“四堵兩通一兜”解決C 軸防水問題
——一種五軸拋光機C 軸的主動防護和被動防護

彭革輝，郭克文

（湖南宇環精密制造有限公司，湖南 長沙 410100）

1 前言

數控五軸拋光機是3C 產品研磨拋光的主力設備。其C 軸是繞Z 軸方向旋轉的伺服聯動軸，由于是工件旋轉軸，其密封屬于動密封的范疇。盡管設計了迷宮密封和唇形油封等防水密封措施，但是在拋光工作和清洗機臺過程中，需要經受拋光液和沖洗水的沖刷。由于拋光液種類有酸性和堿性，并且酸堿性強度比較強時，對于拋光的輔助作用更好，效率更高，因此，在拋光作業中，在安全可控的情況下，很多工藝傾向采用添加強酸強堿作為拋光液的輔助劑。這樣的液體一旦進入C 軸的內部，那么安裝在C 軸下面的導軌、絲桿、精密減速機、伺服電機等零部件必將承受嚴峻的腐蝕考驗，上述零部件一旦被腐蝕，那么C 軸精度必然喪失，機床輕則需要大修，重則需要再制造或者報廢，因此在五軸拋光領域，C 軸防護是一項很重要的課題[1]。

C 軸難防護是由其工作特點決定的，C 軸既要承擔裝夾工件的任務，還是旋轉聯動軸，涉及動密封，C 軸又與V 軸補償軸相連，必須參與實時力控補償，C 軸不能受無關外力影響，因此，不可能將C 軸動密封封死，只能采用縫隙較大的迷宮密封，那么，液體在噴射情況下，肯定會從迷宮間隙飛濺到C 軸內部，盡管可以將內部零件盡可能采用不銹鋼防銹材質制造，但是，一系列需要精確運動和良好潤滑的零件，仍然是防不勝防。

綜上，經過全面考察和研究，我們發明了一種C軸主動防護和被動防護相結合的技術，簡稱為“四堵、兩通、一兜”方案，解決了C 軸防水的難題。

2 結構及工作原理分析

2.1 設計原型

圖1 是五軸拋光機C 軸的中心拉桿結構。零件1是治具連接板，需要加工的產品和治具就是安裝在其上，零件2 是安裝在治具連接板里面的上油封，零件3是安裝在治具連接板里的下油封，零件4 是拉桿，下部有氣缸拉動，可以通過拉桿將產品緊固定在治具連接板和治具上，零件6 是支撐柱，下部安裝在零件13精密減速機上，伺服電機驅動精密減速機，帶動支撐柱和治具以及產品旋轉，實現產品數控仿形加工。整個減速機和伺服電機又安裝在零件12 測力傳感器的上平面。零件12 測力傳感器的組件，又受零件10 伺服電機和零件11 絲桿精確推動，實現力控補償[2]。

圖1

零件4 拉桿下部在支撐柱里面，并且穿過治具連接板，是上下運動的零件，上部暴露在外面，所以會經受拋光液的沖刷，并且拋光液會順著拉桿向下流動。因此在拉桿通過治具連接板的位置設計了上油封，既防塵防雜質，又起到一定的密封防水作用，為了保證密封效果，還設計了下油封，起到雙重保險作用。為了運動順暢設計了零件5 自潤軸承。零件7 迷宮罩和零件8 工作臺護罩形成60mm 高的迷宮結構，使得零件8 工作臺護罩下面的零件都得到了保護[3]。

縱觀上述設計，初看沒有不妥，但是經過時間的洗禮，就出現了兩個致命的問題。第一，迷宮這里有隱患，因為在工作中，操作工人經常需要清潔機臺，會使用氣槍和水槍沖洗工作臺，高壓水流和壓縮空氣吹得飛濺的水花都會透過迷宮竄到C 軸內部，從而使得內部生銹腐蝕；第二，隨著時間的流逝，上油封和下油封都會損壞，當損壞的時候，腐蝕液體就會順著拉桿進入C 軸中心，從而腐蝕下部的精密減速機等關鍵零部件。盡管可以要求定期更換油封，但是油封損壞帶有不確定性[4]。

