BNN-002 加工中心主軸部件維修工藝探討

高敏，劉忠軍

(1.東北電力大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，吉林吉林 132012;2.一汽轎車股份公司第二發(fā)動(dòng)機(jī)廠，吉林長春 130011)

BNN-002 加工中心機(jī)床是以鏜、銑為主的自動(dòng)換刀機(jī)床，主軸部件具有剛度高、精度高、熱變形小、轉(zhuǎn)速范圍大(0～10 000 r/min)等特點(diǎn)，帶自動(dòng)鎖緊裝置、切屑自動(dòng)清除裝置、內(nèi)冷卻裝置等。

1 主軸部件結(jié)構(gòu)、功能及故障排除

1.1 主軸內(nèi)刀具的自動(dòng)鎖緊及松開

加工中心主軸的自動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu)采用并列2 個(gè)、共32 組碟形彈簧，在碟形彈簧的作用下，拉桿鎖緊拉力通過拉桿左端夾頭中的鋼球?qū)⒌稐U尾部軸頸拉緊。

刀具自動(dòng)鎖緊裝置容易出現(xiàn)的故障是刀具有時(shí)不松開、不能自動(dòng)卸刀。這是因?yàn)橥ㄈ胨傻队透子仪坏膲毫τ陀蛪哼^低造成的，達(dá)不到要求的松刀力11 466 N。這時(shí)應(yīng)調(diào)整油壓。由油缸內(nèi)徑d=100 mm、油缸外徑D=140 mm 可知，活塞有效面積S=πD2/4 -πd2/4=7 536 ×10-6m2;因?yàn)镕=p·S，所以p=F/S=11 466/ (7 536 ×10-6)=1.52 MPa。至少應(yīng)把油缸右腔壓強(qiáng)調(diào)到1.52 MPa，一般調(diào)到1.6 MPa，低于這個(gè)壓強(qiáng)刀具就不松開。

1.2 主軸軸承的選擇、配置及拆裝

BNN-002 加工中心機(jī)床主軸部件的前軸承采用成對(duì)的2MM9113WI DUL (FAFNIR)向心推力球軸承;后軸承采用N1011CCG5 P4 級(jí)(NSK)徑向推力滾子軸承。向心推力球軸承能承受徑向軸間雙向負(fù)荷，具有良好的變速性能，可達(dá)10 000 r/min，但它的承載能力有限，這就決定了這種機(jī)床不適于重切削。

另外，前軸承采用如圖1 的方式安裝，負(fù)荷作用在軸承中心線之外，軸的懸臂較小、剛度好且軸受熱伸長時(shí)，軸承游隙增大，不會(huì)發(fā)生卡死現(xiàn)象。

主軸部件最易發(fā)生的故障是主軸內(nèi)部異響，從而影響加工質(zhì)量。這一般是由軸承的磨損或銹蝕造成的，需要重新更換、調(diào)配軸承。重新裝配時(shí)要把兩軸承之間的內(nèi)、外隔墊進(jìn)行修配、采用預(yù)緊安裝，以減少工作負(fù)荷下軸承的實(shí)際變形量，從而改變軸承剛度、提高旋轉(zhuǎn)精度。

圖1 前軸承背對(duì)背安裝

預(yù)緊力的大小對(duì)軸承的壽命有直接的影響。太小達(dá)不到預(yù)緊的目的，太大會(huì)使軸承中接觸應(yīng)力和摩擦阻力增大，從而導(dǎo)致軸承壽命的降低。此軸承適于高速、輕載條件，預(yù)緊主要是為了提高旋轉(zhuǎn)精度和減輕振動(dòng)，最小預(yù)緊力一般取所受最大載荷的0.35 倍。

1.3 主軸油霧潤滑裝置

機(jī)床內(nèi)部發(fā)熱是機(jī)床部件產(chǎn)生熱形變的主要熱源，而主軸軸承是一個(gè)最大的內(nèi)部熱源。一般的加工中心采用油霧潤滑，有的還對(duì)主軸部件進(jìn)行強(qiáng)制冷卻(即加制冷泵)，以消除熱變形對(duì)加工精度的影響。此主軸部件軸承的油霧潤滑方式是在壓縮空氣內(nèi)定時(shí)、定量打入潤滑稀油，油液霧化后通過管路通到主軸箱體上部，通過油道孔進(jìn)入到主軸前后軸承進(jìn)行油霧潤滑，然后通過主軸箱體下部的油道孔排出主軸箱體外，既帶走了軸承所產(chǎn)生的熱量，又使軸承得到潤滑，延長軸承使用壽命。

