电主轴故障分析与维修

2012-11-18

电主轴维修  上海宝欧工业自动化有限公司

目录

关于电主轴的维修

电主轴高速旋转发热的故障维修

高速电主轴常见故障的分析与排除

关于电主轴的维修

  电主轴是最近十年在数控机床领域出现的将机床主轴与主轴电机融为一体的新技术,它是高速数控机床的核心部件,它的性能直接决定了机床的高速加工性能。电主轴具有结构紧凑、重量轻、惯性小、振动小、噪音低、响应快等优点,可以减少齿轮传动,简化机床外形设计,易于实现主轴定位,是高速主轴单元中一种理想结构。电主轴作为高速数控机床最关键部件,其性能好坏在很大程度上决定了整台高速机床的加工精度和生产效率,因此各工业国家都十分关注高速电主轴的研究与发展,纷纷投入巨资,装备精良的加工和测试设备,建立恒温、洁净的装配环境,形成了不少电主轴的专业生产基地。我国电主轴的设计制造技术刚刚起步,目前尚未形成批量生产规模,电主轴的各项性能指标和国外尚有较大的差距。为了加快我国高速加工技术的发展与应用,加速数控机床产品的更新换代,建议进一步组织力量进行技术攻关,早日实现电主轴的专业化批量生产。 

  

电主轴的工作不仅转速高,而且要求有很高的角减速度和角加速度、在指定位置快速准停,这就对其结构设计、制造和控制提出了非常严格的要求并带来了一系列技术难题,如电主轴的散热、润滑及精密控制等。在设计中,必须妥善的解决这些问题,才能确保主轴稳定可靠的高速运转,实现高效精密加工。电主轴作为加工中心的核心部件 ,它将机床主轴与交流伺服电机轴合二为一 ,即将主轴电机的定子、转子直接装入主轴组件的内部 ,并经过精确的动平衡校正,具有良好的回转精度和稳定性,形成一个完美的高速主轴单元,也被称为内装式电主轴 ,其间不再使用皮带齿轮传动副 ,从而实现机床主轴系统的零传动,通电后转子直接带动主轴运转。由于电主轴是高速精密元件,定期维护是非常有必要的。电主轴定期维护如下:   

1. 电主轴的轴向跳动一般要求为0.002mm(2μm),每年检测2.。   

2. 电主轴内锥孔的径向跳动一般要求为0.002mm(2μm),每年检测2次。  

3. 电主轴芯棒远端(250mm)径向跳动一般要求为:0.012mm(12μm),每年检测2次。   

4. 蝶形弹簧的涨紧力要求为:16~27KN(HSK63为例)每年检测2次。  

5.  5. 拉刀杆松刀时伸出的距离为:10.5±0.1mm(HSK63为例)每年检测4次 

电主轴高速旋转发热的故障维修

  故障现象:主轴高速旋转时发热严重   分析及处理过程:电主轴运转中的发热和温升问题始终是研究的焦点。电主轴单元的内部有两个主要热源:一是主轴轴承,另一个是内藏式主电动机。   电主轴单元最凸出的问题是内藏式主电动机的发热。由于主电动机旁边就是主轴轴承,如果主电动机的散热问题解决不好,还会影响机床工作的可靠性。主要的解决方法是采用循环冷却结构,分外循环和内循环两种,冷却介质可以是水或油,使电动机与前后轴承都能得到充分冷却。 主轴轴承是电主轴的核心支承,也是电主轴的主要热源之一。当前高速电主轴,大多数采用角接触陶瓷球轴承。因为陶瓷球轴承具有以下特点:由于滚珠重量轻,离心力小,动摩擦力矩小。因温升引起的热膨胀小,使轴承的预紧力稳定。弹性变形量小,刚度高,寿命长。由于电主轴的运转速度高,因此对主轴轴承的动态、热态性能有严格要求。合理的预紧力,良好而充分的润滑是保证主轴正常运转的必要条件。采用油雾润滑,雾化发生器进气压为0.25~0.3MPa,选用20#透平油,油滴速度控制在80~100/min。润滑油雾在充分润滑轴承的同时,还带走了大量的热量。前后轴承的润滑油分配是非常重要的问题,必须加以严格控制。进气口截面大于前后喷油口截面的总和,排气应顺畅,各喷油小孔的喷射角与轴线呈15o夹角,使油雾直接喷入轴承工作区。 

