解密高速電主軸裝配工藝

特約撰稿人：哈爾濱軸承集團公司 馬駿

解密高速電主軸裝配工藝

特約撰稿人：哈爾濱軸承集團公司 馬駿

近年來高速加工技術在我國取得了長足進步，高速機床是實現(xiàn)高速切削的必備硬件。實現(xiàn)高速化關鍵部件是主軸單元，內嵌式主軸單元即電主軸是實現(xiàn)高速切削的理想結構，它具有高速大功率、高剛度、高回轉精度及高平衡精度等特點，但主軸預緊力控制、轉子動平衡、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鍵工序操作方法、注意事項及精度指標的控制。

電主軸裝配部件的清洗與吹干

電主軸裝配過程中保證內部部件的清潔非常關鍵，可直接影響到電主軸的使用壽命。為此，結合實際提出以下三項關注點：

一是清洗介質的選擇：工業(yè)120號汽油在機械行業(yè)中被充當有機溶劑、清潔劑得到了廣泛的使用，其又稱120號溶劑汽油、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”日益得到生產企業(yè)的高度重視，清洗介質也得到了長足的發(fā)展，部分單位已經逐步使用金屬表面處理專用清潔劑代替了工業(yè)120號汽油的使用。如碳氫清洗劑具有清洗性能好、蒸發(fā)損失小、無毒、相容性好、揮發(fā)無殘跡、不破壞環(huán)境、價格便宜等特點，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)又可細分為“外水套冷卻”和“內水套冷卻”，根據(jù)本廠電主軸實際維修情況，由于水冷卻循環(huán)水道生銹、腐蝕和堵塞，導致主軸套筒報廢的案例屢見不鮮，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)，導致磨削液里的大量雜質進入主軸冷卻水道內，長期循環(huán)產生雜質堆積，直至將水道完全堵塞，完全喪失冷卻性能。

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

3.水質較硬。

針對以上問題，建議采取措施如下：

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

2.為電主軸配置獨立軟水冷卻循環(huán)系統(tǒng)。

3.向冷卻水內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緊力，彈簧預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準值，為確保電主軸彈簧壓縮量、預緊力、主軸拉刀力不變，所以應使用深度尺對壓蓋到電主軸后端進行三點式測量，并做詳細記錄，確保裝卸電主軸過程中預加負荷保持不變（預加負荷大小通過拉力實驗得知）。

軸承的配對、注脂方面：在軸承配對過程中，起到至關重要的作用即為軸承間隔墊圈精度及與軸承組合后的調整精度。其配合精度會直接影響到電主軸的軸向剛度、軸承的旋轉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行測量、尺寸控制。

平面砂輪研盤、基準平面砂輪研盤、油槽、機油、金剛砂。

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

基準平面砂輪研盤、油槽、機油、金剛砂，以上4種工具用于保障平面砂輪研盤平面度，當平面砂輪研盤使用一段時間后，其表面的水平精度逐漸下降，同時會導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使用基準平面砂輪研盤進行調平工作。將少量機油混合金剛砂，倒在基準平面砂輪研盤上，同時將平面砂輪研盤放置上方進行6～10分鐘的反復研磨，研磨結束后，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標準軸承選用ISO P4或更高級軸承及搭配DN值達（1．0～2．5）×106值的潤滑脂，給予主軸最佳的預壓量及溫升表現(xiàn)。其中DN值是軸承轉速同軸承直徑的乘積是一個量值，不同的DN值，應選擇基礎油粘度不同（我廠使用的是軸承半合成潤滑脂，其中基礎油成分約占比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油粘度對照表。

②在高速下運轉的主軸應采用少量油脂進行潤滑，通常在高速運轉的機床應用中，用量應少于軸承自由空間的30%，初次油脂的軸承在磨合階段，應在低速下運行30分鐘，使油脂在軸承中均勻地分布，同時排出多余油脂，根據(jù)實際經驗，最常用的油脂加注量約為10%。

電主軸動平衡方面：電主軸轉子動平衡量大小，影響著電主軸組在高轉速時的震動大小，及對加工軸承套圈質量的好壞。根據(jù)國際標準化組織（ISO）于1940年制定了世界公認的ISO1940平衡等級，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級別。

通常轉子或旋轉體質量越大，允許不平衡量越大，允許不平衡量的計算公式為：

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

下面給出平衡等級G0．4級別，單位轉子質量的允用不平衡量或垂心偏移量（e）與轉子轉速的關系。

根據(jù)實際工作經驗，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，也同時影響著電主軸精度、軸承壽命、接桿使用壽命及加工產品質量。下面給出不同轉速電主軸砂輪接桿、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℃ )

電主軸各項配合精度檢測與性能試驗的要求

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

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

三是拉力實驗。拉力實驗（預加負荷檢測）過程簡述：杠桿千分表、測力計、施力裝置。施力裝置通過磨頭主軸軸線，同時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，同時讀取測力計數(shù)值，其值為預加負荷。

四是軸向力與徑向力剛度實驗。軸向力與徑向力剛度實驗過程簡述：杠桿千分表、測力計、施力裝置。施力裝置垂直（或水平）于電主軸軸線，同時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，同時讀取測力計數(shù)值，其一半的數(shù)值為剛度值（位移1um對應的剛度值）。

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、V型鐵，對電主軸定心孔的端面跳動、軸向竄動進行檢測，其誤差值均要≤ 0．002。

六是水密封實驗。將電主軸送入實驗室，接通進出水管，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。

試車實驗

將電主軸放置到試驗臺內，接通電、水（油霧器），根據(jù)電主軸銘牌調整變頻器參數(shù)，在進行實驗前需要首先進行低速磨合，按額定轉速20%（5min）、40%（5min）、60%（10min）、80%（10min），同時觀察噪音和震動油霧異常現(xiàn)象。額定轉速下，空運行2小時，過程中需利用精密型振動機測試軸承位置的振動值，振動值要求30000轉以下振動值≤ 1．2um/s、30000轉以上≤1．5um/s。額定轉速下空運行2小時后，利用點溫計或紅外溫度儀測量軸承附近外殼的最高溫度點，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孔徑、外滾道及擋邊設備的核心單元，其表現(xiàn)出的精度、性能，將直接影響到產品質量。依照上述要求進行裝配和維修，會較大幅度地提高電主軸的裝配質量，有效提高電主軸單元精度、使用壽命，降低設備故障停機率。以上經驗，舉一反三，相信會對使用電主軸的設備廠家提供一定的借鑒，并具有一定的推廣價值。