電主軸檢測(cè)及預(yù)防性維修技術(shù)

■ 昌河飛機(jī)工業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司 （江西景德鎮(zhèn) 333002） 林超青

電主軸的技術(shù)指標(biāo)和參數(shù)很多，但很多參數(shù)是電主軸制造商出廠檢測(cè)和標(biāo)定使用的參數(shù)，對(duì)于終端用戶沒(méi)有辦法進(jìn)行檢測(cè)和標(biāo)定校準(zhǔn)。終端用戶要對(duì)電主軸進(jìn)行檢測(cè)及預(yù)防性維修，需要確定適合的參數(shù)和指標(biāo)，才能進(jìn)行預(yù)防性維修和檢測(cè)。

1. 與電主軸性能有關(guān)的技術(shù)參數(shù)

根據(jù)目前電主軸的使用維修情況及相關(guān)電主軸技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，確立以下主要技術(shù)參數(shù)：電主軸的動(dòng)平衡、電主軸的機(jī)械振動(dòng)狀態(tài)、電主軸的軸承包絡(luò)狀態(tài)、主軸的起停機(jī)狀態(tài)、電主軸拉刀力、電主軸EM值（主軸拉刀機(jī)構(gòu)拉桿伸出：拉桿端面距離主軸旋轉(zhuǎn)端面距離為10.5mm；主軸拉刀機(jī)構(gòu)拉桿縮回：拉桿端面距離主軸旋轉(zhuǎn)端面距離為0.5mm）、電主軸軸向圓跳動(dòng)≤0.005mm、電主軸遠(yuǎn)端徑向圓跳動(dòng)≤0.02mm/300mm等。

電主軸的動(dòng)平衡是指電主軸在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)的動(dòng)平衡情況，如果電主軸的動(dòng)平衡情況不好，會(huì)造成電主軸的機(jī)械振動(dòng)加劇，進(jìn)而造成軸承損壞、主軸發(fā)熱、加工精度和表面加工質(zhì)量下降等后果。

電主軸的機(jī)械振動(dòng)狀態(tài)是對(duì)電主軸的整體機(jī)械振動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估，包括徑向和軸向振動(dòng)。如果電主軸的整體機(jī)械振動(dòng)狀態(tài)不好，會(huì)加劇軸承磨損和主軸發(fā)熱，加工精度和表面加工質(zhì)量下降。

電主軸的軸承包絡(luò)狀態(tài)是專(zhuān)門(mén)用于評(píng)價(jià)電主軸的軸承狀態(tài)。主要是通過(guò)檢測(cè)軸承的低頻、中頻和高頻振動(dòng)信號(hào)來(lái)判斷軸承的磨損或損壞程度及部位。低頻信號(hào)一般是代表軸承的外圈磨損情況，中頻是代表軸承的滾道面情況，高頻代表單個(gè)滾珠的狀態(tài)。

主軸的起停機(jī)狀態(tài)一般是用來(lái)檢查和測(cè)定主軸從0到指定速度及從指定速度到0時(shí)主軸的振動(dòng)狀態(tài)，測(cè)出某個(gè)速度或轉(zhuǎn)速范圍的共振峰值，以便在正常加工時(shí)避開(kāi)這個(gè)速度或轉(zhuǎn)速范圍，以保護(hù)電主軸及保證加工精度、表面加工質(zhì)量等。

2. 電主軸狀態(tài)檢測(cè)

我們對(duì)公司高速加工中心電主軸使用電主軸振動(dòng)測(cè)試儀及加速度傳感器進(jìn)行了持續(xù)監(jiān)測(cè)，一共對(duì)66臺(tái)機(jī)床68個(gè)電主軸進(jìn)行了狀態(tài)測(cè)量檢查，檢測(cè)的項(xiàng)目包括電主軸的整體機(jī)械振動(dòng)狀態(tài)、軸承狀態(tài)和主軸的起停機(jī)狀態(tài)，電主軸拉刀力檢測(cè)，電主軸EM值檢查。68個(gè)電主軸中有58個(gè)電主軸的使用壽命超過(guò)兩年，電主軸實(shí)際運(yùn)行時(shí)間超過(guò)4 000h，有32個(gè)超過(guò)6 000h。

在開(kāi)展電主軸狀態(tài)檢測(cè)和預(yù)防性維修前，沒(méi)有手段和技術(shù)措施了解和掌握電主軸的技術(shù)性能狀態(tài)，也沒(méi)有相關(guān)技術(shù)對(duì)電主軸的使用狀況進(jìn)行預(yù)警和預(yù)防維修，電主軸一直使用到嚴(yán)重發(fā)熱，主軸軸承抱死，無(wú)法旋轉(zhuǎn)，幾乎處于報(bào)廢狀態(tài)時(shí)才送去修理。但是此時(shí)電主軸已經(jīng)嚴(yán)重受損，主軸軸承、拉刀機(jī)構(gòu)、旋轉(zhuǎn)部件、密封部件和主軸錐套等都需要修理或更換，有些嚴(yán)重?fù)p壞的電主軸的電動(dòng)機(jī)線圈由于過(guò)熱、密封損壞等原因出現(xiàn)線圈絕緣下降、短路現(xiàn)象。這種狀態(tài)下，電主軸的維修費(fèi)用很高，周期很長(zhǎng)，維修費(fèi)用一般高達(dá)20多萬(wàn)元，維修周期常常在兩個(gè)月以上，維修后電主軸壽命只有4 000～6 000h，遠(yuǎn)低于主軸廠商翻修電主軸6 000～10 000h的使用壽命。

