解密高速電主軸裝配工藝

特約撰稿人：哈爾濱軸承集團(tuán)公司 馬駿

解密高速電主軸裝配工藝

特約撰稿人：哈爾濱軸承集團(tuán)公司 馬駿

近年來高速加工技術(shù)在我國取得了長足進(jìn)步，高速機(jī)床是實(shí)現(xiàn)高速切削的必備硬件。實(shí)現(xiàn)高速化關(guān)鍵部件是主軸單元，內(nèi)嵌式主軸單元即電主軸是實(shí)現(xiàn)高速切削的理想結(jié)構(gòu)，它具有高速大功率、高剛度、高回轉(zhuǎn)精度及高平衡精度等特點(diǎn)，但主軸預(yù)緊力控制、轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡、軸上各零件配合精度等電主軸裝配工藝，決定了電主軸的可靠性。本文以電主軸2SD24（轉(zhuǎn)速：24000r/min功率：4KW頻率：800HZ電壓：245V電流：13.5V）為例，討論裝配全過程中關(guān)鍵工序操作方法、注意事項(xiàng)及精度指標(biāo)的控制。

電主軸裝配部件的清洗與吹干

電主軸裝配過程中保證內(nèi)部部件的清潔非常關(guān)鍵，可直接影響到電主軸的使用壽命。為此，結(jié)合實(shí)際提出以下三項(xiàng)關(guān)注點(diǎn)：

一是清洗介質(zhì)的選擇：工業(yè)120號(hào)汽油在機(jī)械行業(yè)中被充當(dāng)有機(jī)溶劑、清潔劑得到了廣泛的使用，其又稱120號(hào)溶劑汽油、白汽油或橡膠溶劑，具備優(yōu)秀的稀釋性、溶解性、揮發(fā)性和洗滌能力，但是其具有刺激性，接觸后可引起惡心、頭痛和嘔吐等健康危害，對環(huán)境有危害，對大氣可造成污染，且易燃、有毒、具刺激性。

近年來“安全環(huán)保生產(chǎn)”日益得到生產(chǎn)企業(yè)的高度重視，清洗介質(zhì)也得到了長足的發(fā)展，部分單位已經(jīng)逐步使用金屬表面處理專用清潔劑代替了工業(yè)120號(hào)汽油的使用。如碳?xì)淝逑磩┚哂星逑葱阅芎谩⒄舭l(fā)損失小、無毒、相容性好、揮發(fā)無殘跡、不破壞環(huán)境、價(jià)格便宜等特點(diǎn)，建議嘗試。

二是冷卻循環(huán)系統(tǒng)清洗：電主軸水冷卻是最為普遍常見的冷卻循環(huán)方式，其優(yōu)點(diǎn)為降溫效率高、成本低、安全環(huán)保。水冷卻循環(huán)系統(tǒng)又可細(xì)分為“外水套冷卻”和“內(nèi)水套冷卻”，根據(jù)本廠電主軸實(shí)際維修情況，由于水冷卻循環(huán)水道生銹、腐蝕和堵塞，導(dǎo)致主軸套筒報(bào)廢的案例屢見不鮮，其主要原因有：

1.電主軸冷卻水與磨削液使用同一循環(huán)系統(tǒng)，導(dǎo)致磨削液里的大量雜質(zhì)進(jìn)入主軸冷卻水道內(nèi)，長期循環(huán)產(chǎn)生雜質(zhì)堆積，直至將水道完全堵塞，完全喪失冷卻性能。

2.電主軸進(jìn)出水孔的開孔尺寸較小，水道長度較長，加之水道轉(zhuǎn)彎處不易清理等因素造成堵塞。

3.水質(zhì)較硬。

針對以上問題，建議采取措施如下：

1.制作專用清理工具進(jìn)行反復(fù)清洗。工具長毛刷，它能徹底將附著在水道內(nèi)表面的雜質(zhì)刷掉、排出。工具沖洗針管，利用壓縮沖洗的方式將殘留雜質(zhì)全部排出。工具空氣泵，利用壓縮空氣將水道內(nèi)殘留的沖洗液全部吹出。

