史彩言

摘 要：隨著電氣傳動(dòng)技術(shù)的迅速發(fā)展和日趨完善，數(shù)控機(jī)床的主傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不斷優(yōu)化，逐漸替代了傳統(tǒng)的帶輪和齒輪傳動(dòng)。將機(jī)床主軸與主軸電機(jī)融為一體的新技術(shù)，使傳動(dòng)的效率大大提高。電主軸的運(yùn)用極大地促進(jìn)了數(shù)控?fù)舸┘夹g(shù)的發(fā)展，在實(shí)踐中也發(fā)揮著十分重要的應(yīng)用價(jià)值。電主軸的成本比較高，所以在日常的使用過程中要遵循嚴(yán)格的技術(shù)規(guī)范，定期給予維護(hù)，這樣才能保障電主軸的正常運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：電主軸;使用;維護(hù);技術(shù)規(guī)范

中圖分類號(hào)：TH133.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0 引言

電主軸是最近幾年隨著數(shù)控機(jī)床技術(shù)發(fā)展而產(chǎn)生的，其最關(guān)鍵的技術(shù)是將機(jī)床主軸與主軸電機(jī)融為一體，以此來實(shí)現(xiàn)機(jī)床主軸由內(nèi)裝式電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，這樣傳動(dòng)的效率和效果大大提升。從整個(gè)數(shù)控機(jī)床的構(gòu)成來看，電主軸部分是相對(duì)獨(dú)立的，也被稱為一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的主軸單元，但是從一般來看，電主軸的成本比較高，所以在日常的使用維護(hù)過程中要遵循嚴(yán)格的技術(shù)規(guī)范，故本文從電主軸的日常使用、定期維護(hù)、故障診斷三方面論述了技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)[1]。

1 研究理論框架

1.1 概述及性能技術(shù)參數(shù)

1.1.1 概述

電主軸是由一套組件構(gòu)成的，最主要的包括外殼電機(jī)、主軸、軸承、主軸單元?dú)んw、驅(qū)動(dòng)模塊和冷卻裝置等，各個(gè)部分都有自己的功能。電機(jī)的轉(zhuǎn)子與主軸是一體的，采用壓配的方法制作而成，主軸的前后都有相應(yīng)的軸承支撐。電機(jī)的定子通過冷卻套安裝于主軸單元的殼體中。驅(qū)動(dòng)模塊主要用來實(shí)現(xiàn)主軸的變速，冷卻裝置控制主軸單元內(nèi)的升溫。還有一些其他的諸如測(cè)速以及安裝相應(yīng)刀具的結(jié)構(gòu)。

電主軸的出現(xiàn)是伴隨著許多高新技術(shù)的出現(xiàn)而產(chǎn)生的，最主要的是高速軸承技術(shù)和高速電機(jī)技術(shù)。這些高新技術(shù)的運(yùn)用直接導(dǎo)致電主軸技術(shù)具有傳統(tǒng)傳動(dòng)技術(shù)不可比擬的優(yōu)越性。電主軸的結(jié)構(gòu)緊湊，省卻了不少無用的設(shè)備，重量輕，傳動(dòng)過程直接慣性小而且噪音低。最明顯的是傳輸?shù)男Ч托蚀蟠筇嵘?，主軸的定位比較容易，而且內(nèi)部采用高速軸承技術(shù)，所以壽命比較長(zhǎng)。

1.1.2 性能技術(shù)參數(shù)

按照現(xiàn)階段電主軸的維修使用狀況和有關(guān)電主軸技術(shù)的要求準(zhǔn)則，明確下列主要技術(shù)參數(shù)：電主軸的動(dòng)平衡狀態(tài)、機(jī)械振動(dòng)狀態(tài)、軸承包絡(luò)、主軸的停當(dāng)狀態(tài)、主軸拉刀力、EM值等。電主軸的動(dòng)平衡狀態(tài)即為電機(jī)主軸在高速運(yùn)轉(zhuǎn)情況下的動(dòng)平衡狀態(tài)，如果電主軸的動(dòng)平衡效果不佳，則會(huì)導(dǎo)致主軸的機(jī)械部件產(chǎn)生振動(dòng)現(xiàn)象，繼而對(duì)軸承造成損傷，使主軸熱量過大，對(duì)加工精度以及表面加工質(zhì)量產(chǎn)生嚴(yán)重影響。

