磨床工件軸的自主改造與氣密封應用

■神龍汽車有限公司 （湖北武漢 441004） 劉 輝 常 軍 張顯淘 葉 常

磨床工件軸的自主改造與氣密封應用

■神龍汽車有限公司 （湖北武漢 441004） 劉 輝 常 軍 張顯淘 葉 常

摘要：本文通過對我廠現(xiàn)場PRORECTIF93工件軸的軸承易損壞的問題進行分析，提出解決和優(yōu)化方案：在原來基礎上增加氣密封用來阻止外界雜質(zhì)，有效地保護并延長軸承壽命，同時也保護了工件軸箱體的精度，取得了成效。

我廠變速箱分廠熱后線的5臺設備X F1014、X F1015、XF1026、XF1039和XF1040是法國PRORECTIF93的磨床，已使用10年左右。其中，XF1014、XF1015和XF1026采用斜切入式加工方式，用來加工1～5擋齒輪的錐面和端面；XF1039/1040采用切入式加工方式，用來加工二軸花鍵面和軸頸。

1. 問題

工件軸（俗稱頭架）為磨床不可缺少的一部分，在加工精度方面扮演著非常重要的角色，其主要靠主軸的制造精度和軸承的裝配精度來保證。但是我們發(fā)現(xiàn)一個問題，就是軸承使用壽命非常短，約每半年XF1039、XF1040就要更換一次軸承，最多每一年XF1014、XF1015和XF1026就要更換一次頭架軸承。圖1簡單統(tǒng)計了5臺設備在3年內(nèi)磨床頭架軸承的消耗情況。

圖中，EX85、EX100軸承是以組為單位，2套/組；7017、7020的是以套為單位，折合成組軸承為28套/2=14組和4套/2=2組；7017可替代EX85，7020可替代EX100。

其中左邊是X F 1 0 1 4、XF1015和XF1026的頭架軸承，而右邊的是XF1039、XF1040的頭架軸承，每臺磨床的軸承裝機量如圖2所示。

圖1　內(nèi)磨床頭架軸承消耗情況

圖2　每臺磨床的軸承裝機量

由于使用的是SNFA軸承，通過SNFA軸承使用手冊，得到相關(guān)的一些數(shù)據(jù)以及計算軸承理論壽命的曲線，并通過該曲線來查找相對應的軸承理論壽命（見圖3）。

同時，根據(jù)現(xiàn)場提供的頭架軸承的轉(zhuǎn)速，XF1014/ XF1015/XF1026的轉(zhuǎn)速為500r/min，X F 1 0 4 0 / X F 1 0 3 9的轉(zhuǎn)速為200r/min，通過曲線圖表（注：關(guān)于軸承壽命計算公式可以查看相關(guān)軸承手冊），配合相關(guān)數(shù)據(jù)，我們可以得到這樣的結(jié)論：在當前轉(zhuǎn)速下，5臺磨床的頭架軸承的正常使用理論壽命為100 000h按一年300個工作日，每天22h運轉(zhuǎn)，則可以使用100 000/300/22≈15年。當然這只是個理論值，考慮到實際情況，在正常使用下，3～5年軸承肯定沒問題。但是按照我們目前更換軸承的情況來說，每半年或一年就更換，就極為不正常了。

2. 問題分析與解決

通過檢查每次更換下的軸承損壞情況，都有一個共性：就是工作期間大量切削液夾雜著磨屑進入到軸承內(nèi)部。為什么會有雜

質(zhì)進入到內(nèi)部呢？我們來看下結(jié)構(gòu)：以XF1040頭架結(jié)構(gòu)為例（見圖4）。

通過結(jié)構(gòu)圖，我們很容易就發(fā)現(xiàn)問題出在加工工件的過程中，主要原因是磨屑夾雜在骨架油封唇邊上使骨架油封結(jié)合面磨損，再通過骨架油封和鎖緊螺母的磨損面進入到軸承內(nèi)部（見圖5）。

問題是找到了，更換鎖緊螺母、骨架密封就可以了，但是這并不是我們的最終目的，因為僅僅是更換，螺母一樣會磨損，雜質(zhì)還是一樣進入到軸承內(nèi)部，軸承還是一樣頻繁地損壞。同時頻繁地拆裝軸承也會導致頭架本體孔的磨損，破壞其精度，一旦破壞到一定程度，整個頭架就報廢，會嚴重影響車間的生產(chǎn)，甚至導致停產(chǎn)，尤其X F1039/ XF1040是唯一設備，重要性就不用說了。如何做才能尋找到一個有效的辦法，能阻止切削液夾雜著磨屑進入到軸承內(nèi)部，使軸承使用壽命能達到或接近其理論值呢？

