数控铣床部件的主轴维修与调试
发布时间：2019-08-07 20:51:11 点击率：
数控铣床主轴部件是影响机床加工精度的主要部件，它的回转精度影响工件的加工精度；它的功率和回转速度影响加工效率；它的自动变速、准停和换刀等影响机床的自动化程度。因此，要求主轴部件应具有与本机床工作性能相适应的高回转精度、刚度、抗振性、耐磨性和低的温升。在结构上，必须很好地解决刀具和工件的装夹、轴承的配置、轴承间隙的调整和润滑密封等问题。
主轴应根据数控铣床的规格、精度采用不同的主轴轴承。一般中、小规格数控铣床的主轴部件多采用成组高精度滚动轴承，重型数控铣床采用液体静压轴承，高精度数控铣床采用气体静压轴承，转速达20000r/min的主轴采用磁力轴承或氮化硅材料的陶瓷滚珠轴承。
（1）主轴的润滑。为了保证主轴有良好的润滑，减少摩擦发热，同时又能把主轴组件的热量带走，通常采用循环式润滑系统。用液压泵供油强力润滑，在油箱中使用油温控制器控制油液温度。现在许多数控铣床的主轴采用高级锂基润滑脂封闭方式润滑，每加一次油脂可以使用710年，简化了结构，降低了成本，且维护保养简单，但是需要防止润滑油和油脂混合，通常采用迷宫式密封方式。为了适应主轴转速向更高速化发展的需要，新的润滑冷却方式被相继开发出来。这些新的润滑冷却方式不仅要减少轴承温升，还要减少轴承内外圈的温差，以保证主轴热变形小。
1）油气润滑方式。这种润滑方式近似于油雾润滑方式，所不同的是，油气润滑是定时、定量地把油雾送进轴承空隙中，这样既实现了油雾润滑，又不至于使油雾太多而污染周围空气；油雾润滑则是连续供给油雾。
2）喷注润滑方式。它是用较大流量的恒温油（每个轴承34L/min）喷注到主轴轴承，以达到润滑冷却的目的。需要特别指出的是，较大流量的油不是自然回流，而是用排油泵强制排油，同时，采用专用高精度大容量恒温油箱，油温变动控制在±0.5℃。
（2）防泄漏措施。在密封件中，被密封的介质往往是以穿漏、渗透或扩散的形式越界泄漏到密封连接处。造成泄漏的基本原因是流体从密封面上的间隙中溢出，或是由于密封部件内外两侧密封介质的压力差或浓度差，致使流体向压力或浓度低的一侧流动。
主轴前支承的密封结构所示为卧式加工中心主轴前支承的密封结构，采用的是双层小间隙密封装置。主轴前端车削岀两组锯齿形护油槽，在法兰盘4和5上开沟槽及泄油孔，当喷入轴承2内的油液流出后被法兰盘4内壁挡住，经过其下部的泄油孔9和套筒3上的回油斜孔8流回油箱，少量油液沿着主轴6流出时，主轴护油槽在离心力的作用下被甩至法兰盘4的沟槽内，经过回油斜孔8重新流回油箱，达到了防止润滑介质泄漏的目的。
当外部切削液、切屑及灰尘等沿主轴6与法兰盘5之间的间隙进入时，可经法兰盘5的沟槽由泄油孔7排出。少量的切削液、切屑及灰尘进入前锯齿沟槽，在主轴6高速旋转的离心力的作用下仍被甩至法兰盘5的沟槽内，由泄油孔7排出，达到了主轴端部密封的目的。
要使间隙密封结构能在一定的压力和温度范闱内具有良好的密封防泄漏性能，必须保证法兰盘4和5与主轴及轴承端面的配合间隙符合如下条件。
1）法兰盘4与主轴6的配合间隙应控制在0.10.2mm（单边）。如果间隙偏大，则泄漏量将按照间隙的3次方扩大；若间隙过小，由于加工及安装的误差，容易与主轴局部接触使主轴局部升温并产生噪声。
2）法兰盘4内端与轴承端面的间隙应控制在0.150.3mm。小间隙可使液压油直接被挡住并沿法兰盘4内端面下部的泄油孔9经回油斜孔8流回油箱。