高速电主轴常见故障的分析与排除

  

故障现象

检查、调整与判断方法

故障排除方法

主轴发热

1)主轴轴承预紧力过大,造成主轴回转时摩擦过大,引起主轴温度急剧升高。

可以通过重新调整主轴轴承预紧力加以排除。

2)主轴轴承研伤或损坏,也会造成主轴回转时摩擦过大,引起主轴温度急剧升高。

可以通过更换新轴承加以排除。

3)主轴润滑油脏或有杂质,也会造成主轴回转时阻力过大,引起主轴温度升高。

通过清洗主轴箱,重新换油加以排除。

4)主轴轴承润滑油脂耗尽或润滑油脂过多,也会造成主轴回转时阻力、摩擦过大,引起主轴温度升高。

通过重新涂抹润滑脂加以排除。

主轴强力切削时停转

1)主轴电动机与主轴连接的传动带过松,造成主轴传动转矩过小,强力切削时主轴转矩不足,产生报警,数控机床自动停机。

通过重新调整主轴传动带的张紧力,加以排除。

2)主轴电动机与主轴连接的传动带表面有油,造成主轴传动时传动带打滑,强力切削时主轴转矩不足,产生报警,数控机床自动停机。

通过用汽油或酒精清洗后擦干净加以排除。

3)主轴电动机与主轴连接的传动带使用过久而失效,造成主轴电动机转矩无法传动,强力切削时主轴转矩不足,产生报警,数控机床自动停机。

通过更换新的主轴传动带加以排除。

4)主轴传动机构中的离合器、联轴器连接、调整过松或磨损,造成主轴电动机转矩传动误差过大,强力切削时主轴振动强烈。产生报警,数控机床自动停机。

通过调整、更换离合器或联轴器加以排除。

主轴工作时噪声过大

1)主轴部件动平衡不良,使主轴回转时振动过大,引起工作噪声。

需要机床生产厂家的专业人员对所有主轴部件重新进行动平衡检查与调试。

2)主轴传动齿轮磨损,使齿轮啮合间隙过大,主轴回转时冲击振动过大,引起工作噪声。

需要机床生产厂家的专业人员对主轴传动齿轮进行检查、维修或更换。

3)主轴支承轴承拉毛或损坏,使主轴回转间隙过大,回转时冲击、振动过大,引起工作噪声。

需要机床生产厂家的专业人员对轴承进行检查、维修或更换。

4)主轴传动带松弛或磨损,使主轴回转时摩擦过大,引起工作噪声。

通过调整或更换传动带加以排除。

刀具无法夹紧

1)碟形弹簧位移量太小,使主轴抓刀、夹紧装置无法到达正确位置,刀具无法夹紧。

通过调整碟形弹簧行程长度加以排除。

2)弹簧夹头损坏,使主轴夹紧装置无法夹紧刀具。

通过更换新弹簧夹头加以排除。

3)碟形弹簧失效,使主轴抓刀、夹紧装置无法运动到达正确位置,刀具无法夹紧。

通过更换新碟形弹簧加以排除。

4)刀柄上拉钉过长,顶撞到主轴抓刀、夹紧装置,使其无法运动到达正确位置,刀具无法夹紧。

通过调整或更换拉钉,并正确安装加以排除。

刀具夹紧后不能松开

1)松刀液压缸压力和行程不够。

通过调整液压力和行程开关位置加以排除。

2)碟形弹簧压合过紧,使主轴夹紧装置无法完全运动到达正确位置,刀具无法松开。

通过调整碟形弹簧上的螺母,减小弹簧压合量加以排除。