根據(jù)確定的參數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)，開(kāi)展電主軸狀態(tài)檢測(cè)，紅色數(shù)據(jù)代表狀態(tài)不好，黃色代表臨界狀態(tài)，綠色表示狀態(tài)良好。電主軸檢測(cè)結(jié)果如圖1～圖3所示。

我們改變以往電主軸一直用到報(bào)廢為止的做法，通過(guò)對(duì)電主軸進(jìn)行持續(xù)的檢測(cè)，建立檔案履歷，根據(jù)檢測(cè)數(shù)據(jù)，進(jìn)行使用預(yù)警，在電主軸進(jìn)入技術(shù)性能臨界狀態(tài)或剛剛處于紅色狀態(tài)時(shí)就進(jìn)行電主軸翻新修理工作，此時(shí)的問(wèn)題一般是主軸軸承性能下降、磨損大，而拉刀機(jī)構(gòu)、旋轉(zhuǎn)部件、密封部件和主軸錐套一般保持良好，因此翻新價(jià)格低，一般在10多萬(wàn)元左右。采取這種方式翻新的第一批8個(gè)電主軸使用到現(xiàn)在已經(jīng)運(yùn)行過(guò)7 000h，電主軸的技術(shù)性能狀態(tài)仍然保持良好，壽命遠(yuǎn)超過(guò)沒(méi)有開(kāi)展?fàn)顟B(tài)檢測(cè)前電主軸翻新修理的壽命，而且修理費(fèi)用大幅降低，2016—2018年根據(jù)電主軸的狀態(tài)數(shù)據(jù)，共維修電主軸10多個(gè)，節(jié)省費(fèi)用100多萬(wàn)元，大幅延長(zhǎng)了電主軸的使用壽命。

圖1 FZ37電主軸檢測(cè)結(jié)果

圖2 JOBS30電主軸檢測(cè)結(jié)果

圖3 VMC13120U電主軸檢測(cè)結(jié)果

3. 電主軸預(yù)防性維修

根據(jù)測(cè)量的數(shù)據(jù)，對(duì)電主軸進(jìn)行定期維護(hù)保養(yǎng)和預(yù)防性維修，使電主軸保持良好的使用狀態(tài)。

（1）檢測(cè)電主軸拉刀力 不同型號(hào)規(guī)格電主軸的拉刀力也不同，一般為16～25kN，如果電主軸的拉刀力不足，一般是拉刀機(jī)構(gòu)出現(xiàn)問(wèn)題，需要仔細(xì)排查，因?yàn)槔读Σ蛔?，使得刀具在高速旋轉(zhuǎn)過(guò)程中脫出主軸，導(dǎo)致事故發(fā)生。電主軸的拉刀力檢測(cè)如圖4所示。

（2）檢查電主軸幾何精度 如果幾何精度不好，根據(jù)情況不同，可以采取更換主軸軸承等措施，對(duì)主軸進(jìn)行修理，如圖5所示。

（3）檢查電主軸的機(jī)械振動(dòng)狀態(tài)、動(dòng)平衡及啟停機(jī)狀態(tài) 如果電主軸的整體機(jī)械振動(dòng)狀態(tài)不好，會(huì)加劇軸承的磨損，主軸發(fā)熱，加工精度和表面加工質(zhì)量下降。根據(jù)電主軸的技術(shù)要求，通過(guò)檢測(cè)電主軸的動(dòng)平衡狀態(tài)，調(diào)整電主軸的動(dòng)平衡。電主軸的動(dòng)平衡校準(zhǔn)一般是在主軸前端的調(diào)整孔內(nèi)安裝合適調(diào)整螺栓，螺栓安裝角度及質(zhì)量要根據(jù)測(cè)振儀的測(cè)量結(jié)果確定。測(cè)振儀對(duì)電主軸進(jìn)行動(dòng)平衡檢測(cè)后，會(huì)指出不平衡的角度和不平衡量，維修人員根據(jù)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行動(dòng)平衡調(diào)整，反復(fù)測(cè)試與調(diào)整，直到符合要求，如圖6所示。

（4）電主軸預(yù)防性修理 對(duì)于結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單的電主軸，如果檢測(cè)后主軸的軸承等部件存在問(wèn)題，可以采用提前更換主軸軸承和其他部件的措施，避免主軸的性能進(jìn)一步下降。預(yù)防性提前修理可以減少維修費(fèi)用，延長(zhǎng)電主軸的使用壽命。如圖7～圖9所示，我們對(duì)TRAMEC電主軸進(jìn)行了預(yù)防性提前修理，更換主軸軸承等的費(fèi)用很低，而沒(méi)有進(jìn)行提前修理一直到該主軸無(wú)法使用再送制造商修理，該主軸的維修費(fèi)用都在10多萬(wàn)元。

圖4 電主軸的拉刀力檢測(cè)

圖5 檢測(cè)電主軸的幾何精度

圖8 安裝電主軸機(jī)械部件

圖9 更換下的電主軸軸承

圖6 檢測(cè)電主軸機(jī)械振動(dòng)狀態(tài)、動(dòng)平衡、起停機(jī)狀態(tài)

圖7 對(duì)TRAMEC電主軸維修

4. 結(jié)語(yǔ)

掌握電主軸的狀態(tài)性能，對(duì)電主軸全壽命狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，建立電主軸壽命履歷表預(yù)測(cè)電主軸壽命，根據(jù)電主軸狀態(tài)，對(duì)電主軸進(jìn)行預(yù)警及預(yù)防維修，可以延長(zhǎng)電主軸壽命30%～40%，達(dá)到5 000～9 000h，降低維修費(fèi)用，提高零件加工精度。