KELLENBERGER外圓磨床砂輪主軸改造

曹召東 于永軍 唐煜欣

摘 要：動(dòng)壓軸承及靜壓軸承廣泛用于各類磨床主軸，因不同的軸承有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，根據(jù)不同的工況選擇合適的軸承。通過對(duì)KELLENBERGER超精密外圓磨床主軸動(dòng)壓軸承的改造，提升機(jī)床的加工效率及可靠性。

關(guān)鍵詞：動(dòng)壓軸承；靜壓軸承；動(dòng)靜壓軸承

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.10.030

1 改造設(shè)備情況

哈挺集團(tuán)旗下子公司瑞士KELLENBERGER（克林伯格）是世界著名的磨床生產(chǎn)廠家。該公司的KEL-VARIA系列超精密萬(wàn)能外圓磨床因高精度、高效率的特點(diǎn)在國(guó)內(nèi)中小型精密零部件加工領(lǐng)域大量應(yīng)用。然而國(guó)內(nèi)企業(yè)在使用時(shí)發(fā)現(xiàn)此磨床經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間使用后砂輪主軸故障率高，經(jīng)常需要維修。為此本公司對(duì)此類主軸進(jìn)行了改造升級(jí)，改造后的主軸性能優(yōu)于原廠家配套主軸，使用壽命大大延長(zhǎng)，為企業(yè)解決了很大困擾。

2 原主軸結(jié)構(gòu)

原機(jī)床砂輪主軸軸承為動(dòng)壓軸承，主軸兩端有一對(duì)徑向動(dòng)壓軸承，軸向動(dòng)壓軸承位于右軸承內(nèi)側(cè)。主軸直徑為φ63mm、體殼孔直徑為φ120mm。此機(jī)床主軸有兩種：一種為雙砂輪分別安裝在主軸左右兩端；另一種為單砂輪安裝在主軸一端。電機(jī)通過皮帶驅(qū)動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)，依靠主軸旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)潤(rùn)滑油泵旋轉(zhuǎn)，潤(rùn)滑油泵為主軸提供循環(huán)潤(rùn)滑油。潤(rùn)滑油池在體殼中間，為封閉式結(jié)構(gòu)，潤(rùn)滑油泵從油池中抽油注入主軸與軸承相對(duì)滑動(dòng)面，然后潤(rùn)滑油從軸承兩側(cè)溢出后流回油池中形成循環(huán)。動(dòng)壓軸承安裝在體殼孔中，動(dòng)壓軸承外圓有冷卻溝槽，切削液經(jīng)溝槽對(duì)動(dòng)壓軸承進(jìn)行冷卻。主軸電機(jī)安裝在體殼后端，利用切削液進(jìn)行循環(huán)冷卻。

此主軸存在三個(gè)缺點(diǎn)：（1）主軸電機(jī)啟動(dòng)時(shí)潤(rùn)滑油泵不能同步供應(yīng)潤(rùn)滑油，主軸與動(dòng)壓軸承存在干磨擦?xí)p主軸及動(dòng)壓軸承，時(shí)間越長(zhǎng)磨損越嚴(yán)重。雖然動(dòng)壓軸承內(nèi)部與主軸接觸表面采用了耐磨損的巴氏合金材料，但仍然不能避免磨損的發(fā)生。（2）利用切削液對(duì)動(dòng)壓軸承和主軸電機(jī)進(jìn)行冷卻，由于切削液中難免帶有雜質(zhì)，因此容易把雜質(zhì)帶入冷卻管路中，長(zhǎng)時(shí)間使用后雜質(zhì)易堵塞冷卻管路影響冷卻效果。（3）軸承潤(rùn)滑油與切削液靠多個(gè)O型橡膠圈相互間隔，長(zhǎng)期使用后橡膠圈容易受切削液腐蝕老化密封效果差，切削液及易混入潤(rùn)滑油中，損壞主軸和動(dòng)壓軸承，并可能引起主軸與動(dòng)壓軸承抱死。由于以上幾個(gè)缺點(diǎn)，主軸電機(jī)有過熱使用損壞的情況，主軸與動(dòng)壓軸承也有磨損嚴(yán)重不能滿足使用要求，主軸與動(dòng)壓軸承也有抱死的情況。雖然用戶更換過電機(jī)及修復(fù)動(dòng)壓軸承、主軸及O型橡膠圈，但使用一段時(shí)間后仍會(huì)出現(xiàn)同樣的故障。

