陳志平（四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院，四川廣元628040）

0 引言

隨著機(jī)械制造裝備不斷向高速高精度、高效益、高智能化發(fā)展，高速切削和超高速切削的應(yīng)用日益廣泛。高速主軸系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床高新技術(shù)之一，高速數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)制造過程中，高速主軸最為關(guān)鍵，機(jī)床主軸是由電機(jī)通過中間變速和傳動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)而提供切削動(dòng)力。

1 高速五軸銑削中心的配置

G996RT/R-800高速五軸銑削中心是意大利FIDIA公司G996系列產(chǎn)品，標(biāo)準(zhǔn)配置高速主軸，可進(jìn)行銑、鏜、鉆、攻絲加工，垂直軸可選配帶2軸分度功能的強(qiáng)力銑削頭，或選配5軸連續(xù)控制切削頭。

1.1 標(biāo)準(zhǔn)配置

1）數(shù)控系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)配置為FIDIA C10。

2）自動(dòng)換刀裝置。“隱藏”在機(jī)床的床身后部,與機(jī)床加工區(qū)域通過一個(gè)自動(dòng)、安全的不銹鋼門隔離開,操作人員可以通過機(jī)床右側(cè)門來進(jìn)行手動(dòng)裝卸刀具操作。

3）排屑器。此工作臺(tái)結(jié)構(gòu)和事故預(yù)防防護(hù)被做成特定結(jié)構(gòu)以便于將切屑運(yùn)到機(jī)床前端。一個(gè)方便移動(dòng)的箱在機(jī)床前端收集切屑。

4）液壓和氣動(dòng)系統(tǒng)。液壓和氣動(dòng)控制板被裝在一個(gè)適當(dāng)?shù)恼w柜內(nèi)，位于機(jī)床的右側(cè)。

5）坐標(biāo)軸潤(rùn)滑。由潤(rùn)滑泵和外圍分配器組成的自動(dòng)系統(tǒng)對(duì)滾珠絲杠、導(dǎo)軌和滑塊進(jìn)行不斷循環(huán)的油脂潤(rùn)滑。

6）刀具冷卻。刀具潤(rùn)滑冷卻是通過一個(gè)使用微量無毒植物油的油氣系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。

7）電柜。電柜裝有空調(diào)設(shè)備以保證穩(wěn)定的溫度和濕度并保護(hù)電器元件。電柜集成在機(jī)床背面并裝有加工計(jì)時(shí)器、主軸計(jì)時(shí)器和內(nèi)置照明。

根據(jù)加工要求還可以選配用于HSK63A刀柄的擴(kuò)展刀，帶激光測(cè)量的自動(dòng)預(yù)設(shè)裝置，刀具潤(rùn)滑系統(tǒng)和排屑器、配RENISHAW數(shù)字測(cè)頭的測(cè)量，“三維形體檢查”軟件等。

1.2 技術(shù)參數(shù)

1）線性行程：X軸850mm，Y軸950mm，Z軸600mm，A 軸-125°/+100°，C 軸 360°。

2）主電機(jī)功率：30 kW。

3）主軸最高轉(zhuǎn)速（ZF減速器）：24 000 r/min。

4）最大扭矩：105 N·m。

5）定位精度（ISO230-Ⅱ全長(zhǎng)，X/Y/Z）：0.003 mm。

6）重復(fù)定位精度（ISO230-Ⅱ全長(zhǎng)，X/Y/Z）：0.002mm。

2 主軸裝配工藝

2.1 裝配工藝

選用合適的裝配工具及測(cè)量?jī)x器、適宜的裝配環(huán)境，用汽油清洗零部件并干燥，按照裝配圖紙選擇裝配零部件，裝配軸承需加潤(rùn)滑油脂。

圖1 修整主軸箱孔內(nèi)部銳角

圖2 主軸套入主軸箱

1）主軸與主軸箱的裝配。將基礎(chǔ)主軸箱孔內(nèi)部銳角修整以免造成主軸密封圈破損，如圖1所示。主軸箱安裝主軸的長(zhǎng)度不得高于主軸上的排油孔，避免主軸上方排油孔無法排油，導(dǎo)致主軸后端進(jìn)油使主軸損壞。主軸放置與工作臺(tái)垂直處，將主軸移至主軸箱頭部孔位正下方，主軸箱體緩慢下移，防止主軸外套筒密封圈擠壓破損，緩慢導(dǎo)入主軸至完全套進(jìn)，對(duì)角鎖固2只螺栓。將主軸箱上升，再將其余螺栓鎖固，如圖2所示。

