數(shù)控機(jī)床電主軸更換方法研究

王德華

（南車(chē)青島四方機(jī)車(chē)車(chē)輛股份有限公司 山東青島）

一、引言

從日本菊川鐵工所引進(jìn)FANUC 31i系統(tǒng)的高性能雙銑頭龍門(mén)式數(shù)控機(jī)床，機(jī)床工作臺(tái)長(zhǎng)27 m，主軸采用SKF生產(chǎn)的高轉(zhuǎn)速電主軸，可實(shí)現(xiàn)雙銑頭同時(shí)加工，主要負(fù)責(zé)鋁合金長(zhǎng)大型材的成型加工。SKF高轉(zhuǎn)速電主軸主要參數(shù)如表1。

1.SKF高轉(zhuǎn)速電主軸結(jié)構(gòu)

SKF高轉(zhuǎn)速電主軸結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2.電主軸設(shè)計(jì)使用壽命周期及檢修要求

電主軸是高速（12 000 r/min）、高精度、高價(jià)值（價(jià)值120萬(wàn)元/臺(tái)）部件，電主軸的運(yùn)行壽命為5000 h。電主軸達(dá)到運(yùn)行壽命，須進(jìn)行拆卸、更換，拆下的電主軸返國(guó)外維修。電主軸的拆卸、更換一直由外方工程師實(shí)施，拆檢、返國(guó)外檢修的周期很長(zhǎng)、費(fèi)用極高，嚴(yán)重影響生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)，分析、掌握電主軸拆卸、更換技術(shù)迫在眉睫。

二、電主軸拆除方法

機(jī)床W軸電主軸運(yùn)轉(zhuǎn)達(dá)到極限壽命并出現(xiàn)過(guò)流報(bào)警，需進(jìn)行更換。

1.機(jī)械系統(tǒng)拆除

（1）確定機(jī)床在合適位置拆卸電主軸，保證電主軸有足夠空間能夠從主軸箱體內(nèi)順利脫出。

表1 高速電主軸主要參數(shù)

圖1 SFK高轉(zhuǎn)速電主軸結(jié)構(gòu)

（2）將X軸、W軸設(shè)置的系統(tǒng)軟限位位置放大，以保證在拆卸電主軸時(shí)移動(dòng)X軸W軸時(shí)設(shè)備不會(huì)出現(xiàn)超程報(bào)警。

（3）依次拆卸主軸油冷卻擋塊、W軸防護(hù)罩、主軸電源線、編碼器電纜及傳感器電纜。為防止油液泄露，需將主軸油冷單元內(nèi)的冷卻油箱全部清空后，拆卸主軸冷卻油管。

（4）整理主軸電纜線并用膠帶包扎好，防止電主軸拆卸過(guò)程將電纜線拉傷。

（5）制作M16×600 mm絲桿，并安裝在主軸對(duì)應(yīng)兩側(cè)螺栓孔上，將機(jī)床移動(dòng)至主軸安放位置（圖2a），使W軸到達(dá)最低位置后將主軸螺栓全部拆卸下來(lái)，主軸兩側(cè)加等高墊鐵，依次松開(kāi)絲桿螺帽讓主軸平衡下落（注意主軸電纜線），直至主軸脫離主軸孔（ 圖 2b）。

（6）油冷機(jī)開(kāi)機(jī)信號(hào)短接，系統(tǒng)會(huì)默認(rèn)油冷機(jī)正常，操作機(jī)床使W軸緩慢上升至安全位置。

圖2 主軸拆除示意圖

2.電主軸編碼器拆檢、安裝

（1）電主軸編碼器（圖 3）內(nèi)部裝有與齒輪模數(shù)相對(duì)應(yīng)的2組或3組磁敏電阻芯片，芯片背面裝有提供偏置磁場(chǎng)的磁鋼，使用時(shí)傳感器和齒輪需正確安裝。齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，會(huì)引起編碼器2組或3組芯片背面磁場(chǎng)發(fā)生變化，從而使傳感器輸出2路或3路正弦波。自動(dòng)控制系統(tǒng)通過(guò)分析這些正弦波信號(hào)可檢測(cè)跟蹤電機(jī)等部件的運(yùn)動(dòng)參數(shù)。

（2）電主軸編碼器拆檢方法。拆卸電主軸頂部的安裝定位座螺栓將定位座用長(zhǎng)螺栓頂起，與電主軸脫離（圖4）。拆除編碼器，將編碼器位置檢測(cè)齒輪用螺栓頂出。

圖3 編碼器原理圖

（3）安裝過(guò)程注意事項(xiàng)。在新電主軸上安裝并緊固編碼器。采用千分表對(duì)軸心進(jìn)行精度檢測(cè)，保證良好的裝配精度。編碼器和齒輪檢測(cè)面表面禁止擠壓、碰撞、劃傷，否則容易出現(xiàn)檢測(cè)錯(cuò)誤，導(dǎo)致設(shè)備不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)。檢測(cè)齒輪圓周齒面必須正對(duì)傳感器敏感頭的中心線，編碼器要可靠固定，敏感頭的檢測(cè)面與齒頂?shù)拈g距保證在0.15～0.2 mm，間距采用塞縫尺檢測(cè)。

圖4 主軸拆除示意圖

安裝時(shí)注意編碼器感應(yīng)齒輪方向，帶有原點(diǎn)檢測(cè)位置的方向安裝在上方，否則在執(zhí)行主軸回零時(shí)出現(xiàn)9082報(bào)警，即主軸編碼器零脈沖丟失，主軸無(wú)法回零和準(zhǔn)停，只能檢測(cè)主軸轉(zhuǎn)速。

將電主軸頂部安裝定位座恢復(fù)安裝，各螺栓對(duì)稱(chēng)均勻緊定。注意在進(jìn)行該部分的拆裝時(shí)，一定要保證各部件的清潔，避免裝配后對(duì)編碼器等部件造成二次污染，出現(xiàn)其他故障。

3.電主軸安裝方法及檢驗(yàn)

將電主軸采用拆除的逆方法，全部恢復(fù)安裝后，拆除油冷機(jī)短接線，對(duì)接各電纜線及油管，加注冷卻油。檢驗(yàn)各項(xiàng)主軸幾何精度，進(jìn)行試車(chē)驗(yàn)證結(jié)果。主軸運(yùn)轉(zhuǎn)正常，主軸回零及準(zhǔn)停正常，試驗(yàn)換刀等動(dòng)作正常，表征設(shè)備恢復(fù)正常使用。

三、總結(jié)

電主軸是數(shù)控機(jī)床核心部件，其幾何精度、動(dòng)態(tài)精度決定整機(jī)的系統(tǒng)精度，通過(guò)以上所述電主軸的拆除、編碼器的拆檢及電主軸的安裝、檢驗(yàn)三個(gè)過(guò)程，設(shè)備經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間使用，沒(méi)有出現(xiàn)與主軸故障相關(guān)的報(bào)警現(xiàn)象，運(yùn)行狀況良好。