2.為電主軸配置獨(dú)立軟水冷卻循環(huán)系統(tǒng)。

3.向冷卻水內(nèi)添加適量的水溶性防銹劑，防止銹蝕。

彈簧壓蓋深度測量方面：彈簧壓蓋深度體現(xiàn)了彈簧壓縮量的大小，壓縮量反饋了彈簧為主軸提供的預(yù)緊力，彈簧預(yù)緊力大小直接反映主軸拉刀力，主軸拉刀力大小是主軸組重要的性能參數(shù)。電主軸彈簧壓蓋深度出廠即為標(biāo)準(zhǔn)值，為確保電主軸彈簧壓縮量、預(yù)緊力、主軸拉刀力不變，所以應(yīng)使用深度尺對壓蓋到電主軸后端進(jìn)行三點(diǎn)式測量，并做詳細(xì)記錄，確保裝卸電主軸過程中預(yù)加負(fù)荷保持不變（預(yù)加負(fù)荷大小通過拉力實(shí)驗(yàn)得知）。

軸承的配對、注脂方面：在軸承配對過程中，起到至關(guān)重要的作用即為軸承間隔墊圈精度及與軸承組合后的調(diào)整精度。其配合精度會(huì)直接影響到電主軸的軸向剛度、軸承的旋轉(zhuǎn)精度及軸承的使用壽命。

軸承配對的必要工具、要求及使用過程：

扇形千分表、表架、V槽平板，這3種工具用于對軸承間隔墊圈平行差進(jìn)行測量、尺寸控制。

平面砂輪研盤、基準(zhǔn)平面砂輪研盤、油槽、機(jī)油、金剛砂。

平面砂輪研盤用于直接修整軸承間隔墊圈平行差，其平行差應(yīng)控制在0．002以內(nèi)。

基準(zhǔn)平面砂輪研盤、油槽、機(jī)油、金剛砂，以上4種工具用于保障平面砂輪研盤平面度，當(dāng)平面砂輪研盤使用一段時(shí)間后，其表面的水平精度逐漸下降，同時(shí)會(huì)導(dǎo)致其對軸承間隔墊圈平行差研磨控制的能力降低，從而影響其組合精度。所以，平面砂輪研盤定期應(yīng)使用基準(zhǔn)平面砂輪研盤進(jìn)行調(diào)平工作。將少量機(jī)油混合金剛砂，倒在基準(zhǔn)平面砂輪研盤上，同時(shí)將平面砂輪研盤放置上方進(jìn)行6～10分鐘的反復(fù)研磨，研磨結(jié)束后，平面砂輪研盤可獲得較好的平面度及表面銳度。

潤滑油脂的選擇與填充量：

①標(biāo)準(zhǔn)軸承選用ISO P4或更高級(jí)軸承及搭配DN值達(dá)（1．0～2．5）×106值的潤滑脂，給予主軸最佳的預(yù)壓量及溫升表現(xiàn)。其中DN值是軸承轉(zhuǎn)速同軸承直徑的乘積是一個(gè)量值，不同的DN值，應(yīng)選擇基礎(chǔ)油粘度不同（我廠使用的是軸承半合成潤滑脂，其中基礎(chǔ)油成分約占比80%左右，添加劑占比20%左右），下面給出了DN值在不同工況溫度下潤滑脂基礎(chǔ)油粘度對照表。

②在高速下運(yùn)轉(zhuǎn)的主軸應(yīng)采用少量油脂進(jìn)行潤滑，通常在高速運(yùn)轉(zhuǎn)的機(jī)床應(yīng)用中，用量應(yīng)少于軸承自由空間的30%，初次油脂的軸承在磨合階段，應(yīng)在低速下運(yùn)行30分鐘，使油脂在軸承中均勻地分布，同時(shí)排出多余油脂，根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，最常用的油脂加注量約為10%。

電主軸動(dòng)平衡方面：電主軸轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡量大小，影響著電主軸組在高轉(zhuǎn)速時(shí)的震動(dòng)大小，及對加工軸承套圈質(zhì)量的好壞。根據(jù)國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）于1940年制定了世界公認(rèn)的ISO1940平衡等級(jí)，從要求最低的G4000到要求最高的G0．4，本文研究高速精密電主軸為G0．4級(jí)別。

通常轉(zhuǎn)子或旋轉(zhuǎn)體質(zhì)量越大，允許不平衡量越大，允許不平衡量的計(jì)算公式為：

式中Mper為允許不平衡量，單位為ɡ；M代表轉(zhuǎn)子的自身重量，單位為Kɡ；G代表轉(zhuǎn)子的平衡精度等級(jí)，單位是mm/s；r代表轉(zhuǎn)子的校正半徑，單位是mm；n代表轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，單位是rpm。

下面給出平衡等級(jí)G0．4級(jí)別，單位轉(zhuǎn)子質(zhì)量的允用不平衡量或垂心偏移量（e）與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的關(guān)系。

