高精度电主轴维修工艺探究

高精度电主轴维修工艺探究

陆丁山

东莞市大山科技有限公司 广东东莞 523000

摘要：随着我国制造领域的快速发展，智能制造水平不断地提高，电主轴作为数控机床的运行的核心部件，其结构具有一定的复杂性，但电主轴具有运行精度高且振动幅度小等应用优势，有效提升了工业产品生产的精准性。为了确保电主轴达到运行精度要求，应在掌握电主轴结构的基础上，明确电主轴维修工艺技术，并提出有效地预防性故障解决方案，确保高精度电主轴处于良好的运行状态下，发挥出提高数控机床运行效率的作用。

关键词：高精度；电主轴；维修工艺；性能测试

前言

在数控机床运行过程中，电主轴作为核心部件，且运行的状态直接影响到整个机床的运行精度及稳定性。在立卧转换加工过程中，智能化水平的提高，使得对产品加工的精准度要求更高，同时考虑到电主轴结构的复杂性，如果产生碰撞，会导致主轴运行精度恢复难度增加。因此，应对电主轴维修工艺开展深入分析，为高效地解决电主轴故障问题提供技术支持。

一、高精度电主轴常见故障分析

（一）拉刀结构因素故障

电主轴中拉刀结构主要由拉爪和碟簧组成，充分发挥此结构的作用，能够有效提高电主轴自动换刀的速度。拉刀结构在长期使用过程中，会导致拉爪和刀柄之间会产生不同程度的摩擦，这样也导致电主轴发生故障问题的几率增加。碟簧部件的作用是能根据主轴运行情况来适当拉紧刀柄，松刀时在打刀缸的影响下能够克服弹簧的拉力作用将手柄松开，碟簧与一段弹簧所发挥的作用大致相同，在电主轴长期运行过程中，弹簧会发生不同程度的变形和失效情况[1]。大部分高精度电主轴中的碟簧寿命大约在20万次，如果超过此上限则其应用的可靠性会显著降低，并成为电主轴潜在的故障隐患。

（二）支撑结构因素故障

高精度电主轴的支撑结构主要由前端轴承和后端轴承构成，同时也是转子系统与外部壳体重要的耦合部分。充分考虑到高精度电主轴运行精度较高的要求，大部分主轴结构在设计过程中采用前端固定，后端驱动的设计方式。高精度主轴在长期运行期间，轴承滚子与轴承滚道之间会高速相对运行，如果在运行期间产生的热量无法及时排出，会导致润滑油膜的功能失效，从而导致滚子和滚道出现相对摩擦，这也成为高精度电主轴发生故障问题的主要原因。

（三）润滑问题故障

高精度电主轴通常利用油气润滑，并且利用压缩空气和油气发生器对电主轴轴承提供精准少量的润滑油，经过润滑的轴承能够减少由于大量润滑油的存在而导致过多的热量，在一定程度上降低了轴承温度上升的效率，对于延长轴承的使用寿命起到关键性作用。但是高精度电主轴在运行期间，经常会出现由于供气压力不稳定和气密性不足以及润滑油泵受损等因素，致使油气润滑质量显著降低，致使轴承发热过快加快了磨损的速度，成为高精度电主轴常见的故障类型。

（四）液压系统问题

电主轴液压系统的主要功能是在快速自动换刀过程中降低碟簧拉刀力导致拉刀机构松刀，在高精度电主轴运行过程中，需要通过对拉刀结构的分析，选择不同形式的液压松刀方式。电主轴在运行期间，需要考虑到液压系统中液压油只能在其运行的空间范围内实现良好的循环效果，这也是忽视对液压系统开展定期检测的重要原因[2]。由于未制定定期的液压系统中液压油的检测方案，导致液压油出现不同程度的变质和泄漏，同时也会导致一些杂质混入其中，影响液压压力强度，无法保持预期的松刀力量和速度，严重的情况下会导致换刀故障。