3 磨床主軸用軸承介紹

磨床主軸用軸承分為為滑動(dòng)軸承和滾動(dòng)軸承，其中磨床上使用的滑動(dòng)軸承以潤(rùn)滑油為介質(zhì)的滑動(dòng)軸承為主。滑動(dòng)軸承因自身具有精度高、抗振性好、耐沖擊、剛度高、壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)應(yīng)用更為廣泛。滑動(dòng)軸承分為動(dòng)壓軸承和靜壓軸承。動(dòng)壓軸承主軸無(wú)外接壓力油源，依靠潤(rùn)滑油的粘性及不可壓縮性旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生壓力油膜可承載，具有結(jié)構(gòu)緊湊、制造成本低、動(dòng)壓力大的優(yōu)點(diǎn)，但是在主軸啟動(dòng)和停止時(shí)主軸與軸承存在磨損。靜壓軸承主軸有外接壓力油源，主軸與軸承不接觸，在使用過程中無(wú)磨損、精度高，但靜壓軸承制造成本較高。動(dòng)靜壓軸承是在靜壓軸承的基礎(chǔ)上在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)引入動(dòng)壓軸承的結(jié)構(gòu)，使二者有效結(jié)合，既保留了靜壓軸承具有無(wú)磨損、精度高的特點(diǎn)，又加入了動(dòng)壓軸承動(dòng)壓力大的優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)在在高精度磨床主軸已大量應(yīng)用。

4 改造后主軸結(jié)構(gòu)

針對(duì)用戶在使用此主軸存在的問題，本公司對(duì)此主軸的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了大幅改動(dòng)。將原動(dòng)壓軸承改造為動(dòng)靜壓軸承，將軸向止推布置在兩動(dòng)靜壓軸承之間，把主軸及電機(jī)的冷卻液由切削液改為潤(rùn)滑油，同時(shí)加大主軸直徑至φ80mm，增加主軸的承載力，主軸剛性大幅提高。根據(jù)主軸的轉(zhuǎn)速、精度及切削力等要求，合理選擇動(dòng)靜壓軸承用潤(rùn)滑油的粘度、主軸與軸承的間隙、節(jié)流比、供油壓力等參數(shù)，控制動(dòng)靜壓軸承發(fā)熱量，減少零件熱變形對(duì)主軸及軸承的影響。去掉原循環(huán)油泵，增加外置獨(dú)立供油系統(tǒng)，同時(shí)增加油冷機(jī)冷卻潤(rùn)滑油控制油溫在要求范圍內(nèi)，使主軸穩(wěn)定工作。由于潤(rùn)滑油有封閉的循環(huán)系統(tǒng)，杜絕了雜質(zhì)的進(jìn)入，主軸電機(jī)的冷卻也得到有效保障。供油系統(tǒng)配置有精密過濾器、儲(chǔ)能器及壓差發(fā)訊器、壓力繼電器、液位報(bào)警器、溫度報(bào)警器等安全保護(hù)裝置，保證主軸供油安全。供油系統(tǒng)的各種控制信號(hào)來(lái)控制主軸電機(jī)的啟停，進(jìn)一步確保主軸安全工作。主軸在兩端增加了氣密封裝置，防止切削液及雜質(zhì)進(jìn)入主軸內(nèi)部磨損密封圈。新主軸具體結(jié)構(gòu)見下圖。

改造后動(dòng)靜壓主軸加工效率大幅提高，零件加工質(zhì)量明顯提升。先期改造的主軸已有七年之久，未發(fā)生過故障。雖然改造時(shí)增加供油系統(tǒng)及油冷機(jī)需部分費(fèi)用，長(zhǎng)期使用后可靠性高，經(jīng)濟(jì)效益更好。

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