圖3 裝配主軸端面鍵

2）主軸端面鍵的裝配。安裝主軸不要將主軸刀柄固定端鍵取下，以免造成主軸平衡誤差（裝10 000 r/min以上主軸產(chǎn)品，不要拆卸主軸端鍵）。若一定要拆除端鍵，應(yīng)做好標(biāo)志，以免重裝時(shí)裝錯(cuò)位，如圖3所示。注意：由于主軸端鍵安裝是間隙裝配，為避免裝錯(cuò)方向，主軸端鍵設(shè)計(jì)時(shí)另一邊尺寸略大，故客戶拆下端鍵后再重新裝配時(shí)，不能以非常緊的一邊來緊固，否則會(huì)對(duì)主軸錐孔產(chǎn)生擠壓造成錐孔變形，加工精度產(chǎn)生變化。

3）主軸的吊裝。主軸嚴(yán)禁不當(dāng)拆卸或磕碰以及使用不當(dāng)?shù)墓ぞ甙惭b。如圖4所示，搬運(yùn)及起吊主軸時(shí)，不可使主軸軸心做起吊點(diǎn)，以免損傷錐孔及軸承，造成主軸損傷降低使用壽命。圖5為合理的起吊法。主軸安裝相對(duì)主軸箱孔位，確認(rèn)公差尺寸，嚴(yán)禁安裝中使用外力沖擊，導(dǎo)致軸承損傷，影響主軸使用壽命，如圖6所示。

圖4 錯(cuò)誤的吊裝

圖5 正確的吊裝

圖6 防止外力沖擊

圖7 同步帶的調(diào)整

4）主軸各類管線的安裝。主軸安裝時(shí)，對(duì)照裝配圖紙和裝配工藝文件，確認(rèn)相關(guān)孔位、潤(rùn)滑油管線、壓縮空氣管線、冷卻水管路應(yīng)準(zhǔn)確無誤，嚴(yán)禁接錯(cuò)。

5）調(diào)整同步帶的張緊度。安裝皮帶時(shí)應(yīng)注意，電機(jī)帶輪與主軸帶輪平行（以主軸運(yùn)轉(zhuǎn)正、反轉(zhuǎn)皮帶無明顯上下竄動(dòng)）。通過調(diào)整主軸電機(jī)座控制皮帶松緊，皮帶過緊易造成主軸異響影響主軸軸承的使用壽命。主軸帶輪與電機(jī)聯(lián)接皮帶松緊度要適中，帶長(zhǎng)在1m以內(nèi)時(shí)，用手壓會(huì)產(chǎn)生10～15 mm變形量；帶長(zhǎng)在1 m以上時(shí)，用手壓會(huì)產(chǎn)生15～20 mm變形量，如圖7所示。

6）氣源系統(tǒng)及打刀缸位置回位確認(rèn)。系統(tǒng)壓力調(diào)整為0.6 MPa，以確保打刀速度正常，主軸松刀吹氣壓力維持在0.2～0.3 MPa，氣幕保護(hù)氣壓維持在0.1～0.12 MPa，IN-50和BT50主軸的頂?shù)读靠刂圃跇?biāo)準(zhǔn)值（0.7～0.9 mm）以內(nèi)。

2.2 裝配注意事項(xiàng)

1）主軸出廠前均經(jīng)過跑合、溫升測(cè)試。分段至最高運(yùn)轉(zhuǎn)測(cè)試，不正確的主軸安裝、搬運(yùn)偶爾會(huì)造成裝配后主軸運(yùn)轉(zhuǎn)異常。主軸安裝完，應(yīng)避免突然高速啟動(dòng)，須由慢漸快地提升轉(zhuǎn)速確保主軸運(yùn)轉(zhuǎn)正常。

2）主軸常用轉(zhuǎn)速在連續(xù)加工場(chǎng)合應(yīng)在低于主軸最高轉(zhuǎn)速情況下使用。若長(zhǎng)時(shí)間高轉(zhuǎn)速加工，控制在80%～100%則主軸必須作強(qiáng)制冷卻。冷卻溫度設(shè)定要求室溫（變動(dòng)范圍為-3～3°C）。

3）加工時(shí)確認(rèn)主軸氣幕正常（即空氣必須過濾及干燥處理，避免主軸運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)因外接冷卻液原因造成進(jìn)水，損壞軸承）。