二、电主轴维修工艺

（一）电主轴的拆装

高精度电主轴结构设计具有一定的复杂性，这也增加了电主轴拆解的难度，在拆卸过程中需要由专业技术人员做好部件的标记工作。在拆卸拉爪和前端盖的过程中需要加工制作特殊辅助工具来拆解，具体操作步骤为：高精度主轴中不同管路的接头也需拆解并做好记号；将拉刀油缸螺钉拆除，将拉刀油缸取出；在拆卸编码盘之前，应对读数头与编码盘之间的距离精准测量，对于大部分电主轴结构来说数值为0.08mm到0.1mm之间；利用拆拉爪工具，将拉刀杆取出；松掉轴承预紧装置；将后轴承座和后端轴承拆除，将电主轴转子取出并将密封圈位置标记，然后还需要将前轴承室结构中的前端轴承和隔环部件拆卸。

（二）轴承预紧

在轴承安装操作前，应将轴承及轴壳内孔以及主轴等构件利用特定的润滑油来润滑，为安装提供方便，这样操作还能够确保电主轴在启动阶段轴承具有良好的润滑效果。在润滑效果评估的过程中，可以从以下三方面入手；一是应确保轴承钢球在运行过程中沟道内始终保持既定的转速且不会出现间隙滚动情况。二是，经过润滑后的构件能够使电主轴在运行过程中承受轴向力和径向力的轴向分量[3]。三是在电主轴运转时可以有效克服定转子由于偏离中心而出现单边磁拉力，进而影响主轴的运行稳定性。

（三）运行精度检测与优化

首先，应对主轴各个部件安装后对其运行精度开展检测，并考虑到以下检测要点，主轴跳动情况分析，主轴在运转过程中近端和远端的允许的跳动距离应控制在0.002 mm和0.016 mm值范围内，经过专业技术人员对电主轴运行状态监测发现，经过拆解安装后的电主轴满足以上精准度数值控制要求。其次，运行主轴平行度检测，应将允差控制在0.02mm以内属于合格，正母和侧母的数值控制在0.10 mm和0.12 mm数值以内；其中卧式情况下正母的数值为0.04mm，侧母的数值应保持在00.12mm。经过安装检测证实，电主轴运转的平行度指标达到了合格标准，且能够利用旋转油缸螺钉的方式有效调节主轴的平行度指标。充分考虑到高精度电主轴属于高精度的部件，应确保各项指标都达到运行精度要求，并且应定期开展动平衡测试，针对存在的偏移和误差要及时校正，只有各项指标达到合格要求后才能投入到生产环节中。

三、电主轴预防性维修方法

高精度电主轴的运行精度和稳定性直接关系到产品生产质量和生产效率，因此，应对高精度电主轴开展定期的预防性检测和维修。具体可以从以下方面进行；首先，根据性能测试结果，制定预防性维修体系。正常情况下，电主轴性能和精度检测周期为2年。通过性能和精准性检测能及时发现电主轴运行精度参数，如果出现了精度下降的情况，能够及时提出可靠的精度调整方案。随着智能化生产水平的不断提高，数控机床中电主轴构件的运转负荷逐渐增长，应适当调整精度检测周期，并对电主轴的构件做拆解分析，达到运行精度指标要求[4]。其次，应对电主轴各个部件和结构运行情况开展定期检测，明确各个构件的运行指标是否达到生产精准要求，通过检测还能精准掌握拉刀结构和轴承承重以及振动和润滑效果，为提出具体的维修和养护管理方案提供参考。

结束语：

电主轴是数控机床系统核心部件，其具有运行效率和精度高的优势，对于提高数控机床稳定运行起到重要作用。高精度电主轴结构具有一定复杂性，其在运行过程中产生故障的原因包括多个方面，这就需要在掌握电主轴结构的基础上，对其维修工艺技术开展分析，严格按照操作说明书和图纸，对电主轴的结构部件进行拆解和检测，及时发现故障隐患问题并及时处理，确保高精度电主轴始终处于高精度的运行状态下。

参考文献：

[1]高海玉.浅谈电主轴的基本结构和维修保养[J].黑龙江科技信

2020, 000(001):188-189.

[2]商晓威,王金娥.基于模糊理论的电主轴维修成本综合评价[J].设备管理与维修,2019(12):2.

[3]张日升,刘维新,余纬,等.基于性能测试的电主轴预防性维修方法研究[J].制造技术与机床,2022(1):38-44.

[4]汪王照,李鑫,刘家爽.加工中心电主轴的常见故障及维修[J].轻型汽车技术, 2019(4):5.