林鋼 王安麟

摘 要：隨著高速高精高效加工技術的快速發(fā)展，油氣潤滑技術應用于高速電主軸機床已成為目前發(fā)展的普遍趨勢。本文主要介紹油氣潤滑技術近年來的研究現(xiàn)狀及應用進展，以及油氣潤滑系統(tǒng)的組成，設計了一套基于德國Kessler電主軸的油氣潤滑管路設計，并結合實際對其進行選型優(yōu)化。

關鍵詞：油氣潤滑系統(tǒng)；Kessler電主軸；管路設計

中圖分類號：TG502.3 文獻標識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）30-0280-01

前 言

隨著經濟全球化時代的來臨，我國的制造業(yè)發(fā)展速度迅猛，對機床行業(yè)提出了更加高速、高精和高效的要求。高速切削等加工技術被認為是21世紀機械制造業(yè)的一場技術革命，是近年來快速發(fā)展的先進制造技術。隨著高速切削等技術的急速發(fā)展，目前高速加工中心使用的電主軸轉速已超過10萬rpm，最高轉速甚至達到30萬rpm。而高速電主軸內的角接觸軸承一直處在高速運轉狀態(tài)，假如在高速運轉下形成氣流會使?jié)櫥筒蝗菀走M入軸承腔，潤滑油在離心力作用下不易粘附于滾動表面等問題。為了實現(xiàn)高速運行且保持良好的動態(tài)穩(wěn)定性，一般采用油氣潤滑技術來提高軸承極限轉速。

1 油氣潤滑原理介紹

油氣潤滑技術利用清潔干燥的壓縮空氣將微量的潤滑油精確地、連續(xù)不斷地供給每一組主軸陶軸承，微小的油滴在軸承滾動體和內外滾道之間會形成一層彈性動壓油膜，另一方面壓縮空氣會帶走軸承運轉所產生的部分熱量。在油氣潤滑系統(tǒng)中，定量柱塞泵分配器每隔一定時間會定量輸出微量潤滑油，混合混合閥的壓縮空氣，后經內徑4mm的尼龍管輸出油氣給主軸軸承，具體參量視對應主軸要求。

通過混合閥混合后輸出的油氣實際上是“油+氣”，通過油氣輸送管，可以觀察到微小的油滴沿著管壁呈波狀分布，但油和氣實際上是分離的，并且是通過不斷流動的壓縮空氣和管壁上呈波狀的潤滑油一同連續(xù)不斷地向前輸送。

2 油氣潤滑技術的優(yōu)勢

許多工程領域需要主軸和主軸的滾動軸承轉速超出其（例如研磨主軸和銑刀軸用軸承）產品樣本中給出的極限，以提高切削速度。除了軸承的設計和構造以外，滿足該要求的另一個關鍵點是選擇一套合適的潤滑系統(tǒng)。對于傳統(tǒng)的潤滑系統(tǒng)（比如油浴潤滑或循環(huán)油潤滑）均由于流體動力損失使摩擦增大，從而溫度超出許可極限而不能勝任。在具備潤滑劑同步冷卻功能的循環(huán)油潤滑系統(tǒng)，這雖然可降低溫度，但又產生了功率損耗和更復雜的機器密封問題。

油氣潤滑系統(tǒng)解決了油霧潤滑和油脂潤滑的眾多缺點，具有以下優(yōu)點：

（1）可以根據(jù)實際主軸需要選擇不同潤滑點數(shù)以及各個潤滑點所需要的潤滑油量，這樣可以節(jié)約潤滑劑。因為油霧是可以任意擴散的，無法對單個軸承進行定量供油，而油脂潤滑只能一次加脂，不能定量供應。而油氣潤滑則以微小的油滴形式進入軸承，這樣潤滑的點數(shù)我們可以在油路設計時控制，另外各個潤滑點的油量也可以通過相應的油氣裝置定量、定時一一供應，這樣就可以實現(xiàn)按需供應，可以避免浪費，相比下來油的使用量只占到油霧潤滑的1/10。

（2）油氣潤滑可以讓軸承的承載部位摩擦點一直有新鮮的潤滑劑供應，而油脂潤滑使用的油脂是有一定的使用周期的，在前期的時候潤滑油相對較多，容易攪動發(fā)熱，但是到了后期就不夠了，這樣不能形成良好的潤滑條件，另外補充油脂操作很繁瑣，在實際應用中一般是一次性加脂直到軸承更換為止。

