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LANDIS磨床砂轮主轴抱轴原因分析及改进措施

发布时间:2017-04-21
张鹏举
(东风商用车公司发动机厂)
  引言
  Landis凸轮磨床砂轮主轴采用的是液体静压轴承,而静压轴承功耗小、传动效率高,吸振性能好,主轴回转精度高,但其工作可靠性受到元器件、管路接头的质量、油液洁净程度等因素的影响,工作时会发生主轴和轴承的突然抱死,致使主轴和轴承发生不同程度的擦伤、拉毛和划痕,甚至使轴承报废,对设备安全运行危害极大。
  1 Landis砂轮主轴结构介绍
  Landis的砂轮主轴采用电主轴加静压轴承的结构,这种结构也是近年来在数控机床领域出现的将机床主轴与主轴电机融为一体的新技术。电主轴具有结构紧凑、重量轻、惯性小、动态特性好等优点,并可改善机床的动平衡,避免振动和噪声,因此在超高速切削机床上得到了广泛的应用。
  电主轴是一套组件,它包括定子(与电机冷却水套装配在一起)、转子(与主轴装配在一起)、高频变频装置、电机冷却装置、测速齿环与编码器、砂轮平衡装置、油雾润滑等。为了防止灰尘、冷却液等进入静压轴承,Landis公司的设计人员在砂轮主轴的前端采用压缩空气进行气密封保护。
  如下图所示,Landis磨床砂轮主轴的前后两端支承均采用静压轴承。静压轴承是Landis凸轮磨床上最重要的精密部件之一,由Landis公司自主设计与制造,以确保静压轴承的质量。从主轴电机启动到停止,静压轴承始终在液体润滑下工作,所以没有磨损,使用寿命长,起动功率小,在极低(甚至为零)的速度下也能应用。
  如下图所示:
  启动油泵,油液经滤油器后再由节流器进入静压轴承的4个矩形油腔、此时在主轴颈表面产生一层油膜,支承、润滑和冷却主轴。在节流器的作用主轴被压力油膜托起,油经回油孔通过回油泵回至油箱。
  2 故障现状简述和修复
  在发生砂轮主轴紧机床报警故障后,对主轴拆解后发现前端轴承的回油孔堆积了大量的磨屑泥,几乎已经堵死,引起回油不畅,从而导致前端静压轴承的端面与主轴的端面研住,也就是通常所说的抱轴。
  经过分析与研究,制定如下的修复方案:1、对静压轴承上的磨屑泥进行清理;2、将静压轴承和主轴送至专业厂家的超精密磨床上,对各自端面的研伤部位进行了超精密修磨处理;3、考虑到磨屑已经通过回油管路进入了静压油箱,因此对整个静压系统进行了全面的专业清洗;4、主轴部件安装好后低速试车两小时后,无明显温升;5、再安装砂轮进行八小时空运转,无异常后恢复正常生产。
  3 故障原因分析和改进措施
  在该磨床恢复正常生产后,针对这次的主轴抱死故障召开了专题故障分析会。根据主轴解体检查的结果来看,造成主轴抱死的直接原因是磨屑进入前端静压轴承并且大量堆积。但是让人费解的是Landis的设计人员为了防止异物从主轴与前端静压轴承的结合面进入,采用了气密封的设计,并且在对该砂轮主轴解体前也确认过气密封是没有失效的,那么磨屑到底是怎么进到静压轴承内部的呢?
  通过查阅我厂现有机床电主轴的图纸资料,发现目前高速电主轴的前端密封大多数采用的是气密封与迷宫密封相结合的方式。而Landis磨床的主轴前端只采取了单一的气密封方式,而主轴前端与静压轴承的结合面正好处于冷却水的喷射
区域内。在机床主轴高速旋转时,冷却水中的细微磨粒通过离心力进入静压轴承内部堆积起来,时间久了就将静压轴承的回油孔堵塞,导致主轴发紧机床报警。
  在不改变静压轴承结构的基础上,为了解决冷却水带入磨粒的问题,在主轴前端与静压轴承结合面的位置加装挡水圈(如下图所示),相当于给静压轴承增加了一道防止冷却水进入的迷宫式密封,从而有效阻挡了冷却水。
  在改进措施实施完成两年后,对该主轴前端的静压轴承进行了拆解检查,没有发现磨屑堆积现象,说明改进效果很好。
  4 结束语
  主轴抱死属于重大的设备事故,引起主轴抱死的原因有很多种,本文就我厂轴类车间的Landis磨床所发生的这一起主轴抱死故障进行讨论分析,并进行了改进。希望对我厂以后类似故障的修复和类似新设备的设计认可工作有所帮助。由于水平和经验所限,文中难免存在疏漏和不当之处,仅供大家参考。

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