電機(jī)的主軸機(jī)械振動(dòng)狀態(tài)，指的是對(duì)主軸整體機(jī)械狀態(tài)實(shí)現(xiàn)評(píng)估的過程，其中包含徑向和軸向振動(dòng)。電機(jī)主軸如果振動(dòng)狀態(tài)差，則會(huì)使軸承磨損嚴(yán)重，令主軸嚴(yán)重發(fā)熱，進(jìn)而導(dǎo)致加工精度下降，表面加工質(zhì)量降低。主軸的軸承包絡(luò)狀態(tài)指的是對(duì)軸承狀態(tài)評(píng)價(jià)的指標(biāo)。利用低頻率、中頻率以及高頻率的信號(hào)對(duì)軸承進(jìn)行檢測(cè)以測(cè)定其磨損或是損害程度及損害位置[2]。檢測(cè)出現(xiàn)低頻率信號(hào)則表示軸承的外圈出現(xiàn)磨損狀況，中頻率信號(hào)則表示軸承的滾道面出現(xiàn)磨損狀況，高頻率信號(hào)則表示單個(gè)滾珠出現(xiàn)磨損狀況。主軸起停狀態(tài)是指主軸的狀態(tài)，是判定主軸的振動(dòng)狀態(tài)的指標(biāo)，是測(cè)定主軸從0開始直到既定速到再到0時(shí)整個(gè)過程主軸的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，檢測(cè)出在某個(gè)特定速度下或者轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的共振峰值，方便在正常加工狀態(tài)下規(guī)避上述所指的特定速度和轉(zhuǎn)速范圍，以此保護(hù)電機(jī)主軸進(jìn)而保證加工精度和加工質(zhì)量。

1.2 電主軸的日常使用、維護(hù)及常見故障診斷

1.2.1 電主軸的日常使用

首先是連接冷卻水管，用螺母或箍喉固定。

其次是連接好電源線，電源插頭有四個(gè)，要根據(jù)具體的要求，一個(gè)接地其他三個(gè)接電源線。電壓隨著轉(zhuǎn)速的變化而變化，但是不能隨意提高轉(zhuǎn)速。

啟動(dòng)前的測(cè)試，先點(diǎn)動(dòng)開啟電主軸，確認(rèn)旋向從主軸軸端方向看為逆時(shí)針方向后在全面開啟設(shè)備。使用過程中嚴(yán)防對(duì)電主軸進(jìn)行沖擊和撞擊，及時(shí)查看冷卻的狀況以及設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)的聲音，通過這些來判斷電主軸的運(yùn)轉(zhuǎn)是否正常。如果出現(xiàn)異常要停止設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)進(jìn)行觀察。停止電主軸運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)要遵循一定的順序，先關(guān)閉電主軸電源，然后再關(guān)閉冷卻水、潤(rùn)滑油。嚴(yán)格遵守操作的流程和規(guī)范，按拉碾工藝規(guī)范操作，防止出現(xiàn)超額運(yùn)轉(zhuǎn)。

在使用的過程中注意撞車、悶車現(xiàn)象。在整個(gè)電主軸的工作過程中操作人員要謹(jǐn)慎觀察，不能擅離崗位。注意電主軸的冷卻。電主軸一般采用循環(huán)恒溫水冷卻，所以要注意冷卻水的流量，防止斷流或流量減少的情形。冷卻水要采用過濾過的水，這樣才能保證水流的順暢性。如果這個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題則有可能導(dǎo)致電主軸的壽命縮短。注重軸承的保護(hù)，軸承是電主軸的關(guān)鍵部位，一旦出現(xiàn)問題將會(huì)導(dǎo)致整個(gè)設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)異常。嚴(yán)防水、磨灰雜物等進(jìn)入軸承。水的進(jìn)入會(huì)導(dǎo)致軸承的銹蝕，磨灰雜物的進(jìn)入會(huì)導(dǎo)致軸承油膜遭到破壞。軸承作為一種機(jī)密設(shè)備，一旦保護(hù)不力就會(huì)導(dǎo)致設(shè)備的使用壽命降低。最后是電主軸的潤(rùn)滑。電主軸一般采用油氣潤(rùn)滑，每次使用開啟之前要先預(yù)注油潤(rùn)滑90次，周期為2分鐘一次[3]。

1.2.2 電主軸的定期維護(hù)

