數控機床電主軸更換方法研究

王德華

（南車青島四方機車車輛股份有限公司 山東青島）

一、引言

從日本菊川鐵工所引進FANUC 31i系統的高性能雙銑頭龍門式數控機床，機床工作臺長27 m，主軸采用SKF生產的高轉速電主軸，可實現雙銑頭同時加工，主要負責鋁合金長大型材的成型加工。SKF高轉速電主軸主要參數如表1。

1.SKF高轉速電主軸結構

SKF高轉速電主軸結構如圖1所示。

2.電主軸設計使用壽命周期及檢修要求

電主軸是高速（12 000 r/min）、高精度、高價值（價值120萬元/臺）部件，電主軸的運行壽命為5000 h。電主軸達到運行壽命，須進行拆卸、更換，拆下的電主軸返國外維修。電主軸的拆卸、更換一直由外方工程師實施，拆檢、返國外檢修的周期很長、費用極高，嚴重影響生產經營，分析、掌握電主軸拆卸、更換技術迫在眉睫。

二、電主軸拆除方法

機床W軸電主軸運轉達到極限壽命并出現過流報警，需進行更換。

1.機械系統拆除

（1）確定機床在合適位置拆卸電主軸，保證電主軸有足夠空間能夠從主軸箱體內順利脫出。

表1 高速電主軸主要參數

圖1 SFK高轉速電主軸結構

（2）將X軸、W軸設置的系統軟限位位置放大，以保證在拆卸電主軸時移動X軸W軸時設備不會出現超程報警。

（3）依次拆卸主軸油冷卻擋塊、W軸防護罩、主軸電源線、編碼器電纜及傳感器電纜。為防止油液泄露，需將主軸油冷單元內的冷卻油箱全部清空后，拆卸主軸冷卻油管。

（4）整理主軸電纜線并用膠帶包扎好，防止電主軸拆卸過程將電纜線拉傷。

（5）制作M16×600 mm絲桿，并安裝在主軸對應兩側螺栓孔上，將機床移動至主軸安放位置（圖2a），使W軸到達最低位置后將主軸螺栓全部拆卸下來，主軸兩側加等高墊鐵，依次松開絲桿螺帽讓主軸平衡下落（注意主軸電纜線），直至主軸脫離主軸孔（ 圖 2b）。

（6）油冷機開機信號短接，系統會默認油冷機正常，操作機床使W軸緩慢上升至安全位置。

圖2 主軸拆除示意圖

2.電主軸編碼器拆檢、安裝

（1）電主軸編碼器（圖 3）內部裝有與齒輪模數相對應的2組或3組磁敏電阻芯片，芯片背面裝有提供偏置磁場的磁鋼，使用時傳感器和齒輪需正確安裝。齒輪轉動時，會引起編碼器2組或3組芯片背面磁場發生變化，從而使傳感器輸出2路或3路正弦波。自動控制系統通過分析這些正弦波信號可檢測跟蹤電機等部件的運動參數。

（2）電主軸編碼器拆檢方法。拆卸電主軸頂部的安裝定位座螺栓將定位座用長螺栓頂起，與電主軸脫離（圖4）。拆除編碼器，將編碼器位置檢測齒輪用螺栓頂出。

圖3 編碼器原理圖

（3）安裝過程注意事項。在新電主軸上安裝并緊固編碼器。采用千分表對軸心進行精度檢測，保證良好的裝配精度。編碼器和齒輪檢測面表面禁止擠壓、碰撞、劃傷，否則容易出現檢測錯誤，導致設備不能正常運轉。檢測齒輪圓周齒面必須正對傳感器敏感頭的中心線，編碼器要可靠固定，敏感頭的檢測面與齒頂的間距保證在0.15～0.2 mm，間距采用塞縫尺檢測。

圖4 主軸拆除示意圖

安裝時注意編碼器感應齒輪方向，帶有原點檢測位置的方向安裝在上方，否則在執行主軸回零時出現9082報警，即主軸編碼器零脈沖丟失，主軸無法回零和準停，只能檢測主軸轉速。

將電主軸頂部安裝定位座恢復安裝，各螺栓對稱均勻緊定。注意在進行該部分的拆裝時，一定要保證各部件的清潔，避免裝配后對編碼器等部件造成二次污染，出現其他故障。

3.電主軸安裝方法及檢驗

將電主軸采用拆除的逆方法，全部恢復安裝后，拆除油冷機短接線，對接各電纜線及油管，加注冷卻油。檢驗各項主軸幾何精度，進行試車驗證結果。主軸運轉正常，主軸回零及準停正常，試驗換刀等動作正常，表征設備恢復正常使用。

三、總結

電主軸是數控機床核心部件，其幾何精度、動態精度決定整機的系統精度，通過以上所述電主軸的拆除、編碼器的拆檢及電主軸的安裝、檢驗三個過程，設備經長時間使用，沒有出現與主軸故障相關的報警現象，運行狀況良好。