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数控龙门磨床主轴部件常见故障分析与排除

发布时间:2019-8-19
  数控龙门磨床主轴部件常见故障分析与排除
  1、主轴部件
  数控龙门磨床主轴部件是影响机床加工精度的主要部件,它的回转精度影响工件的加工精度;它的功率大小与回转速度影响加工效率;它的自动变速、准停和换刀等影响机床的自动化程度。因此,要求主轴部件具有与本机床工作性能相适应的高回转精度、刚度、抗振性、耐磨性和低温升等。在结构上,必须很好地解决砂轮和工件的装夹、轴承的配置、轴承间隙调整和润滑密封等问题。
  数控龙门磨床主轴部件主要有以下几个部分:主轴本体及润滑、密封装置、支承主轴的轴承、配置在主轴内部的砂轮夹紧以及吸屑装置、主轴的准停装置等。
  1)主轴润滑
  为保证主轴有良好的润滑,减少摩擦发热,同时又能把主轴部件的热量带走,通常采用循环润滑系统。用液压泵供油强力润滑,在油箱中使用油温控制器控制油液温度。目前,许多数控龙门磨床的主轴采用高级锂基润滑脂封闭方式润滑,每加一次油脂可使用7~10年,简化了结构,降低了成本且维护保养简单,但需要防止润滑油和油脂混合,通常采用迷宫式密封方式。为了适应主轴转速向更高速化发展的需要,新的润滑冷却方式相继开发出来。这些新的润滑冷却方式不单要减少轴承温升,还要减少轴承内外圈的温差,以保证主轴的热变形小。
  (1)油气润滑方式。这种润滑方式近似于油雾润滑方式,所不同的是,油气润滑是定时定量的把油雾送进轴承空隙中,这样既实现了油雾润滑,又不至于油雾太多而污染周围空气;油雾润滑则是连续供给油雾。
  (2)喷注润滑方式。它用较大流量的恒温油(每个轴承3—4 L/rain)喷注到主轴轴承,以达到润滑冷却的目的。需要特别指出的是,较大流量的油,不是自然回流,而是用排油泵强制排油,同时,采用专用高精度大容量恒温油箱,油温变动控制在生0.5℃。
  2)防泄漏
  
