高海玉

（中車長春軌道客車股份有限公司,吉林 長春130000）

在重工業(yè)高速發(fā)展的今天，數(shù)控加工設(shè)備得到了廣泛的應(yīng)用，特別是在國家提出“一帶一路”的發(fā)展戰(zhàn)略后，軌道交通車輛在國內(nèi)和國際都開辟了前所未有的市場，隨著產(chǎn)量的上升，生產(chǎn)設(shè)備的負(fù)荷必然加重，數(shù)控加工設(shè)備的核心部件電主軸就發(fā)揮了重中之重的作用。那么設(shè)備的管理人員和維修人員怎樣維護(hù)好電主軸長時(shí)間無故障運(yùn)行呢？首先就要深入剖析電主軸的組成結(jié)構(gòu)和原理。

1 電主軸的結(jié)構(gòu)組成

主軸是指從發(fā)動(dòng)機(jī)或電動(dòng)機(jī)接受動(dòng)力，并將動(dòng)力傳遞給其它機(jī)件的軸。主軸的結(jié)構(gòu)形式主要有三種，第一種是內(nèi)裝式主軸，也就是本文論述的電主軸，是電機(jī)和傳動(dòng)裝置都裝在一個(gè)密閉的殼體內(nèi)，主要用于數(shù)控銑床、數(shù)控車床和內(nèi)磨圓床，在我公司的加工中心等設(shè)備得到了廣泛應(yīng)用；第二種是直聯(lián)式機(jī)械主軸，是電機(jī)外置于主軸殼體，電機(jī)與主軸在同一軸心上放置，并由聯(lián)軸器進(jìn)行連接，這種連接方式可以最大程度的體現(xiàn)伺服電機(jī)的性能，通過聯(lián)軸器連接可以杜絕電機(jī)和主軸之間的游離間隙，傳動(dòng)精度較高，但對聯(lián)軸器本身和安裝要求提出了嚴(yán)格的要求，主要用于加工中心和數(shù)控銑床；第三種是同步帶傳動(dòng)機(jī)械主軸，相比直聯(lián)式的主軸結(jié)構(gòu)，同步帶式結(jié)構(gòu)具有安裝方便、維護(hù)簡單、運(yùn)行噪音低等特點(diǎn)，最主要是對兩軸之間的位置精度要求不高。由于機(jī)械主軸在高速運(yùn)行時(shí)無需潤滑，具有免維護(hù)的特點(diǎn)，并且在主軸超出額定負(fù)載時(shí)，可以通過同步帶“爬齒”的形式進(jìn)行緩沖，可有效保護(hù)主軸和伺服電機(jī)。這種連接形式主要應(yīng)用于數(shù)控銑床、數(shù)控車床、內(nèi)磨圓床，一些攪拌摩擦焊設(shè)備也是采用這種同步帶連接式主軸。

電主軸具有高轉(zhuǎn)速、高精度、低噪音、響應(yīng)快等特性。作者將電主軸歸納為以下幾部分組成，包括無外殼電機(jī)、測量系統(tǒng)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、拉刀單元、冷卻單元、潤滑系統(tǒng)、殼體等組成。

電機(jī)，即為我們常說的定子和轉(zhuǎn)子，定子是由線圈纏繞組成，繞組絕緣是由匝間絕緣、槽絕緣和相間絕緣等三個(gè)絕緣單元結(jié)合，完成繞組絕緣的綜合體。轉(zhuǎn)子是由硅鋼片疊加和軸芯鑄造而成。電機(jī)由伺服驅(qū)動(dòng)器提供電源動(dòng)力和轉(zhuǎn)速，我們公司的CYTEC 電主軸最高轉(zhuǎn)速可達(dá)15000rpm，OMLAT 電主軸最高轉(zhuǎn)速可達(dá)16000rpm，加工中常用轉(zhuǎn)速為8000～10000rpm。

測量系統(tǒng)包括編碼器、位置傳感器、溫度傳感器。編碼器采用與主軸同步的光電脈沖發(fā)生器，通過中間軸上的齒輪1:1 地同步傳動(dòng)。位置傳感器是在拉刀機(jī)構(gòu)的后端，通過檢測油缸的位置，以確認(rèn)主軸松抓刀狀態(tài)，有松開、有刀夾緊和無刀夾緊三種狀態(tài)。溫度傳感器，是預(yù)埋在繞組內(nèi)部，以用于檢測電機(jī)溫度。

