電主軸的日常使用以及維護探析

史彩言

摘 要：隨著電氣傳動技術(shù)的迅速發(fā)展和日趨完善，數(shù)控機床的主傳動系統(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。將機床主軸與主軸電機融為一體的新技術(shù)，使傳動的效率大大提高。電主軸的運用極大地促進了數(shù)控擊穿技術(shù)的發(fā)展，在實踐中也發(fā)揮著十分重要的應(yīng)用價值。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，這樣才能保障電主軸的正常運行。

關(guān)鍵詞：電主軸;使用;維護;技術(shù)規(guī)范

中圖分類號：TH133.3 文獻標(biāo)識碼：A

0 引言

電主軸是最近幾年隨著數(shù)控機床技術(shù)發(fā)展而產(chǎn)生的，其最關(guān)鍵的技術(shù)是將機床主軸與主軸電機融為一體，以此來實現(xiàn)機床主軸由內(nèi)裝式電動機直接驅(qū)動，這樣傳動的效率和效果大大提升。從整個數(shù)控機床的構(gòu)成來看，電主軸部分是相對獨立的，也被稱為一個相對獨立的主軸單元，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、故障診斷三方面論述了技術(shù)關(guān)鍵點[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、主軸、軸承、主軸單元殼體、驅(qū)動模塊和冷卻裝置等，各個部分都有自己的功能。電機的轉(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。電機的定子通過冷卻套安裝于主軸單元的殼體中。驅(qū)動模塊主要用來實現(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)和高速電機技術(shù)。這些高新技術(shù)的運用直接導(dǎo)致電主軸技術(shù)具有傳統(tǒng)傳動技術(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。

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)：電主軸的動平衡狀態(tài)、機械振動狀態(tài)、軸承包絡(luò)、主軸的停當(dāng)狀態(tài)、主軸拉刀力、EM值等。電主軸的動平衡狀態(tài)即為電機主軸在高速運轉(zhuǎn)情況下的動平衡狀態(tài)，如果電主軸的動平衡效果不佳，則會導(dǎo)致主軸的機械部件產(chǎn)生振動現(xiàn)象，繼而對軸承造成損傷，使主軸熱量過大，對加工精度以及表面加工質(zhì)量產(chǎn)生嚴(yán)重影響。

電機的主軸機械振動狀態(tài)，指的是對主軸整體機械狀態(tài)實現(xiàn)評估的過程，其中包含徑向和軸向振動。電機主軸如果振動狀態(tài)差，則會使軸承磨損嚴(yán)重，令主軸嚴(yán)重發(fā)熱，進而導(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)指的是對軸承狀態(tài)評價的指標(biāo)。利用低頻率、中頻率以及高頻率的信號對軸承進行檢測以測定其磨損或是損害程度及損害位置[2]。檢測出現(xiàn)低頻率信號則表示軸承的外圈出現(xiàn)磨損狀況，中頻率信號則表示軸承的滾道面出現(xiàn)磨損狀況，高頻率信號則表示單個滾珠出現(xiàn)磨損狀況。主軸起停狀態(tài)是指主軸的狀態(tài)，是判定主軸的振動狀態(tài)的指標(biāo)，是測定主軸從0開始直到既定速到再到0時整個過程主軸的運動狀態(tài)，檢測出在某個特定速度下或者轉(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，以此保護電機主軸進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，要根據(jù)具體的要求，一個接地其他三個接電源線。電壓隨著轉(zhuǎn)速的變化而變化，但是不能隨意提高轉(zhuǎn)速。

啟動前的測試，先點動開啟電主軸，確認旋向從主軸軸端方向看為逆時針方向后在全面開啟設(shè)備。使用過程中嚴(yán)防對電主軸進行沖擊和撞擊，及時查看冷卻的狀況以及設(shè)備運轉(zhuǎn)的聲音，通過這些來判斷電主軸的運轉(zhuǎn)是否正常。如果出現(xiàn)異常要停止設(shè)備的運轉(zhuǎn)進行觀察。停止電主軸運轉(zhuǎn)時要遵循一定的順序，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)超額運轉(zhuǎn)。

在使用的過程中注意撞車、悶車現(xiàn)象。在整個電主軸的工作過程中操作人員要謹慎觀察，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，軸承是電主軸的關(guān)鍵部位，一旦出現(xiàn)問題將會導(dǎo)致整個設(shè)備的運轉(zhuǎn)異常。嚴(yán)防水、磨灰雜物等進入軸承。水的進入會導(dǎo)致軸承的銹蝕，磨灰雜物的進入會導(dǎo)致軸承油膜遭到破壞。軸承作為一種機密設(shè)備，一旦保護不力就會導(dǎo)致設(shè)備的使用壽命降低。最后是電主軸的潤滑。電主軸一般采用油氣潤滑，每次使用開啟之前要先預(yù)注油潤滑90次，周期為2分鐘一次[3]。

1.2.2 電主軸的定期維護

電主軸的軸向跳動一般要求為0.002 mm（2 μm），每年檢測2次。（見圖1）

電主軸內(nèi)錐孔的徑向跳動一般要求為0.002 mm（2 μm），每年檢測2次。

電主軸芯棒遠端（250 mm）徑向跳動一般要求為：0.012 mm（12 μm），每年檢測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2次。（見圖2）

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

部分機電設(shè)備的主軸需要保持高速旋轉(zhuǎn)，對主軸及相關(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。如果針對主軸的安裝和維修不到位，不僅會影響設(shè)備運行效果，還會降低主軸乃至整個設(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，對相關(guān)零部件進行清理，尤其要清理內(nèi)部的灰塵、雜質(zhì)。重點檢查軸承磨損情況，如果有超過限度的損壞情況，要選擇與之匹配的零部件進行更換。清理維護完成之后，對主軸各零部件進行安裝，準(zhǔn)確裝入墊圈，保證軸承安裝到位，操作其轉(zhuǎn)動，再用千分表測量軸承、主軸的端面和外圈，保證徑向跳動、端面跳動幅度低于5 μm[4]。通過這種規(guī)范的精細化檢修維護工作，可以讓機電設(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，有利于延長主軸及整個設(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、主軸潤滑油臟或有雜質(zhì)、主軸軸承潤滑油脂耗盡或潤滑油脂過多等原因。出現(xiàn)發(fā)熱的情況要進行詳細的檢查，確定出現(xiàn)發(fā)熱的原因，及時排除故障。

主軸強力切削時停轉(zhuǎn)，導(dǎo)致這個問題主要有以下幾個原因：主軸電動機與主軸連接的傳動帶過松;主軸電動機與主軸連接的傳動帶表面有油造成主軸傳動時傳動帶打滑;主軸電動機與主軸連接的傳動帶使用過久而失效;主軸傳動機構(gòu)中的離合器、聯(lián)軸器連接、調(diào)整過松或磨損。操作人員要對此進行排查，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平衡不良、主軸傳動齒輪磨損、主軸支承軸承拉毛或損壞、主軸傳動帶松弛或磨損。操作人員要進行詳細的分析。

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)范來進行使用和維護，出現(xiàn)異常及時查找原因，第一時間排除故障，這樣才能保障電主軸的正常壽命和工作效果。

參考文獻：

[1]陳小安，陳文曲，康輝民，等.偏心電主軸動力學(xué)分析[J].重慶大學(xué)學(xué)報，2012，35（03）：26-32.

[2]康輝民，陳小安，陳文曲，等.高速電主軸軸承熱分析與實驗研究[J].機械強度，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償與負載特性分析[J].機械工程學(xué)報，2011，47（09）：132-138.

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