電主軸的軸向跳動(dòng)一般要求為0.002 mm（2 μm），每年檢測(cè)2次。（見圖1）

電主軸內(nèi)錐孔的徑向跳動(dòng)一般要求為0.002 mm（2 μm），每年檢測(cè)2次。

電主軸芯棒遠(yuǎn)端（250 mm）徑向跳動(dòng)一般要求為：0.012 mm（12 μm），每年檢測(cè)2次。

蝶形彈簧的漲緊力要求為：16 kN～27 kN（以HSK63為例）每年檢測(cè)2次。（見圖2）

拉刀桿松刀時(shí)伸出的距離為：10.5 mm±0.1 mm（以HSK63為例）每年檢測(cè)4次。

部分機(jī)電設(shè)備的主軸需要保持高速旋轉(zhuǎn)，對(duì)主軸及相關(guān)零部件的加工精度、旋轉(zhuǎn)精度和安裝精度有較高的要求。如果針對(duì)主軸的安裝和維修不到位，不僅會(huì)影響設(shè)備運(yùn)行效果，還會(huì)降低主軸乃至整個(gè)設(shè)備的使用壽命。在日常使用管理過程中，要定期拆卸主軸零部件，對(duì)相關(guān)零部件進(jìn)行清理，尤其要清理內(nèi)部的灰塵、雜質(zhì)。重點(diǎn)檢查軸承磨損情況，如果有超過限度的損壞情況，要選擇與之匹配的零部件進(jìn)行更換。清理維護(hù)完成之后，對(duì)主軸各零部件進(jìn)行安裝，準(zhǔn)確裝入墊圈，保證軸承安裝到位，操作其轉(zhuǎn)動(dòng)，再用千分表測(cè)量軸承、主軸的端面和外圈，保證徑向跳動(dòng)、端面跳動(dòng)幅度低于5 μm[4]。通過這種規(guī)范的精細(xì)化檢修維護(hù)工作，可以讓機(jī)電設(shè)備主軸各部件擁有更高的裝配精度，處于更優(yōu)的配合狀態(tài)。這是降低軸承磨損變形，避免零部件故障的關(guān)鍵，有利于延長(zhǎng)主軸及整個(gè)設(shè)備的使用壽命。

1.2.3 常見的故障診斷

主軸發(fā)熱導(dǎo)致的原因主要包括主軸軸承預(yù)緊力過大、主軸軸承研傷或損壞、主軸潤(rùn)滑油臟或有雜質(zhì)、主軸軸承潤(rùn)滑油脂耗盡或潤(rùn)滑油脂過多等原因。出現(xiàn)發(fā)熱的情況要進(jìn)行詳細(xì)的檢查，確定出現(xiàn)發(fā)熱的原因，及時(shí)排除故障。

主軸強(qiáng)力切削時(shí)停轉(zhuǎn)，導(dǎo)致這個(gè)問題主要有以下幾個(gè)原因：主軸電動(dòng)機(jī)與主軸連接的傳動(dòng)帶過松;主軸電動(dòng)機(jī)與主軸連接的傳動(dòng)帶表面有油造成主軸傳動(dòng)時(shí)傳動(dòng)帶打滑;主軸電動(dòng)機(jī)與主軸連接的傳動(dòng)帶使用過久而失效;主軸傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中的離合器、聯(lián)軸器連接、調(diào)整過松或磨損。操作人員要對(duì)此進(jìn)行排查，發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致問題的原因排除故障。

噪聲過大，主要原因是主軸部件動(dòng)平衡不良、主軸傳動(dòng)齒輪磨損、主軸支承軸承拉毛或損壞、主軸傳動(dòng)帶松弛或磨損。操作人員要進(jìn)行詳細(xì)的分析。

2 結(jié)語

總之，電主軸作為近幾年興起的一種技術(shù)，在數(shù)控機(jī)床領(lǐng)域發(fā)揮著越來越重要的作用。但是作為一種精密儀器，其運(yùn)行的過程要求十分嚴(yán)格，必須按照科學(xué)的技術(shù)規(guī)范來進(jìn)行使用和維護(hù)，出現(xiàn)異常及時(shí)查找原因，第一時(shí)間排除故障，這樣才能保障電主軸的正常壽命和工作效果。

參考文獻(xiàn)：

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[2]康輝民，陳小安，陳文曲，等.高速電主軸軸承熱分析與實(shí)驗(yàn)研究[J].機(jī)械強(qiáng)度，2011，33（06）：797-802.

[3]康輝民，陳小安，陳文曲，等.U/f控制下高速電主軸的低頻電壓補(bǔ)償與負(fù)載特性分析[J].機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2011，47（09）：132-138.

[4]康輝民，陳小安，陳文曲，等.耦合電壓對(duì)高速電主軸動(dòng)態(tài)性能的影響[J].機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2011，47（07）：148-156.