4）禁止切削液直接噴向軸封位置，導(dǎo)致切削液噴入，降低軸承使用壽命。

5）機(jī)床長(zhǎng)期停放需在主軸表面及內(nèi)孔（錐孔）涂防銹油并密封放置。

6）主軸未確定安裝前，不應(yīng)破壞主軸包裝。

3 主軸的日常維護(hù)及故障對(duì)策

3.1 日常維護(hù)項(xiàng)目

1）氣壓?jiǎn)卧ㄈ諜z，0.55～0.8 MPa）；2）氣液分離器（日檢，清除積水，自動(dòng)排水）；3）油冷機(jī)、冷卻循環(huán)油（日檢，油量檢查按油冷機(jī)說明書加油）；4）油冷機(jī)、空氣過濾網(wǎng)（50 h檢1次，用清水沖洗）。

3.2 主軸故障及對(duì)策

3.2.1 主軸使用過程中，表面溫升高

1）主軸存放太久造成內(nèi)部油脂重力作用沉積，在運(yùn)轉(zhuǎn)初期使原動(dòng)平衡量超差造成主軸振動(dòng)大產(chǎn)生溫升。對(duì)策是：主軸慢速運(yùn)轉(zhuǎn)一段時(shí)間后才逐漸提速，使油脂重新進(jìn)行潤(rùn)滑。

2）主軸使用后，由于后端密封圈破損造成油脂進(jìn)入主軸內(nèi)部，使軸承油脂被沖洗，軸承運(yùn)轉(zhuǎn)不能得到及時(shí)冷卻潤(rùn)滑。對(duì)策是：需回廠拆卸檢查并重新加脂，如軸承滾道已經(jīng)受損，需要更換軸承。

3）主軸使用時(shí)，前段氣幕未能干燥油、水，使油、水進(jìn)入主軸內(nèi)部，軸承油脂被沖洗，軸承運(yùn)轉(zhuǎn)不能得到及時(shí)冷卻潤(rùn)滑。對(duì)策是：需回廠拆卸檢查并重新加脂，如軸承滾道已經(jīng)受損，需要更換軸承。

4）加工量太大，軸承不能得到充分冷卻。對(duì)策是：需要調(diào)整加工量，避免對(duì)軸承造成更大傷害。

3.2.2 主軸使用時(shí)，加工精度出現(xiàn)偏差

1）錐孔受損。使用非標(biāo)刀具或刀庫(kù)刀具與主軸發(fā)生撞擊或是自行拆卸后未正確安裝等原因都會(huì)造成主軸加工時(shí)加工精度出現(xiàn)較大偏差。應(yīng)盡量保證刀庫(kù)刀具與主軸對(duì)心（偏差盡量調(diào)整到0.1 mm以內(nèi)），避免錯(cuò)位打刀造成撞擊，切勿在非必要情況下自行拆卸主軸定位鍵。對(duì)策是：重新調(diào)校主軸或研磨錐孔。

2）軸承損壞。對(duì)策是更換軸承。出現(xiàn)此情況同時(shí)應(yīng)伴有主軸異響、溫升高、機(jī)床負(fù)載大等表現(xiàn)。

3.2.3 主軸帶輪及皮帶異響

1）電機(jī)帶輪與皮帶輪的平行度出現(xiàn)偏差，皮帶發(fā)生竄動(dòng)等原因均會(huì)引起皮帶帶輪出現(xiàn)異響。對(duì)策是：在安裝皮帶和電機(jī)帶輪時(shí)，應(yīng)按照前面所說的皮帶松緊度的調(diào)整，調(diào)整皮帶輪和馬達(dá)帶輪軸線的平行度。

2）檢查電機(jī)與電機(jī)帶輪動(dòng)平衡是否符合要求。對(duì)策是：如未做動(dòng)平衡，需要重做動(dòng)平衡。

3）是否正確使用合格的皮帶與帶輪。對(duì)策是：安裝裝配工藝文件選用合格的皮帶與帶輪。

4 結(jié)語

高速機(jī)床是實(shí)現(xiàn)高速加工的關(guān)鍵設(shè)備，高速主軸作為高速機(jī)床的核心部件，它的開發(fā)為機(jī)床高速化提供了必要的技術(shù)準(zhǔn)備。高速主軸由于結(jié)構(gòu)的特殊性，文章僅就主軸裝配工藝及使用過程的機(jī)械故障的成因及對(duì)策簡(jiǎn)要介紹。其他如主軸間隙調(diào)整、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)及系統(tǒng)自診斷能力的應(yīng)用等問題有待進(jìn)一步研究。

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