彭革輝，郭克文

（湖南宇環(huán)精密制造有限公司，湖南 長沙 410100）

1 前言

數(shù)控五軸拋光機(jī)是3C 產(chǎn)品研磨拋光的主力設(shè)備。其C 軸是繞Z 軸方向旋轉(zhuǎn)的伺服聯(lián)動(dòng)軸，由于是工件旋轉(zhuǎn)軸，其密封屬于動(dòng)密封的范疇。盡管設(shè)計(jì)了迷宮密封和唇形油封等防水密封措施，但是在拋光工作和清洗機(jī)臺(tái)過程中，需要經(jīng)受拋光液和沖洗水的沖刷。由于拋光液種類有酸性和堿性，并且酸堿性強(qiáng)度比較強(qiáng)時(shí)，對(duì)于拋光的輔助作用更好，效率更高，因此，在拋光作業(yè)中，在安全可控的情況下，很多工藝傾向采用添加強(qiáng)酸強(qiáng)堿作為拋光液的輔助劑。這樣的液體一旦進(jìn)入C 軸的內(nèi)部，那么安裝在C 軸下面的導(dǎo)軌、絲桿、精密減速機(jī)、伺服電機(jī)等零部件必將承受嚴(yán)峻的腐蝕考驗(yàn)，上述零部件一旦被腐蝕，那么C 軸精度必然喪失，機(jī)床輕則需要大修，重則需要再制造或者報(bào)廢，因此在五軸拋光領(lǐng)域，C 軸防護(hù)是一項(xiàng)很重要的課題[1]。

C 軸難防護(hù)是由其工作特點(diǎn)決定的，C 軸既要承擔(dān)裝夾工件的任務(wù)，還是旋轉(zhuǎn)聯(lián)動(dòng)軸，涉及動(dòng)密封，C 軸又與V 軸補(bǔ)償軸相連，必須參與實(shí)時(shí)力控補(bǔ)償，C 軸不能受無關(guān)外力影響，因此，不可能將C 軸動(dòng)密封封死，只能采用縫隙較大的迷宮密封，那么，液體在噴射情況下，肯定會(huì)從迷宮間隙飛濺到C 軸內(nèi)部，盡管可以將內(nèi)部零件盡可能采用不銹鋼防銹材質(zhì)制造，但是，一系列需要精確運(yùn)動(dòng)和良好潤滑的零件，仍然是防不勝防。

綜上，經(jīng)過全面考察和研究，我們發(fā)明了一種C軸主動(dòng)防護(hù)和被動(dòng)防護(hù)相結(jié)合的技術(shù)，簡(jiǎn)稱為“四堵、兩通、一兜”方案，解決了C 軸防水的難題。

2 結(jié)構(gòu)及工作原理分析

2.1 設(shè)計(jì)原型

圖1 是五軸拋光機(jī)C 軸的中心拉桿結(jié)構(gòu)。零件1是治具連接板，需要加工的產(chǎn)品和治具就是安裝在其上，零件2 是安裝在治具連接板里面的上油封，零件3是安裝在治具連接板里的下油封，零件4 是拉桿，下部有氣缸拉動(dòng)，可以通過拉桿將產(chǎn)品緊固定在治具連接板和治具上，零件6 是支撐柱，下部安裝在零件13精密減速機(jī)上，伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)精密減速機(jī)，帶動(dòng)支撐柱和治具以及產(chǎn)品旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品數(shù)控仿形加工。整個(gè)減速機(jī)和伺服電機(jī)又安裝在零件12 測(cè)力傳感器的上平面。零件12 測(cè)力傳感器的組件，又受零件10 伺服電機(jī)和零件11 絲桿精確推動(dòng)，實(shí)現(xiàn)力控補(bǔ)償[2]。

圖1

零件4 拉桿下部在支撐柱里面，并且穿過治具連接板，是上下運(yùn)動(dòng)的零件，上部暴露在外面，所以會(huì)經(jīng)受拋光液的沖刷，并且拋光液會(huì)順著拉桿向下流動(dòng)。因此在拉桿通過治具連接板的位置設(shè)計(jì)了上油封，既防塵防雜質(zhì)，又起到一定的密封防水作用，為了保證密封效果，還設(shè)計(jì)了下油封，起到雙重保險(xiǎn)作用。為了運(yùn)動(dòng)順暢設(shè)計(jì)了零件5 自潤軸承。零件7 迷宮罩和零件8 工作臺(tái)護(hù)罩形成60mm 高的迷宮結(jié)構(gòu)，使得零件8 工作臺(tái)護(hù)罩下面的零件都得到了保護(hù)[3]。

縱觀上述設(shè)計(jì)，初看沒有不妥，但是經(jīng)過時(shí)間的洗禮，就出現(xiàn)了兩個(gè)致命的問題。第一，迷宮這里有隱患，因?yàn)樵诠ぷ髦?，操作工人?jīng)常需要清潔機(jī)臺(tái)，會(huì)使用氣槍和水槍沖洗工作臺(tái)，高壓水流和壓縮空氣吹得飛濺的水花都會(huì)透過迷宮竄到C 軸內(nèi)部，從而使得內(nèi)部生銹腐蝕；第二，隨著時(shí)間的流逝，上油封和下油封都會(huì)損壞，當(dāng)損壞的時(shí)候，腐蝕液體就會(huì)順著拉桿進(jìn)入C 軸中心，從而腐蝕下部的精密減速機(jī)等關(guān)鍵零部件。盡管可以要求定期更換油封，但是油封損壞帶有不確定性[4]。