根據(jù)實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，砂輪接桿、砂輪部分在電主軸高速工作過程中，因其存在的不平衡量，也同時(shí)影響著電主軸精度、軸承壽命、接桿使用壽命及加工產(chǎn)品質(zhì)量。下面給出不同轉(zhuǎn)速電主軸砂輪接桿、砂輪部分允用不平衡量U的曲線。

溫度范圍DN/（mm·r·min-1） A 0～30℃ (40℃ )90～120℃ (40℃ )10000 60 115 360 750 10000～25000 35 95 270 550 25000～60000 35 70 270 550 60000～75000 20 60 220 360 75000～100000 20 60 160 360 100000～250000 9 35 115 270 250000以上 9 35 95 270 B C D 30～60℃ (40℃ )60～90℃ (40℃ )

電主軸各項(xiàng)配合精度檢測與性能試驗(yàn)的要求

一是間隔墊內(nèi)圈與轉(zhuǎn)子垂直度。利用磁力表架和千分表，測量間隔墊內(nèi)圈與轉(zhuǎn)子垂直差應(yīng)≤0．005，與轉(zhuǎn)子配合松緊度要適當(dāng)。

二是前端軸承室與套筒組合后內(nèi)孔與套筒同軸度。利用磁力表架和千分表，測量前軸承室與套筒組合后內(nèi)孔與套筒的同軸度跳動(dòng)≤ 0．001。

三是拉力實(shí)驗(yàn)。拉力實(shí)驗(yàn)（預(yù)加負(fù)荷檢測）過程簡述：杠桿千分表、測力計(jì)、施力裝置。施力裝置通過磨頭主軸軸線，同時(shí)在相同方向用杠桿千分表測量主軸相對位移量，施加拉力，使其杠桿千分表讀數(shù)為30um，同時(shí)讀取測力計(jì)數(shù)值，其值為預(yù)加負(fù)荷。

四是軸向力與徑向力剛度實(shí)驗(yàn)。軸向力與徑向力剛度實(shí)驗(yàn)過程簡述：杠桿千分表、測力計(jì)、施力裝置。施力裝置垂直（或水平）于電主軸軸線，同時(shí)在主軸軸線相對方向（或相同方向）與杠桿千分表測量主軸相對位移量，施加測力，使其杠桿千分表讀數(shù)為2um，同時(shí)讀取測力計(jì)數(shù)值，其一半的數(shù)值為剛度值（位移1um對應(yīng)的剛度值）。

五是電主軸靜態(tài)精度檢測。利用扭簧表、杠桿千分表、超平平臺(tái)、V型鐵，對電主軸定心孔的端面跳動(dòng)、軸向竄動(dòng)進(jìn)行檢測，其誤差值均要≤ 0．002。

六是水密封實(shí)驗(yàn)。將電主軸送入實(shí)驗(yàn)室，接通進(jìn)出水管，至少循環(huán)20分鐘以上，觀察主軸前端密封處是否有滲漏情況。

試車實(shí)驗(yàn)

將電主軸放置到試驗(yàn)臺(tái)內(nèi)，接通電、水（油霧器），根據(jù)電主軸銘牌調(diào)整變頻器參數(shù)，在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)前需要首先進(jìn)行低速磨合，按額定轉(zhuǎn)速20%（5min）、40%（5min）、60%（10min）、80%（10min），同時(shí)觀察噪音和震動(dòng)油霧異常現(xiàn)象。額定轉(zhuǎn)速下，空運(yùn)行2小時(shí)，過程中需利用精密型振動(dòng)機(jī)測試軸承位置的振動(dòng)值，振動(dòng)值要求30000轉(zhuǎn)以下振動(dòng)值≤ 1．2um/s、30000轉(zhuǎn)以上≤1．5um/s。額定轉(zhuǎn)速下空運(yùn)行2小時(shí)后，利用點(diǎn)溫計(jì)或紅外溫度儀測量軸承附近外殼的最高溫度點(diǎn)，要求溫度≤60℃，溫升≤32℃（高頻電主軸溫升不得低于20℃）。

電主軸是我廠磨削內(nèi)孔徑、外滾道及擋邊設(shè)備的核心單元，其表現(xiàn)出的精度、性能，將直接影響到產(chǎn)品質(zhì)量。依照上述要求進(jìn)行裝配和維修，會(huì)較大幅度地提高電主軸的裝配質(zhì)量，有效提高電主軸單元精度、使用壽命，降低設(shè)備故障停機(jī)率。以上經(jīng)驗(yàn)，舉一反三，相信會(huì)對使用電主軸的設(shè)備廠家提供一定的借鑒，并具有一定的推廣價(jià)值。