電主軸檢測及預防性維修技術

■ 昌河飛機工業（集團）有限責任公司 （江西景德鎮 333002） 林超青

電主軸的技術指標和參數很多，但很多參數是電主軸制造商出廠檢測和標定使用的參數，對于終端用戶沒有辦法進行檢測和標定校準。終端用戶要對電主軸進行檢測及預防性維修，需要確定適合的參數和指標，才能進行預防性維修和檢測。

1. 與電主軸性能有關的技術參數

根據目前電主軸的使用維修情況及相關電主軸技術標準，確立以下主要技術參數：電主軸的動平衡、電主軸的機械振動狀態、電主軸的軸承包絡狀態、主軸的起停機狀態、電主軸拉刀力、電主軸EM值（主軸拉刀機構拉桿伸出：拉桿端面距離主軸旋轉端面距離為10.5mm；主軸拉刀機構拉桿縮回：拉桿端面距離主軸旋轉端面距離為0.5mm）、電主軸軸向圓跳動≤0.005mm、電主軸遠端徑向圓跳動≤0.02mm/300mm等。

電主軸的動平衡是指電主軸在高速旋轉時的動平衡情況，如果電主軸的動平衡情況不好，會造成電主軸的機械振動加劇，進而造成軸承損壞、主軸發熱、加工精度和表面加工質量下降等后果。

電主軸的機械振動狀態是對電主軸的整體機械振動狀態進行評估，包括徑向和軸向振動。如果電主軸的整體機械振動狀態不好，會加劇軸承磨損和主軸發熱，加工精度和表面加工質量下降。

電主軸的軸承包絡狀態是專門用于評價電主軸的軸承狀態。主要是通過檢測軸承的低頻、中頻和高頻振動信號來判斷軸承的磨損或損壞程度及部位。低頻信號一般是代表軸承的外圈磨損情況，中頻是代表軸承的滾道面情況，高頻代表單個滾珠的狀態。

主軸的起停機狀態一般是用來檢查和測定主軸從0到指定速度及從指定速度到0時主軸的振動狀態，測出某個速度或轉速范圍的共振峰值，以便在正常加工時避開這個速度或轉速范圍，以保護電主軸及保證加工精度、表面加工質量等。

2. 電主軸狀態檢測

我們對公司高速加工中心電主軸使用電主軸振動測試儀及加速度傳感器進行了持續監測，一共對66臺機床68個電主軸進行了狀態測量檢查，檢測的項目包括電主軸的整體機械振動狀態、軸承狀態和主軸的起停機狀態，電主軸拉刀力檢測，電主軸EM值檢查。68個電主軸中有58個電主軸的使用壽命超過兩年，電主軸實際運行時間超過4 000h，有32個超過6 000h。

在開展電主軸狀態檢測和預防性維修前，沒有手段和技術措施了解和掌握電主軸的技術性能狀態，也沒有相關技術對電主軸的使用狀況進行預警和預防維修，電主軸一直使用到嚴重發熱，主軸軸承抱死，無法旋轉，幾乎處于報廢狀態時才送去修理。但是此時電主軸已經嚴重受損，主軸軸承、拉刀機構、旋轉部件、密封部件和主軸錐套等都需要修理或更換，有些嚴重損壞的電主軸的電動機線圈由于過熱、密封損壞等原因出現線圈絕緣下降、短路現象。這種狀態下，電主軸的維修費用很高，周期很長，維修費用一般高達20多萬元，維修周期常常在兩個月以上，維修后電主軸壽命只有4 000～6 000h，遠低于主軸廠商翻修電主軸6 000～10 000h的使用壽命。

根據確定的參數和標準，開展電主軸狀態檢測，紅色數據代表狀態不好，黃色代表臨界狀態，綠色表示狀態良好。電主軸檢測結果如圖1～圖3所示。

我們改變以往電主軸一直用到報廢為止的做法，通過對電主軸進行持續的檢測，建立檔案履歷，根據檢測數據，進行使用預警，在電主軸進入技術性能臨界狀態或剛剛處于紅色狀態時就進行電主軸翻新修理工作，此時的問題一般是主軸軸承性能下降、磨損大，而拉刀機構、旋轉部件、密封部件和主軸錐套一般保持良好，因此翻新價格低，一般在10多萬元左右。采取這種方式翻新的第一批8個電主軸使用到現在已經運行過7 000h，電主軸的技術性能狀態仍然保持良好，壽命遠超過沒有開展狀態檢測前電主軸翻新修理的壽命，而且修理費用大幅降低，2016—2018年根據電主軸的狀態數據，共維修電主軸10多個，節省費用100多萬元，大幅延長了電主軸的使用壽命。

圖1 FZ37電主軸檢測結果

圖2 JOBS30電主軸檢測結果

圖3 VMC13120U電主軸檢測結果

3. 電主軸預防性維修

根據測量的數據，對電主軸進行定期維護保養和預防性維修，使電主軸保持良好的使用狀態。

（1）檢測電主軸拉刀力 不同型號規格電主軸的拉刀力也不同，一般為16～25kN，如果電主軸的拉刀力不足，一般是拉刀機構出現問題，需要仔細排查，因為拉刀力不足，使得刀具在高速旋轉過程中脫出主軸，導致事故發生。電主軸的拉刀力檢測如圖4所示。

（2）檢查電主軸幾何精度 如果幾何精度不好，根據情況不同，可以采取更換主軸軸承等措施，對主軸進行修理，如圖5所示。

（3）檢查電主軸的機械振動狀態、動平衡及啟停機狀態 如果電主軸的整體機械振動狀態不好，會加劇軸承的磨損，主軸發熱，加工精度和表面加工質量下降。根據電主軸的技術要求，通過檢測電主軸的動平衡狀態，調整電主軸的動平衡。電主軸的動平衡校準一般是在主軸前端的調整孔內安裝合適調整螺栓，螺栓安裝角度及質量要根據測振儀的測量結果確定。測振儀對電主軸進行動平衡檢測后，會指出不平衡的角度和不平衡量，維修人員根據測試數據進行動平衡調整，反復測試與調整，直到符合要求，如圖6所示。

（4）電主軸預防性修理 對于結構比較簡單的電主軸，如果檢測后主軸的軸承等部件存在問題，可以采用提前更換主軸軸承和其他部件的措施，避免主軸的性能進一步下降。預防性提前修理可以減少維修費用，延長電主軸的使用壽命。如圖7～圖9所示，我們對TRAMEC電主軸進行了預防性提前修理，更換主軸軸承等的費用很低，而沒有進行提前修理一直到該主軸無法使用再送制造商修理，該主軸的維修費用都在10多萬元。

圖4 電主軸的拉刀力檢測

圖5 檢測電主軸的幾何精度

圖8 安裝電主軸機械部件

圖9 更換下的電主軸軸承

圖6 檢測電主軸機械振動狀態、動平衡、起停機狀態

圖7 對TRAMEC電主軸維修

4. 結語

掌握電主軸的狀態性能，對電主軸全壽命狀態進行監測，建立電主軸壽命履歷表預測電主軸壽命，根據電主軸狀態，對電主軸進行預警及預防維修，可以延長電主軸壽命30%～40%，達到5 000～9 000h，降低維修費用，提高零件加工精度。