（3）油氣潤滑可以使軸承的溫升減小，這樣可讓主軸軸承的dmn值更高。試驗證明，在一樣的轉速下，相同型號、相同工況的主軸軸承，使用油氣潤滑的比使用油霧潤滑的軸承外圈溫升要降低9～16℃。如果保持軸承的外圈溫升相同，油氣潤滑可以使軸承的速度因數(shù)整整提高25%以上。

（4）油氣潤滑相對對環(huán)境污染比較少。因為油氣通過軸承之后排出的基本都是壓縮空氣，其中不含油或含極少的油量，相比于油霧潤滑，更有利于保障操作人員的身體健康。

（5）另外軸承內部持續(xù)有新潤滑油的補充和新空氣的流出，外來的雜質難以進入，內部的污物又容易排出，這樣一來，軸承的使用壽命可以顯著提高。

3 油氣潤滑系統(tǒng)的組成

油氣潤滑系統(tǒng)可分為供油部分、供氣部分和油氣混合部分。

3.1 供油部分

供油部分主要由潤滑泵、過濾器、油壓報警開關等組成。

3.2 供氣部分

供氣部分主要由空氣過濾器、減壓閥、電磁閥、氣壓檢測開關組成。供給的壓縮空氣必須清潔而且干燥，所以在空氣過濾器前需增加了一個水滴分離器。當油氣潤滑系統(tǒng)開啟時，電磁閥得電接通，清潔干燥的壓縮空氣通過減壓閥使排出的氣壓為4Bar，另外在排氣管上裝有壓力開關以保證工作中有足夠的氣壓。

3.3 油氣混合部分

油和氣經過混合閥混合，油霧化成油滴一顆顆地分散在尼龍管內表面。油氣混合閥根據(jù)Kessler電主軸30mm3/cycle的供油量要求，選擇SKF公司的MV-203-20（0.03×3），每個通道0.03cm3/cycle。

3.4 潤滑油的型號和供油量的選擇

油氣潤滑系統(tǒng)對潤滑油型號要求很嚴格，主軸軸承的潤滑一般選擇帶有極壓的合成潤滑油。對于潤滑油型號，Kessler公司推薦我們使用的潤滑油必須按照ISO VG 68且?guī)в蠩P添加劑，而有些公司推薦使用的潤滑油只需要符合ISO VG 32+EP標準或者符合ISO VG 46+EP標準。經過試驗發(fā)現(xiàn)，高速、重載的工況最好選擇黏度相對較高的ISO VG 68潤滑油，而低速、輕載的工況可以選擇黏度較低的ISO VG 32潤滑油。

油氣潤滑技術是一種相對先進的定時、定量的潤滑技術。定時就是每隔一定的時間注入一次油；定量就是使用定量閥每次精準地給各個潤滑點分配潤滑油的油量。供油的間隔通常按照各個電主軸要求，按Kessler電主軸供油量要求，選擇2m左右的導入管，3個潤滑點，每7min供油1次。供油量對于軸承潤滑效果影響很大，供給油量Q、軸承溫度t和軸承摩擦力NR三者關系，隨著供給油量的不斷增大，軸承溫度t開始降低然后升高，而軸承承摩擦力NR隨著供油量的不斷增大而增大，可以得出最佳潤滑區(qū)就是Q-t、Q-NR兩條曲線的最低點。

SKF公司對高速運轉的角接觸軸承所需要的最小供油量，提供了一個經驗公式：Q=1.3dm，其中Q為供給油量（mm3/h）；dm是軸承內外直徑的平均值（mm），即dm=0.5（d+D）。最小供油量經驗公式僅僅考慮理想狀態(tài)下的潤滑軸承所需要的潤滑油，而在實際使用中，受到軸承溫升、工況等其它因素影響，所需的供油量通常是最小供油量的4～10倍。

4 結束語

油氣潤滑技術是一門新興的技術，有著很多優(yōu)點，該技術在高速電主軸中的應用有著極為廣泛的發(fā)展前景。將油氣潤滑這門技術應用到高速、高精、高效的加工中心，有助于推動我國數(shù)控機床行業(yè)的發(fā)展。

收稿日期：2018-9-12