傳動(dòng)機(jī)構(gòu)主要由軸芯和前后端軸承組成，一般前端裝3 口軸承，后端裝2 口軸承，軸承會(huì)受到端蓋和彈簧施加的預(yù)緊力，軸承潤滑常用的方式是油氣潤滑、油霧潤滑和油脂潤滑三種。

拉刀單元也是電主軸的重要組成部分之一，包括液壓油缸、拉桿壓頭、碟形彈簧組、拉桿、液/氣切換套、墊座、夾緊錐和夾爪等組成。其中的碟形彈簧屬于易損件，由于長時(shí)間使用后，碟簧受力會(huì)出現(xiàn)碎裂，導(dǎo)致夾緊錐的伸縮量不夠，從而使主軸出現(xiàn)不能松刀的故障。

冷卻單元主要由外部的水冷機(jī)提供水循環(huán)的動(dòng)力源，冷卻水流經(jīng)主軸內(nèi)部的冷卻水套，將主軸內(nèi)部的熱量帶走到水冷機(jī)內(nèi)部并冷卻繼續(xù)循環(huán)，這樣一個(gè)給主軸降溫的過程。

2 電主軸的常見故障

2.1 主軸伺服故障。西門子系統(tǒng)常見報(bào)警號為300504，主要由于過載、振動(dòng)超限或驅(qū)動(dòng)故障等引起。過載的原因有多方面，比如電機(jī)性能下降、定子繞組短路、吃刀量過大或軸承抱死，都有可能導(dǎo)致過載；振動(dòng)過大的原因，主要是軸向間隙或徑向間隙超差導(dǎo)致；電源供給主軸的三相中頻電壓過高、缺相或驅(qū)動(dòng)器、軸卡故障，也會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)伺服報(bào)警；剛性差會(huì)導(dǎo)致加工中丟轉(zhuǎn)，從而引起主軸伺服故障。

2.2 主軸抓刀后，機(jī)床報(bào)警顯示沒有刀。此故障通常是由于疊簧碎裂，導(dǎo)致拉刀機(jī)構(gòu)行程距離不夠，未能被傳感器檢測到；其它故障原因包括刀位傳感器故障、線纜故障以及夾緊錐伸縮量超范圍；還可能是由于液壓站輸出壓力不足，導(dǎo)致主軸拉刀不到位。

2.3 編碼器報(bào)警。主要由于振動(dòng)過大引起，超出設(shè)定的振動(dòng)檢測范圍；同時(shí)插頭、插針插接不好，線纜虛接或編碼器自身故障也會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)編碼器報(bào)警。

2.4 主軸溫升過高。主軸冷卻方式同常為水冷、油冷、風(fēng)冷，其中水冷機(jī)循環(huán)水冷卻方式應(yīng)用最為廣泛。水（油）冷機(jī)制冷效果不好，或者介質(zhì)流動(dòng)不暢通，都會(huì)導(dǎo)致主軸過熱；軸承潤滑不充分，會(huì)導(dǎo)致軸承發(fā)熱，如果油脂填充量太多，主軸運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)無法在短時(shí)間內(nèi)將多余的油脂全部甩出工作區(qū)域，也會(huì)導(dǎo)致軸承發(fā)熱；另外，軸承裝配時(shí)反莊、軸承外徑與軸承座孔內(nèi)徑配合間隙過小、過盈偏大、調(diào)整墊偏差等，都會(huì)導(dǎo)致軸承迅速升溫。

3 電主軸維修方法

電主軸維修過程中經(jīng)常會(huì)涉及到以下幾部分內(nèi)容：纏繞線圈繞組、更換軸承、修復(fù)拉桿、維修或更換編碼器、更換疊簧，通常根據(jù)電主軸維修前整體檢測和拆解檢測結(jié)果來確定具體維修內(nèi)容。

3.1 檢查

檢查電主軸外殼名牌編號，并記錄到維修卡上。查找該主軸相關(guān)資料，找到主軸參數(shù)及裝配圖。檢查主軸受損程度，了解故障原因，并做記錄。自外圍開始逐一拆卸主軸零件。（轉(zhuǎn)下頁）邊拆解變檢查損壞程度，并分析損壞原因。對結(jié)構(gòu)復(fù)雜或比較特殊的電主軸，拆卸時(shí)應(yīng)同步拍照記錄，以利于確定裝配方法和順序。

3.2 拆卸

拆下前后防塵蓋或后蓋，清理主軸前端污垢。用兩腳扳手卸去前端右旋螺母。用專用套扳手卸去后端左旋螺母。用小桐棒頂入軸端小孔（不可碰傷內(nèi)螺紋），用大銅棒輕擊小銅棒，自前向后拆出轉(zhuǎn)軸、后軸承組合和后端預(yù)負(fù)荷系統(tǒng)，同時(shí)拆去前小蓋。用撐鉤將前軸承組合從座孔中取出，從軸上取下后軸承組合。

