淺談機床主軸密封結構設計

董青林

（廣州市昊志機電股份有限公司，廣東 廣州 510000）

隨著機床行業的飛速發展、加工自動化水平的不斷提高，對金屬切削刀具的耐用度要求越來越高。為提高刀具耐用度及改善工件加工條件，主軸加工時均采用外部大流量冷卻的方式。因此，主軸密封結構設計就顯得尤為重要。密封裝置的主要目的是防止外部水分、切屑、塵埃等物質侵入軸承，并保證軸承內部潤滑劑不發生泄漏。

依據安裝形式，機床主軸分為立式主軸和臥式主軸。本文針對上述2鐘主軸安裝形式，分別介紹主軸密封結構設計和注意事項，為工程師設計主軸密封結構提供參考。

1 主軸密封形式簡介

主軸密封形式分為2大類，即接觸式密封和非接觸式密封。接觸式密封形式是利用合成橡膠、合成樹脂、毛氈、皮革等材料的端部與旋轉體摩擦接觸，起到密封的作用。接觸式密封因密封件與旋轉體直接接觸，在主軸工作時使旋轉體與密封件摩擦，造成密封件的磨損，同時產生熱量。因此，這種形式的密封適用于中、低轉速的主軸。典型的主軸接觸式密封結構如圖1所示。

非接觸式密封形式是利用旋轉體與非旋轉體之間的微小間隙或離心力起到密封的作用。因旋轉體與密封件之間未接觸，所以，這種密封結構不會產生摩擦和發熱，適用于中、高速的主軸。典型的主軸接觸式密封結構如圖2所示。

圖1 接觸式密封結構示意圖

圖2 非接觸式密封結構示意圖

隨著技術的發展，用戶對機床主軸轉速的要求越來越高，主軸的接觸式密封結構已無法滿足使用需求，在現有的高速、超高速主軸結構設計中多采用非接觸式密封結構。非接觸式密封結構分為2類，即軸向密封和徑向密封，如圖3所示。

圖3 軸向密封和徑向密封結構示意圖

在設計機床主軸密封結構時，并不是單一的密封結構，而是幾種密封結構的綜合。以下結合筆者多年的工作經驗，分別介紹臥式主軸密封結構設計和立式主軸密封結構設計的技術特點，供相關技術人員參考。

2 臥式主軸密封結構設計

典型的臥式主軸密封結構設計如圖4所示（比如車床主軸），采用的密封形式為徑向密封（一種非接觸式密封），特點有以下4個：①軸承外圈由外環壓蓋壓緊，且外環壓蓋與軸承座之間設計有O形橡膠密封圈。②軸承內圈由鎖緊螺母鎖緊或者內環壓蓋和鎖緊螺母共同組合鎖緊。由鎖緊螺母直接鎖緊時，在鎖緊螺母和轉軸的螺紋連接處需涂螺紋密封膠；由內環壓蓋和鎖緊螺母共同組合鎖緊時，在內環壓蓋與轉軸之間設計O形橡膠密封圈，同時，在鎖緊螺母和轉軸的螺紋連接處涂螺紋密封膠。③內環壓蓋和外環壓蓋的迷宮處的間隙滿足一定的要求時密封效果較佳，即a≥1 mm，0.15 mm≤b≤0.25mm。其中，a為軸向間隙，b為徑向間隙。④在外環壓蓋的正下方設計排泄孔，且排泄孔應盡量大，便于切削液、冷凝水的及時排出。

圖4 臥式主軸密封結構設計示意圖

圖5 立式主軸密封結構設計示意圖

3 立式主軸密封結構設計

典型的立式主軸密封結構設計如圖5所示（比如立式加工中心主軸），采用的密封形式為徑向密封（一種非接觸式密封），它的特點與臥式主軸密封結構的特點相同。為了提升主軸的密封性能，可以在外圓柱面1和內圓柱面2之間設計氣幕密封結構，主軸工作時開啟氣幕密封的壓縮空氣，使氣體沿著圖5所示箭頭方向吹出，有效阻止主軸外部異物進入主軸內部。

4 結束語

根據本文主軸密封結構設計特點，設計出的主軸產品可以較好地實現主軸密封，帶來良好的經濟效益，能夠滿足大多數用戶的使用需求，極大地延長了主軸軸承的使用壽命。

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