2.2 改進(jìn)后的設(shè)計(jì)

圖2 是改進(jìn)后的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，增加了防護(hù)措施，組合成多道組合密封，完美地解決了相關(guān)問題。

圖2

從圖2 中可以看到：新的結(jié)構(gòu)比原設(shè)計(jì)好了很多。

首先，密封作用得到了增強(qiáng)，在原來的下油封中，增加了零件10 拉桿封和零件11 塑料王壓蓋，因?yàn)榇叫斡头庖话氵\(yùn)用于旋轉(zhuǎn)場(chǎng)合效果比較好，這里拉桿既要進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，又要上下動(dòng)作，因此，唇形油封不能很好地完成使命。因此，設(shè)計(jì)了拉桿封和塑料王壓蓋，起到第三次密封作用。前述一共對(duì)漏水的可能性進(jìn)行了三次防范。同時(shí)，在零件治具連接板上，在上下油封的中間設(shè)計(jì)了一個(gè)朝下的排水通道100，這是第一次疏通。如果最上面的油封出現(xiàn)泄漏，那么滲漏進(jìn)來的水首先大部分會(huì)從排水孔排出，減小下面油封的壓力。就算泄露，下面還有一個(gè)拉桿封[5]。

其次，增設(shè)了零件17 擋水帽和零件6 兜水帽，這兩個(gè)零件組合是一組非常重要的零件，這兩個(gè)零件互相成就，擋水帽和拉桿通過O 型圈形成靜密封，達(dá)到穩(wěn)定的密封效果。兜水帽和支撐柱也通過O 型圈形成靜密封，達(dá)到良好的密封效果。這對(duì)交錯(cuò)的擋水帽和兜水帽形成一個(gè)零件罩住另一個(gè)零件，就像兜水帽帶了一個(gè)帽子，這里又形成了一次對(duì)滲漏水的堵截，屬于第四次“堵”。其中擋水帽和拉桿上下移動(dòng)，上面一旦有水滲漏下來，首先流到擋水帽上，不會(huì)滲漏到中央內(nèi)部去，至多在此聚集。同時(shí)，在這對(duì)零件交錯(cuò)的位置，零件5 支撐柱側(cè)壁上，即標(biāo)示200 的位置，又開了一個(gè)中心通往外部的排水孔，這是第二次疏通。當(dāng)突破層層阻擋而來的水流到這里時(shí)，大部分將被從這個(gè)排水孔流出，順著零件5 支撐柱外壁往下流。當(dāng)流到零件3 支柱密封環(huán)上，被該零件阻擋，由于支柱密封環(huán)和支撐柱中間有O型圈形成靜密封，密封效果好，水也不能滲透到下部的減速機(jī)內(nèi)部，只能往支柱密封環(huán)外表面散開流，而再往下流，盡頭就是零件1 接水盤了，接水盤在這里起到了一個(gè)被動(dòng)防護(hù)的作用，我們稱之為“一兜了之”的作用。至此，這些“漏網(wǎng)之魚”的水，經(jīng)過重重險(xiǎn)阻，沖破道道光卡，最終卻是到了零件1 接水盤里，接水盤收集來的水，最終經(jīng)過導(dǎo)水管排到機(jī)艙水道，和水的大部隊(duì)匯合進(jìn)入冷卻水箱。

另外，在零件4 迷宮罩零件19 工作臺(tái)護(hù)罩之間的迷宮縫隙，在前面有敘述，清洗機(jī)臺(tái)時(shí)，會(huì)有操作工人使用氣槍和水槍沖洗工作臺(tái)，水汽會(huì)透過迷宮竄到C軸內(nèi)部，但是，當(dāng)從這個(gè)迷宮進(jìn)去之后，由于迷宮狹縫構(gòu)造，并且有一定的高度，不會(huì)到處飛散，最后的歸宿也是零件1 接水盤里，也是被“一兜了之”。

從上述可以看出，這個(gè)新的設(shè)計(jì)，既增加了2 道圍追堵截，形成“四道堵截”功能，又增加了“兩道疏?！币龑?dǎo)，形成兩道疏通，最后來個(gè)乾坤大兜底——“一兜了之”，形成多道主動(dòng)防護(hù)和被動(dòng)防護(hù)相結(jié)合，徹底解決了密封問題，就算出現(xiàn)密封件老化，突破層層關(guān)卡的水，最終也很難對(duì)關(guān)鍵零部件進(jìn)行侵蝕，對(duì)內(nèi)部零件進(jìn)行了很好的保護(hù)。

3 結(jié)語

這種五軸拋光機(jī)C 軸主動(dòng)防護(hù)和被動(dòng)防護(hù)相結(jié)合的技術(shù)，即“四堵、兩通、一兜”的方案，完美地解決了C軸的防水問題，經(jīng)過幾百臺(tái)設(shè)備的實(shí)際應(yīng)用案例，證明延長了幾倍以上的C 軸維護(hù)保養(yǎng)周期時(shí)間，降低了維修費(fèi)用，提高了設(shè)備的可靠性，最終為客戶創(chuàng)造了不菲的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。