裝有后滾動(dòng)導(dǎo)套的電主軸，應(yīng)將后軸承座、后軸承座組合和滾動(dòng)導(dǎo)套隨轉(zhuǎn)軸一起從后孔拆出。然后再從軸上卸下后軸承座與后軸承組合，從后軸承座中退出后軸承組合。

需要拆修定子的電主軸應(yīng)先松去殼體側(cè)面頂絲，卸去前、后大蓋，用電烙鐵將電機(jī)引線從插接件上燙下，使定子從殼體內(nèi)腔滑出。

3.3 軸承的裝配

更換軸承時(shí)一般按照原軸承型號、數(shù)量、組合方式就可以，主要是注意安裝方法，必須保證軸承鋼球在工作溝道內(nèi)以額定轉(zhuǎn)速無間隙滾動(dòng)。并能承受主軸工作時(shí)所受到的軸向力和徑向力之軸向分量。同時(shí)，應(yīng)能克服定轉(zhuǎn)子偏心產(chǎn)生的單邊磁拉力對主軸的影響。

4 電主軸保養(yǎng)方法

使用中電主軸的保養(yǎng)主要包括清潔、潤滑、冷卻三方面。操作者在換刀過程中，要做好刀柄的清潔，需要用干凈的擦紙或擦布清理刀柄里外的鋁屑（鐵屑）和油污，以及觀察夾緊錐和夾爪是否干凈，如果有鋁屑、鐵屑等雜質(zhì)，要立即清理。在加工時(shí)，要經(jīng)常關(guān)注主軸和水冷機(jī)的溫度。加工結(jié)束后，徹底清理主軸上的鋁屑（鐵屑）和油污。前面提到了主軸的三種潤滑方式，我們常用的油氣潤滑方式是通過微量油泵，將潤滑油定時(shí)、定量地傳輸?shù)捷S承的潤滑區(qū)，所以，操作人員和維修人員要做好潤滑系統(tǒng)點(diǎn)檢工作，發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)處理。油脂潤滑方式，是潤滑脂置于免維護(hù)軸承的內(nèi)部，在日常使用中，只要關(guān)注主軸外殼的溫度就可以。除做好軸承潤滑，維修人員還需要定期做好以下工作：①定期對夾緊裝置加金屬潤滑脂，以對夾緊錐和夾爪進(jìn)行保養(yǎng)。②定期測量鉗刀距離是否符合范圍，刀柄HSK63 的范圍是10.5±0.1mm，HSK100 的范圍是13±0.1mm。③定期檢測拉刀力，刀柄HSK63 的拉刀力正常值范圍是18+5.4/-1.8kN，HSK100 的拉刀力正常值范圍是45+15.5/-4.5kN。冷卻單元的保養(yǎng)，首先保證循環(huán)水為純凈水，以免導(dǎo)致水箱和主軸水套等金屬生銹；第二要保證水路暢通，無泄漏；第三要經(jīng)常關(guān)注水冷機(jī)的工作狀態(tài)。除以上，還要定期對水冷機(jī)的壓縮機(jī)進(jìn)行保養(yǎng)，對散熱器片進(jìn)行清潔，以保證制冷效果。長期不用的電主軸，從機(jī)床拆下后，應(yīng)用氣管吹盡電主軸冷卻腔內(nèi)殘水，然后進(jìn)行油封。啟用時(shí)，首先用煤油洗去表面防銹油，然后應(yīng)做以下工作：a.通油霧3-5 分鐘，用手?jǐn)Q動(dòng)轉(zhuǎn)軸，感覺無滯阻；b.用兆歐表檢測對地絕緣。通常應(yīng)≥10MΩ；c. 接通電源先以1/3 額定轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)1小時(shí)，無異常現(xiàn)象時(shí)升速1/2 額定轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)1 小時(shí)，無異常現(xiàn)象再以額定轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)1 小時(shí)。

5 結(jié)論

對電主軸進(jìn)行專業(yè)、精細(xì)的維保可以延長使用壽命，不正確的使用使用和不到位的維保不但會(huì)增加維修經(jīng)費(fèi)，而且會(huì)大大增加停臺(tái)時(shí)間，對生產(chǎn)造成嚴(yán)重影響，導(dǎo)致效益上受到嚴(yán)重?fù)p失。所以，正確的維保電主軸可以起到事半功倍的作用，在生產(chǎn)中具有長遠(yuǎn)的意義。