3）法兰盘5与主轴的配合间隙应控制在0.150.25mm（单边）。间隙太大，进入主轴6内的切削液及杂物会显著增多；间隙太小，则容易与主轴接触。法兰盘5沟梢深度应大于10mm（单边）；泄油孔7的直径应大于6mm，并位于主轴下端靠近沟槽内壁处。
4）法兰盘4的沟槽深度应大于12mm（单边），主轴上的锯齿尖而深，一般为57mm，以确保具有足够的甩油空间。法兰盘4处的主轴锯齿向后倾斜，法兰盘5处的主轴锯齿向前倾斜。
5）法兰盘4上的沟槽与主轴6上的护油槽对齐，以保证被主轴甩至法兰盘沟槽内腔的油液能可靠地流回油箱。
6）套筒前端的回油斜孔8及法兰盘4泄油孔9的流量为进油孔1的23倍，以保证液压油能顺利地流回油箱。
主轴的密封形式分为接触式密封和非接触式密封，非接触式密封图是几种非接触密封的形式。图a所示是利用轴承盖与轴的间隙密封，轴承盖的孔内开槽是为了提高密封效果，这种密封用在工作环境比较清洁的油脂润滑处；图b所示是在螺母的外圆上开锯齿形环槽实现密封，当油向外流时，靠主轴转动的离心力把油沿斜面甩到端盖1的空腔内，油液流回箱内；图c所示是迷宫式密封结构，其在切屑多、灰尘大的工作环境中可获得可靠的密封效果，这种结构适用于油脂或油液润滑的密封。非接触式的油液密封时，为了防漏，重要的是保证回油能尽快排掉，要保证回油孔的畅通。
接触式密封主要有油毡圈和耐油橡胶密封圈密封两种方式。
（3）刀具夹紧装置的清洁在自动换刀机床的刀具自动夹紧装置中，刀杆常采用7:24的大锥度锥柄，这既利于定心，也为松刀带来方便。立式加工中心主轴部件所示，用碟形弹簧通过拉杆及夹头拉住刀柄的尾部，使刀具锥柄和主轴锥孔紧密配合，夹紧力可达10000N以上。松刀时，通过液压缸活塞推动拉杆来压缩碟形弹簧，使夹头张开，夹头与刀柄上的拉钉脱离，刀具即可拔出，进行新、旧刀具的交换。新刀装入后，液压缸活塞后移，新刀具又被碟形弹簧拉紧。在活塞推动拉杆松开刀柄的过程中，压缩空气由喷气头经过活塞中心孔和拉杆中的孔吹出，将锥孔清理干净，防止因主轴锥孔中掉入切屑和灰尘，而把主轴锥孔表面和刀扦的锥柄划伤，同时可保证刀具的正确位置。因此，主轴锥孔的清洁十分重要。
（4）主轴滚动轴承的预紧。所谓轴承预紧，就是使轴承滚道预先承受一定的载荷，这样不仅能消除间隙，而且能使滚动体与滚道之间发生一定的变形，从而使接触面积增大，轴承受力时的变形减少，抵抗变形的能力提高。因此，对主轴滚动轴承进行预紧和合理选择预紧量，可以提高主轴部件的旋转精度、刚度和抗振性。装配机床主轴部件时要对轴承进行预紧，使用一段时间以后，间隙或过盈有了变化，应重新调整，所以要求预紧结构便于调整。滚动轴承间隙的调整或预紧，通常是通过使轴承内外圈产生相对轴向移动来实现的。常用的方法有以下几种。
1）轴承内圈移动，这种方法适用于锥孔双列圆柱滚子轴承。用螺母通过套筒推动内圈在锥形轴颈上做轴向移动，使内圈变形胀大，在滚道上产生过盈，从而达到预紧的目的。
图a所示的结构简单，但预紧量不易控制，常用于轻载机床主轴部件。图b所示的结构用右端螺母限制内圈的移动量，易于控制预紧量。图c所示在主轴凸缘上均布数个螺钉以调整内圈的移动量，调整方便，但是用几个螺钉调整易使垫圈歪斜。图d所示的结构将紧靠轴承右端的垫圈做成两个半环，可以从径向取出，修磨其厚度可控制预紧量的大小，调整精度较高，调整螺母一般采用细牙螺纹，便于微量调整，而且在调好后要能锁紧防松。
2）修磨座圈或隔套如图a所示，轴承外圈宽边相对（背靠背）安装，这时修磨轴承内圈的内侧；图b所示为外圈窄边相对（面对面）安装，这时修磨轴承外圈的窄边。安装时应按图示的相对关系装配，并用螺母或法兰盘盖将两个轴承轴向压拢，使两个修磨过的端面贴紧，这样在两个轴承的滚道之间产生预紧。另一种方法是将两个厚度不同的隔套放在两轴承内外圈之间，同样将两个轴承轴向相对压紧，使滚道之间产生预紧力。