  图14卧式加工中心主轴前
  支承的密封结构
  l-进油口;2-轴承;3-套筒;4-法兰盘;6-主轴;7-泄漏孔;8-回油斜孔;9-泄油孔
  在密封件中,被密封的介质往往是以穿漏、渗透或扩散的形式越界泄漏到密封连接处的另一侧。造成泄漏的基本原因是流体从密封面上的间隙中溢出,或是由于密封部件内外两侧密封介质的压力差或浓度差,致使流体向压力或浓度低的一侧流动。如图14所式为一卧式加工中心主轴前支承的密封结构。
  该卧式加工中心主轴前支承处采用的双层小间隙密封装置。主轴前端车出两组锯齿形护油槽,在法兰盘4和5上开沟槽及泄漏孔,当喷入轴承2内的油液流出后被法兰盘4内壁挡住,并经其下部的泄油孔9和套筒3上的回油斜孔8流回油箱,少量油液沿主轴6流出时,主轴护油槽在离心力的作用下被甩至法兰盘4的沟槽内,经回油斜孔8重新流回油箱,达到了防止润滑介质泄漏的目的。
  当外部切削液、切屑及灰尘等沿主轴6与法兰盘5之间的间隙进入时,经法兰盘5的沟槽由泄漏孔7排出1,少量的切削液、切屑及灰尘进入前锯齿沟槽,在主轴6高速旋转的离心力作用下仍被甩至法兰盘5的沟槽内由泄油孔7排出,达到了主轴端部密封的目的。要使间隙密封结构能在一定的压力和温度范围内具有良好的密封防漏性能,必须保证法兰盘4和5与主轴及轴承端面的配合间隙符合如下条件。
  (1)法兰盘4与主轴6的配合间隙应控制在0.1~0.2mm(单边)范围内。如果间隙偏大,则泄漏量将按照间隙的3次方扩大;若间隙过小,由于加工及安装的误差,容易与主轴局部接触使主轴局部升温并产生噪声。
  (2)法兰盘4内端与轴承端面的间隙应控制在0.15~0.3mm之间。小间隙可使压力油直接被挡住并沿法兰盘4内端面下端的泄油孔9经回油斜孔8流回油箱。
  (3)法兰盘5与主轴的配合间隙应控制在0.15~0.25 mm(单边)范围内。间隙太大,进入主轴6内的切削液及杂物会显著增多,间隙太小,则容易与主轴接触。法兰盘5沟槽深度应大于10mm(单边),泄漏孔7应大于枷mm,并位于主轴下端靠近沟槽内壁处。
  (4)法兰盘4的沟槽深度应大于12mm(单边),主轴上的锯齿尖而深;一般在5~7mm范围内,以确保具有足够的甩油空间。法兰盘4处的主轴锯齿向后倾斜,法兰盘5处的主轴锯齿向前倾斜。
  (5)法兰盘4上的沟槽与主轴6上的护油槽对齐,以保证被主轴甩至法兰盘沟槽内腔的油液能可靠地流回油箱。
  (6)套筒前端的回油斜孔8及法兰盘4的泄油孔9流量为进油口1的2~3倍,以保证项目五数控龙门磨床维护与保养压力油能顺利地流回油箱。
  3)砂轮夹紧
  在自动换刀机床的砂轮自动夹紧装置中,砂轮自动夹紧装置的刀杆常采用7:24l的大锥度锥柄,既利于定心,也为松刀带来方便,如图15所示。用蝶形弹簧通过拉杆及夹头拉住刀柄的尾部,使砂轮锥柄和主轴锥孔紧密配合,夹紧力达10 000 N以上。松刀时,通过液压缸活塞推动拉杆压缩蝶形弹簧,使夹头张开,夹头与刀柄上的拉钉脱离,砂轮就可拔出进行新、旧砂轮的更换,新刀装入后,液压缸活塞后移,新砂轮又被蝶形弹簧拉紧。在活塞推动拉杆松开刀柄的过程中,压缩空气由喷气头经过活塞中心孔和拉杆中的孔吹出,将锥孔清理干净,防止主轴锥孔中掉入切屑和灰尘,把主轴锥孔表面和刀杆的锥柄划伤,同时保证砂轮的正确位置。
  
  图15立式加工中心主轴部件
  l-活塞;2-拉杆;3-蝶形弹簧;4-钢球;标准拉钉;6-主轴;7,8-行程开关;9-弹力卡爪;10-卡套
  4)主轴滚动轴承的预紧
  所谓轴承预紧,就是使轴承滚道预先承受一定的载荷,不仅能消除间隙而且还使滚动体与滚道之间发生一定的变形,从而使接触面积增大,轴承受力时变形减小,抵抗变形的能力增大。因此,对主轴滚动轴承进行预紧和合理选择预紧量,可以提高主轴部件的旋转精度、刚度和抗振性。机床主轴部件在装配时要对轴承进行预紧,使用一段时间后,间隙或过盈有了变化,还得重新调整,所以要求预紧结构便于进行调整。滚动轴承间隙的调整或预紧,通常是使轴承内、外圈相对轴向移动来实现的。常用的方法有以下几种。
  (1)轴承内圈移动。如图16所示,这种方法适用于锥孔双列圆柱滚子轴承。用螺母通过套筒推动内圈在锥形轴颈上作轴向移动,使内圈变形胀大,在滚道上产生过盈,从而达到预紧的目的。图16(a)结构简单,但预紧量不易控制,常用于轻载机床主轴部件。图16(b)用右端螺母限制内圈的移动量,易于控制预紧量。图16(c)在主轴凸缘上均布数个螺钉以调整内圈的移动量,调整方便,但是用螺钉调整,易使垫圈歪斜。图16(d)将紧靠轴承右端的垫圈做成两个半环,可以径向取出,修磨其厚度可控制预紧量的大小,调整精度较高,调整螺母一般采用细牙螺纹,便于微量调整,而且在调好后要能锁紧防松。
  