2.2 改進后的設計

圖2 是改進后的設計結構，增加了防護措施，組合成多道組合密封，完美地解決了相關問題。

圖2

從圖2 中可以看到：新的結構比原設計好了很多。

首先，密封作用得到了增強，在原來的下油封中，增加了零件10 拉桿封和零件11 塑料王壓蓋，因為唇形油封一般運用于旋轉場合效果比較好，這里拉桿既要進行旋轉，又要上下動作，因此，唇形油封不能很好地完成使命。因此，設計了拉桿封和塑料王壓蓋，起到第三次密封作用。前述一共對漏水的可能性進行了三次防范。同時，在零件治具連接板上，在上下油封的中間設計了一個朝下的排水通道100，這是第一次疏通。如果最上面的油封出現泄漏，那么滲漏進來的水首先大部分會從排水孔排出，減小下面油封的壓力。就算泄露，下面還有一個拉桿封[5]。

其次，增設了零件17 擋水帽和零件6 兜水帽，這兩個零件組合是一組非常重要的零件，這兩個零件互相成就，擋水帽和拉桿通過O 型圈形成靜密封，達到穩定的密封效果。兜水帽和支撐柱也通過O 型圈形成靜密封，達到良好的密封效果。這對交錯的擋水帽和兜水帽形成一個零件罩住另一個零件，就像兜水帽帶了一個帽子，這里又形成了一次對滲漏水的堵截，屬于第四次“堵”。其中擋水帽和拉桿上下移動，上面一旦有水滲漏下來，首先流到擋水帽上，不會滲漏到中央內部去，至多在此聚集。同時，在這對零件交錯的位置，零件5 支撐柱側壁上，即標示200 的位置，又開了一個中心通往外部的排水孔，這是第二次疏通。當突破層層阻擋而來的水流到這里時，大部分將被從這個排水孔流出，順著零件5 支撐柱外壁往下流。當流到零件3 支柱密封環上，被該零件阻擋，由于支柱密封環和支撐柱中間有O型圈形成靜密封，密封效果好，水也不能滲透到下部的減速機內部，只能往支柱密封環外表面散開流，而再往下流，盡頭就是零件1 接水盤了，接水盤在這里起到了一個被動防護的作用，我們稱之為“一兜了之”的作用。至此，這些“漏網之魚”的水，經過重重險阻，沖破道道光卡，最終卻是到了零件1 接水盤里，接水盤收集來的水，最終經過導水管排到機艙水道，和水的大部隊匯合進入冷卻水箱。

另外，在零件4 迷宮罩零件19 工作臺護罩之間的迷宮縫隙，在前面有敘述，清洗機臺時，會有操作工人使用氣槍和水槍沖洗工作臺，水汽會透過迷宮竄到C軸內部，但是，當從這個迷宮進去之后，由于迷宮狹縫構造，并且有一定的高度，不會到處飛散，最后的歸宿也是零件1 接水盤里，也是被“一兜了之”。

從上述可以看出，這個新的設計，既增加了2 道圍追堵截，形成“四道堵截”功能，又增加了“兩道疏浚”引導，形成兩道疏通，最后來個乾坤大兜底——“一兜了之”，形成多道主動防護和被動防護相結合，徹底解決了密封問題，就算出現密封件老化，突破層層關卡的水，最終也很難對關鍵零部件進行侵蝕，對內部零件進行了很好的保護。

3 結語

這種五軸拋光機C 軸主動防護和被動防護相結合的技術，即“四堵、兩通、一兜”的方案，完美地解決了C軸的防水問題，經過幾百臺設備的實際應用案例，證明延長了幾倍以上的C 軸維護保養周期時間，降低了維修費用，提高了設備的可靠性，最終為客戶創造了不菲的經濟價值。