主轴应根据数控铣床的规格、精度采用不同的主轴轴承。一般中、小规格数控铣床的主轴部件多采用成组高精度滚动轴承，重型数控铣床采用液体静压轴承，高精度数控铣床采用气体静压轴承，转速达20000r/min的主轴采用磁力轴承或氮化硅材料的陶瓷滚珠轴承。
（1）主轴的润滑。为了保证主轴有良好的润滑，减少摩擦发热，同时又能把主轴组件的热量带走，通常采用循环式润滑系统。用液压泵供油强力润滑，在油箱中使用油温控制器控制油液温度。现在许多数控铣床的主轴采用高级锂基润滑脂封闭方式润滑，每加一次油脂可以使用710年，简化了结构，降低了成本，且维护保养简单，但是需要防止润滑油和油脂混合，通常采用迷宫式密封方式。为了适应主轴转速向更高速化发展的需要，新的润滑冷却方式被相继开发出来。这些新的润滑冷却方式不仅要减少轴承温升，还要减少轴承内外圈的温差，以保证主轴热变形小。
1）油气润滑方式。这种润滑方式近似于油雾润滑方式，所不同的是，油气润滑是定时、定量地把油雾送进轴承空隙中，这样既实现了油雾润滑，又不至于使油雾太多而污染周围空气；油雾润滑则是连续供给油雾。
2）喷注润滑方式。它是用较大流量的恒温油（每个轴承34L/min）喷注到主轴轴承，以达到润滑冷却的目的。需要特别指出的是，较大流量的油不是自然回流，而是用排油泵强制排油，同时，采用专用高精度大容量恒温油箱，油温变动控制在±0.5℃。
（2）防泄漏措施。在密封件中，被密封的介质往往是以穿漏、渗透或扩散的形式越界泄漏到密封连接处。造成泄漏的基本原因是流体从密封面上的间隙中溢出，或是由于密封部件内外两侧密封介质的压力差或浓度差，致使流体向压力或浓度低的一侧流动。
主轴前支承的密封结构所示为卧式加工中心主轴前支承的密封结构，采用的是双层小间隙密封装置。主轴前端车削岀两组锯齿形护油槽，在法兰盘4和5上开沟槽及泄油孔，当喷入轴承2内的油液流出后被法兰盘4内壁挡住，经过其下部的泄油孔9和套筒3上的回油斜孔8流回油箱，少量油液沿着主轴6流出时，主轴护油槽在离心力的作用下被甩至法兰盘4的沟槽内，经过回油斜孔8重新流回油箱，达到了防止润滑介质泄漏的目的。
当外部切削液、切屑及灰尘等沿主轴6与法兰盘5之间的间隙进入时，可经法兰盘5的沟槽由泄油孔7排出。少量的切削液、切屑及灰尘进入前锯齿沟槽，在主轴6高速旋转的离心力的作用下仍被甩至法兰盘5的沟槽内，由泄油孔7排出，达到了主轴端部密封的目的。
要使间隙密封结构能在一定的压力和温度范闱内具有良好的密封防泄漏性能，必须保证法兰盘4和5与主轴及轴承端面的配合间隙符合如下条件。
1）法兰盘4与主轴6的配合间隙应控制在0.10.2mm（单边）。如果间隙偏大，则泄漏量将按照间隙的3次方扩大；若间隙过小，由于加工及安装的误差，容易与主轴局部接触使主轴局部升温并产生噪声。
2）法兰盘4内端与轴承端面的间隙应控制在0.150.3mm。小间隙可使液压油直接被挡住并沿法兰盘4内端面下部的泄油孔9经回油斜孔8流回油箱。
3）法兰盘5与主轴的配合间隙应控制在0.150.25mm（单边）。间隙太大，进入主轴6内的切削液及杂物会显著增多；间隙太小，则容易与主轴接触。法兰盘5沟梢深度应大于10mm（单边）；泄油孔7的直径应大于6mm，并位于主轴下端靠近沟槽内壁处。
4）法兰盘4的沟槽深度应大于12mm（单边），主轴上的锯齿尖而深，一般为57mm，以确保具有足够的甩油空间。法兰盘4处的主轴锯齿向后倾斜，法兰盘5处的主轴锯齿向前倾斜。