油霧潤滑裝置易產(chǎn)生的故障是打油泵有時(shí)調(diào)的打油量過小，造成不打油，壓縮空氣直接進(jìn)入主軸軸承，引起含水銹蝕。應(yīng)在維修巡檢時(shí)，適當(dāng)調(diào)節(jié)油量。

1.4 切屑的自動(dòng)清除裝置

如果在主軸錐孔中掉進(jìn)了切屑或其他污物，在拉緊刀桿時(shí)，主軸錐孔表面的錐柄就會(huì)被劃傷，甚至使刀桿產(chǎn)生偏斜，破壞刀具的正確定位，影響加工零件的精度，甚至使零件報(bào)廢。為了保證主軸錐孔的清潔，用壓縮空氣進(jìn)行吹屑。當(dāng)?shù)毒咚砷_時(shí)，松刀油缸的活塞左移，活塞后檔塊緊貼在銷軸的小平面上，同時(shí)接通油缸后端蓋上的壓縮空氣孔道，使壓縮空氣通過活塞進(jìn)入銷軸，再通過支承軸及鎖緊螺母的通道進(jìn)入主軸內(nèi)孔，再經(jīng)碟形彈簧的間隙進(jìn)入拉桿前端，由于拉桿前端有多個(gè)小孔道，因而壓縮空氣由噴氣小孔吹出，將錐孔清理干凈。而當(dāng)?shù)毒邐A緊時(shí)，活塞右移自動(dòng)切斷氣道。

1.5 主軸內(nèi)冷卻裝置

在加工長孔時(shí)，為降低刀具溫升及排除孔內(nèi)切屑，刀具本身開有冷卻液通孔。為了提供刀具內(nèi)冷卻，高壓冷卻水泵打出的高壓冷卻水，經(jīng)軟管通過接頭進(jìn)入中空的伺服電機(jī)軸的內(nèi)套中，再進(jìn)入拉桿軸心中的通道到達(dá)拉桿的前端，通過主軸上的兩個(gè)斜孔到達(dá)刀具內(nèi)孔，起到了在加工時(shí)的內(nèi)部冷卻作用。為了使冷卻液不泄漏到主軸拉桿的外部，造成主軸其他零件的銹蝕，在冷卻水道的各個(gè)接頭處都加了“O”型密封圈。

1.6 主軸前端面的氣壓密封

為防止主軸前端進(jìn)入切屑或冷卻液等，主軸前端采用氣壓密封裝置。壓縮空氣通過軟管進(jìn)入開了一道環(huán)行槽的主軸前端蓋，且主軸上開了帶斜面的環(huán)行槽，起到氣壓前頂?shù)淖饔茫_(dá)到密封效果，壓縮空氣中的水氣通過端蓋下的排屑孔排掉。

1.7 主軸的準(zhǔn)停裝置

加工中心機(jī)床的切削扭矩是通過刀桿軸的端面鍵來傳遞的，每一次自動(dòng)裝卸刀具都必須使刀柄上的鍵槽對(duì)準(zhǔn)主軸的端面鍵，這就要求主軸具有準(zhǔn)確定位功能。主軸采用伺服電機(jī)中位置編碼器定位，如不能準(zhǔn)確定位，可通過位置參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。

2 結(jié)論

加工中心能提高生產(chǎn)效率、降低加工綜合費(fèi)用、提高加工質(zhì)量，有取代通用機(jī)床和專用組合機(jī)床的趨勢。美、日等國的加工中心機(jī)床產(chǎn)值已占其機(jī)床總產(chǎn)值的50%左右。通過對(duì)BNN-002 主軸部件的分析，可及時(shí)排除故障、提高維修質(zhì)量;還可借鑒主軸部件的設(shè)計(jì)，提高國產(chǎn)加工中心的質(zhì)量。

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