圖3

圖4

圖5

3. 改造優(yōu)化

回到結(jié)構(gòu)圖，我們看到在鎖緊螺母和骨架油封，靠軸承端有一個腔室，如果能在這個腔室內(nèi)充滿一定的介質(zhì)，使該介質(zhì)能阻止雜質(zhì)進入就可以。我們就考慮使用壓縮空氣來充當該介質(zhì)充滿腔室，既氣密封。

氣密封是將壓縮空氣導入需要密封的結(jié)構(gòu)內(nèi)部使內(nèi)部形成一個壓力腔，氣體的壓力和走向可有效防止加工時切削液及外部雜質(zhì)進入密封腔內(nèi)。而且在工廠內(nèi)壓縮空氣的資源是很豐富的，氣源多，安裝方便（就這幾臺設備來說，我們曾將這5臺磨床的安全門進行自主改造，取消了控制門運動的氣路，只需要將該氣路引到頭架就可以。同時，因為壓力低，面積小，氣密封所消耗的氣資源遠遠小于原來門所消耗的氣資源）。

開始動手進行改造：

（1）通過經(jīng)驗以及手段判斷心軸的硬度不硬，可以加工，在心軸上開啟兩個氣孔（見圖6）。

（2）重新加工擋水盤。紅色部位是擋水盤，與改進前相

比，擋水盤的外圓尺寸由128mm增加到132mm，擋水盤與傳動法蘭之間的間隙由原來的2.5mm縮小到0.5mm，便于壓縮空氣形成氣幕，有效地防止外部雜質(zhì)侵入（見圖7）。

（3）引氣源。從調(diào)壓閥處引出氣源，管徑8mm氣管進入設備內(nèi)部后用三通將氣路分為兩支管徑6mm的氣路。在頂尖潤滑法蘭上鉆兩個φ8mm孔，將氣管引入聯(lián)接在心軸上（見圖8）。

（4）設定氣體的壓力。我廠的壓縮空氣的壓力一般在0.4～0.6MPa，如何調(diào)整壓力在合適的范圍內(nèi)？通過《機械設計手冊》（第2版）我們查到如下字段：旋轉(zhuǎn)軸唇形密封圈適用于安裝在設備中的旋轉(zhuǎn)軸端，在壓差≤0.05MPa的條件下，對流體和潤滑脂起密封作用。以此為參考，我們將調(diào)壓閥的壓力調(diào)整到0.05MPa。

（5）效果驗證。用含有洗手液的液體澆在頭架上驗證效果，大量氣泡產(chǎn)生，說明壓縮空氣達到理想密封效果（見圖9）。

圖6

圖7

圖8

圖9

4. 結(jié)語

自該工作實施以來，所有頭架軸承已使用兩年有余，未出現(xiàn)精度走失、損壞的問題，徹底解決5臺設備磨床頭架軸承頻繁損壞的故障，降低設備的故障時間（平均每年更換軸承時間為120h）；同時對頭架本體起到了很好的保護作用（前面提過：頻繁地拆裝軸承也會導致頭架本體孔的磨損，破壞其精度，一旦破壞到一定程度，整個頭架就報廢）；而且降低了維修費用：在3年時間，因更換軸承所消耗的資金約為153 087.79元，平均每年消耗51 029.26元。將每年更換軸承的時間折合為：按生產(chǎn)節(jié)拍為70件/h，工時成本為5.39元，則為：120×70×5.39=45 276元/年，加上節(jié)約軸承成本，總共能為公司節(jié)約：51 029.26+45 276 =96 305.26（元/年）。

目前我們已將氣密封通過自主改造運用在這5臺設備的砂輪架（俗稱：磨頭）上，用來阻止切削液夾雜著磨屑進入到動靜壓軸承內(nèi)部，也取得不錯效果。

參考文獻：

[1] 徐灝. 機械設計手冊［G］. 北京：機械工業(yè)出版社，2000 （2）：29-60.

收稿日期：（20141108）