5）法兰盘4上的沟槽与主轴6上的护油槽对齐，以保证被主轴甩至法兰盘沟槽内腔的油液能可靠地流回油箱。
6）套筒前端的回油斜孔8及法兰盘4泄油孔9的流量为进油孔1的23倍，以保证液压油能顺利地流回油箱。
主轴的密封形式分为接触式密封和非接触式密封，非接触式密封图是几种非接触密封的形式。图a所示是利用轴承盖与轴的间隙密封，轴承盖的孔内开槽是为了提高密封效果，这种密封用在工作环境比较清洁的油脂润滑处；图b所示是在螺母的外圆上开锯齿形环槽实现密封，当油向外流时，靠主轴转动的离心力把油沿斜面甩到端盖1的空腔内，油液流回箱内；图c所示是迷宫式密封结构，其在切屑多、灰尘大的工作环境中可获得可靠的密封效果，这种结构适用于油脂或油液润滑的密封。非接触式的油液密封时，为了防漏，重要的是保证回油能尽快排掉，要保证回油孔的畅通。
接触式密封主要有油毡圈和耐油橡胶密封圈密封两种方式。
（3）刀具夹紧装置的清洁在自动换刀机床的刀具自动夹紧装置中，刀杆常采用7:24的大锥度锥柄，这既利于定心，也为松刀带来方便。立式加工中心主轴部件所示，用碟形弹簧通过拉杆及夹头拉住刀柄的尾部，使刀具锥柄和主轴锥孔紧密配合，夹紧力可达10000N以上。松刀时，通过液压缸活塞推动拉杆来压缩碟形弹簧，使夹头张开，夹头与刀柄上的拉钉脱离，刀具即可拔出，进行新、旧刀具的交换。新刀装入后，液压缸活塞后移，新刀具又被碟形弹簧拉紧。在活塞推动拉杆松开刀柄的过程中，压缩空气由喷气头经过活塞中心孔和拉杆中的孔吹出，将锥孔清理干净，防止因主轴锥孔中掉入切屑和灰尘，而把主轴锥孔表面和刀扦的锥柄划伤，同时可保证刀具的正确位置。因此，主轴锥孔的清洁十分重要。
（4）主轴滚动轴承的预紧。所谓轴承预紧，就是使轴承滚道预先承受一定的载荷，这样不仅能消除间隙，而且能使滚动体与滚道之间发生一定的变形，从而使接触面积增大，轴承受力时的变形减少，抵抗变形的能力提高。因此，对主轴滚动轴承进行预紧和合理选择预紧量，可以提高主轴部件的旋转精度、刚度和抗振性。装配机床主轴部件时要对轴承进行预紧，使用一段时间以后，间隙或过盈有了变化，应重新调整，所以要求预紧结构便于调整。滚动轴承间隙的调整或预紧，通常是通过使轴承内外圈产生相对轴向移动来实现的。常用的方法有以下几种。
1）轴承内圈移动，这种方法适用于锥孔双列圆柱滚子轴承。用螺母通过套筒推动内圈在锥形轴颈上做轴向移动，使内圈变形胀大，在滚道上产生过盈，从而达到预紧的目的。
图a所示的结构简单，但预紧量不易控制，常用于轻载机床主轴部件。图b所示的结构用右端螺母限制内圈的移动量，易于控制预紧量。图c所示在主轴凸缘上均布数个螺钉以调整内圈的移动量，调整方便，但是用几个螺钉调整易使垫圈歪斜。图d所示的结构将紧靠轴承右端的垫圈做成两个半环，可以从径向取出，修磨其厚度可控制预紧量的大小，调整精度较高，调整螺母一般采用细牙螺纹，便于微量调整，而且在调好后要能锁紧防松。
2）修磨座圈或隔套如图a所示，轴承外圈宽边相对（背靠背）安装，这时修磨轴承内圈的内侧；图b所示为外圈窄边相对（面对面）安装，这时修磨轴承外圈的窄边。安装时应按图示的相对关系装配，并用螺母或法兰盘盖将两个轴承轴向压拢，使两个修磨过的端面贴紧，这样在两个轴承的滚道之间产生预紧。另一种方法是将两个厚度不同的隔套放在两轴承内外圈之间，同样将两个轴承轴向相对压紧，使滚道之间产生预紧力。
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