  图16轴承内圈移动
  (2)修磨座圈或隔套。如图17(a)为轴承外圈宽边相对(背对背)安装,这时修磨轴承内圈的内侧;如图17(b)为外圈窄边相对(面对面)安装,这时修磨轴承外圈的窄边。在安装时按图示的相对关系装配,并用螺母或法兰盖将两个轴承轴向压拢,使两个修磨过的端面贴紧,这样在两个轴承的滚道之间产生预紧。另一种方法是将两个厚度不同的隔套放在两轴承内、外圈之间,同样将两个轴承轴向相对压紧,使滚道之间产生预紧。
  主轴部件的维护
  (1)熟悉数控龙门磨床主轴部件的结构、性能参数,严禁超性能使用。
  (2)主轴部件出现不正常现象时,应立即停机排除故障。
  
  图18隔套应用
  (3)注意观察主轴箱温度,检查主轴润滑恒温油箱,调节温度范围,使油量充足。
  (4)使用带传动的主轴系统,需定期观察调整主轴驱动传动带的松紧程度,防止因传动带打滑造成的丢转现象。
  (5)由液压系统平衡主轴箱重量的平衡系统,需定期观察液压系统的压力表,当油压低于要求值时,要进行补油。
  (6)使用液压拨叉变速的主传动系统,必须在主轴停车后变速。
  (7)使用啮合式电磁离合器变速的主传动系统,离合器必须在低于1~2r/min的转速下变速。
  (8)注意保持主轴与刀柄连接部位及刀柄的清洁,防止对主轴的机械碰击。
  (9)砂轮夹紧装置长时间使用后,会使活塞杆和拉杆间的间隙加大,造成拉杆位移量减少,使碟形弹簧张闭伸缩量不够,影响砂轮的夹紧,故需及时调整液压缸活塞的位移量。
  (10)每年对主轴润滑恒温油箱中的润滑油更换一次,并清洗过滤器。
  (11)每年清理润滑油池底一次,并更换液压泵滤油器。
  (12)每天检查主轴润滑恒温油箱,使其油量充足,工作正常。
  (13)经常检查轴端及各处密封,防止润滑油液的泄漏。
  (14)经常检查压缩空气气压,并调整到标准要求值。有足够的气压才能使主轴锥孔中的切屑和灰尘清理彻底。
  2)主轴部件常见故障分析与排除
  数控龙门磨床主轴常见故障现象及其排除方法如表1所列。
  表1主轴常见故障及其排除方法
  

序号

故障现象

故障原因分析

排除方法

1

主轴发热

主轴轴承损伤或轴承不清洁

更换轴承,清除脏物

主轴前端盖与主轴箱体压盖研伤

修磨主轴前端盖,使其压紧主轴前轴承,轴承与后盖有0.02~0.05 mm间隙

轴承润滑油脂耗尽或润滑油脂涂抹过多

涂抹润滑油脂,每个3ml

2

主轴在强力切削时停转

电动机与主轴连接的皮带过松

移动电动机座,拉紧皮带,然后将电动机座重新锁紧

皮带表面有油

用汽油清洗后擦干净,再装上

皮带使用过久而失效

更换新皮带

摩擦离合器调整过松或磨损

调整摩擦离合器,修磨或更换摩擦片

 3

刀具不能夹紧

碟形弹簧位移量较小

调整碟形弹簧行程长度

 刀具松紧弹簧上的螺母松动

顺时针旋转松夹刀具弹簧上的螺母使其最大工作载荷不得超过13kN

 4

刀具夹紧后不能松开

松刀弹簧压合过紧

逆时针旋转松夹刀具弹簧上的螺母使其最大工作载荷不得超过13kN

  液压缸压力和行程不够

调整液压压力和活塞行程开关位置

5

主轴噪声大

缺少润滑

涂抹润滑脂保证每个轴承涂抹润滑脂量不得超过3ml

小带轮与大带轮传动平稳情况不佳

带轮上的平衡块脱落,重新进行动平衡

主轴与电动机连接的皮带过紧

移动电动机座,使皮带松紧程度合适

齿轮啮合间隙不均匀或齿轮损坏

调整啮合间隙或更换新齿轮

传动轴承损坏或传动轴弯曲

修复或更换轴承,校直传动轴

6

主轴没有润滑油循环或润滑不足

油泵转向不正确,或间隙太大

改变油泵转向或修理油泵

吸油管没有插入油箱的油面下面

将吸油管插入油面以下2/3

油管和滤油器堵塞

清除堵塞物

润滑油压力不足

调整供油压力

7

润滑油泄漏

润滑油过量

调整供油量

密封件损坏

更换密封件

管件损坏

更换管件