的特征頻率，確定故障的部位和類別。

包絡(luò)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(jié)果更準(zhǔn)確。

2 頻譜分析

2.1 參數(shù)設(shè)置

在震動(dòng)數(shù)據(jù)采集之前要進(jìn)行參數(shù)的設(shè)置，輸入采集頻率設(shè)為500-10KHz，轉(zhuǎn)速2000RPM，測(cè)量輸出設(shè)為峰峰值，如圖1所示。對(duì)測(cè)定結(jié)果設(shè)定為三個(gè)狀態(tài)，用來分辨正常狀態(tài)、初期故障狀態(tài)和嚴(yán)重故障狀態(tài)，分別用綠、黃、紅三色表示，根據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和維修經(jīng)驗(yàn)，在此我們?cè)O(shè)定初期故障限值為2ge，嚴(yán)重故障限值為5ge，如圖2所示。

參數(shù)設(shè)置完要選擇主軸使用的軸承型號(hào)，將軸承型號(hào)從型號(hào)庫(kù)中找出并添加到列表中，操作完成將會(huì)在導(dǎo)出的頻譜圖中對(duì)應(yīng)出各部位的故障頻率，從而找出問題點(diǎn)。在選中軸承型號(hào)時(shí)，可以看出此軸承的基頻信息，也可以人工計(jì)算出軸承的故障頻率，如圖3所示。

2.2 數(shù)據(jù)采集和分析

將加速度震動(dòng)傳感器吸附到電主軸前軸承的垂直方向，連接震動(dòng)分析儀，讓主軸以2000r/min轉(zhuǎn)動(dòng)，采集震動(dòng)數(shù)據(jù)并進(jìn)行頻譜分析，測(cè)點(diǎn)加速度包絡(luò)圖如圖4所示。

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

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

軸承內(nèi)圈基頻：f=13.728158hz

軸的轉(zhuǎn)速：v=2000r/min

通過套用公式計(jì)算得到軸承內(nèi)圈故障頻率：

f=fi×2000/60=457.61hz

計(jì)算結(jié)果與圖中峰線故障頻率吻合，也可以判斷出是軸承內(nèi)圈故障。

由于主軸伴隨加工超差，且加速度包絡(luò)總值較大，已超過嚴(yán)重報(bào)警值，判斷軸承的故障處于晚期階段，故障比較嚴(yán)重，對(duì)主軸進(jìn)行了更換。

通過對(duì)主軸的拆開檢查，發(fā)現(xiàn)主軸軸承內(nèi)圈存在蠕動(dòng)腐蝕痕跡，與分析判斷一致。

3 結(jié)論

由于電主軸屬于高速、高精度設(shè)備，軸承的微小損傷都會(huì)造成工件加工超差，傳統(tǒng)方法很難判斷故障原因，使用震動(dòng)分析儀對(duì)加工中心電主軸軸承狀態(tài)監(jiān)測(cè)和分析，可以準(zhǔn)確預(yù)測(cè)設(shè)備的故障狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的預(yù)測(cè)性維修，使設(shè)備維護(hù)工作變的更加靈活，為工廠產(chǎn)能輸出提供了保障。

【參考文獻(xiàn)】

[1]鐘秉林，黃仁.機(jī)械故障診斷學(xué)[J].2006，12：113-125.

[2]SKF@ptitude[CD].SKF GROUP，2007.

[責(zé)任編輯：朱麗娜]endprint