KELLENBERGER外圓磨床砂輪主軸改造

曹召東 于永軍 唐煜欣

摘 要：動壓軸承及靜壓軸承廣泛用于各類磨床主軸，因不同的軸承有各自的優缺點，根據不同的工況選擇合適的軸承。通過對KELLENBERGER超精密外圓磨床主軸動壓軸承的改造，提升機床的加工效率及可靠性。

關鍵詞：動壓軸承；靜壓軸承；動靜壓軸承

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.10.030

1 改造設備情況

哈挺集團旗下子公司瑞士KELLENBERGER（克林伯格）是世界著名的磨床生產廠家。該公司的KEL-VARIA系列超精密萬能外圓磨床因高精度、高效率的特點在國內中小型精密零部件加工領域大量應用。然而國內企業在使用時發現此磨床經長時間使用后砂輪主軸故障率高，經常需要維修。為此本公司對此類主軸進行了改造升級，改造后的主軸性能優于原廠家配套主軸，使用壽命大大延長，為企業解決了很大困擾。

2 原主軸結構

原機床砂輪主軸軸承為動壓軸承，主軸兩端有一對徑向動壓軸承，軸向動壓軸承位于右軸承內側。主軸直徑為φ63mm、體殼孔直徑為φ120mm。此機床主軸有兩種：一種為雙砂輪分別安裝在主軸左右兩端；另一種為單砂輪安裝在主軸一端。電機通過皮帶驅動主軸旋轉，依靠主軸旋轉帶動潤滑油泵旋轉，潤滑油泵為主軸提供循環潤滑油。潤滑油池在體殼中間，為封閉式結構，潤滑油泵從油池中抽油注入主軸與軸承相對滑動面，然后潤滑油從軸承兩側溢出后流回油池中形成循環。動壓軸承安裝在體殼孔中，動壓軸承外圓有冷卻溝槽，切削液經溝槽對動壓軸承進行冷卻。主軸電機安裝在體殼后端，利用切削液進行循環冷卻。

此主軸存在三個缺點：（1）主軸電機啟動時潤滑油泵不能同步供應潤滑油，主軸與動壓軸承存在干磨擦會磨損主軸及動壓軸承，時間越長磨損越嚴重。雖然動壓軸承內部與主軸接觸表面采用了耐磨損的巴氏合金材料，但仍然不能避免磨損的發生。（2）利用切削液對動壓軸承和主軸電機進行冷卻，由于切削液中難免帶有雜質，因此容易把雜質帶入冷卻管路中，長時間使用后雜質易堵塞冷卻管路影響冷卻效果。（3）軸承潤滑油與切削液靠多個O型橡膠圈相互間隔，長期使用后橡膠圈容易受切削液腐蝕老化密封效果差，切削液及易混入潤滑油中，損壞主軸和動壓軸承，并可能引起主軸與動壓軸承抱死。由于以上幾個缺點，主軸電機有過熱使用損壞的情況，主軸與動壓軸承也有磨損嚴重不能滿足使用要求，主軸與動壓軸承也有抱死的情況。雖然用戶更換過電機及修復動壓軸承、主軸及O型橡膠圈，但使用一段時間后仍會出現同樣的故障。

3 磨床主軸用軸承介紹

磨床主軸用軸承分為為滑動軸承和滾動軸承，其中磨床上使用的滑動軸承以潤滑油為介質的滑動軸承為主。滑動軸承因自身具有精度高、抗振性好、耐沖擊、剛度高、壽命長等特點應用更為廣泛。滑動軸承分為動壓軸承和靜壓軸承。動壓軸承主軸無外接壓力油源，依靠潤滑油的粘性及不可壓縮性旋轉時產生壓力油膜可承載，具有結構緊湊、制造成本低、動壓力大的優點，但是在主軸啟動和停止時主軸與軸承存在磨損。靜壓軸承主軸有外接壓力油源，主軸與軸承不接觸，在使用過程中無磨損、精度高，但靜壓軸承制造成本較高。動靜壓軸承是在靜壓軸承的基礎上在結構設計時引入動壓軸承的結構，使二者有效結合，既保留了靜壓軸承具有無磨損、精度高的特點，又加入了動壓軸承動壓力大的優點，現在在高精度磨床主軸已大量應用。

4 改造后主軸結構

針對用戶在使用此主軸存在的問題，本公司對此主軸的結構進行了大幅改動。將原動壓軸承改造為動靜壓軸承，將軸向止推布置在兩動靜壓軸承之間，把主軸及電機的冷卻液由切削液改為潤滑油，同時加大主軸直徑至φ80mm，增加主軸的承載力，主軸剛性大幅提高。根據主軸的轉速、精度及切削力等要求，合理選擇動靜壓軸承用潤滑油的粘度、主軸與軸承的間隙、節流比、供油壓力等參數，控制動靜壓軸承發熱量，減少零件熱變形對主軸及軸承的影響。去掉原循環油泵，增加外置獨立供油系統，同時增加油冷機冷卻潤滑油控制油溫在要求范圍內，使主軸穩定工作。由于潤滑油有封閉的循環系統，杜絕了雜質的進入，主軸電機的冷卻也得到有效保障。供油系統配置有精密過濾器、儲能器及壓差發訊器、壓力繼電器、液位報警器、溫度報警器等安全保護裝置，保證主軸供油安全。供油系統的各種控制信號來控制主軸電機的啟停，進一步確保主軸安全工作。主軸在兩端增加了氣密封裝置，防止切削液及雜質進入主軸內部磨損密封圈。新主軸具體結構見下圖。

改造后動靜壓主軸加工效率大幅提高，零件加工質量明顯提升。先期改造的主軸已有七年之久，未發生過故障。雖然改造時增加供油系統及油冷機需部分費用，長期使用后可靠性高，經濟效益更好。

參考文獻：

[1]丁振乾.流體靜壓支承設計[S].

[2]鐘洪.液體靜壓動靜壓軸承設計使用手冊[S].