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銑磨機主軸優化設計分析

2018-1-19 來源：暢河南工業職業暢河南中暢南陽建設作（zuò）者：劉暘高誌華徐樹青（qīng）趙（zhào）華清

摘要（yào）：以光學銑磨機主（zhǔ）軸加工、裝配和維修為例，介紹加工、使（shǐ）用（yòng）過程中（zhōng）所遇到（dào）的（de）主要問題。依據長期維修跟（gēn）蹤，得出更優（yōu）化、更簡單（dān）的解決辦法，使得銑（xǐ）磨機（jī）主軸方便製造、使用和減少（shǎo）維修（xiū），降低成本，提高效率等方麵，都有很大的提高。

關鍵詞（cí）：主（zhǔ）軸；加工成本；精度；生產周期

　自２０世紀８０年代以來，全球光電科學技術迅猛發展與進步，我國光學產品的加工設備研發也隨之（zhī）發展起（qǐ）來。光學（xué）產品的精度（dù）要求（qiú）越來越高，加工光學產品的加工機床精度也必然要得到提高，這就涉及到此類機床（chuáng）設備的關鍵零部（bù）件的加工（gōng）和裝配（pèi）精度（dù）的問題。其中，光學加工機床銑磨機的核心部（bù）件———高速旋轉主軸，其加工、裝配、使用壽命、維修在很（hěn）大程度（dù）上對主軸（zhóu）精度都（dōu）有很大的影響。

在光學行業所用的加工機床中（zhōng），高速（sù）旋轉主軸的（de）精度是該類機床的一個重要技術指標。其中，光學銑磨機主（zhǔ）軸轉速高（gāo）達９０００～１２０００ｒ／ｍｉｎ，要保證主軸高速旋轉的（de）精度（dù），首先要保證各個關鍵零件的精（jīng）度；其次，也是人們常常容易忽略的，主軸的裝配。關鍵點就是要保證主軸、主軸軸承座等零件的形位公差—同軸度、垂直度，以及軸承安裝部位局部尺寸公差等；再加上（shàng）合理的裝（zhuāng）配工（gōng）藝，才可以保證主軸部件的裝配精度。

現就光學銑磨機主軸的加工、裝配、維修過程中（zhōng）所出現的問題，對如何保（bǎo）證高精（jīng）度主軸高（gāo）速旋轉的精度和使用壽命等相關問題，進（jìn）行探討和（hé）研究。具體對現有的加工、裝配工藝（yì）方法進行介（jiè）紹和對比，以期（qī）得到更優化、更經濟、精度更高的加（jiā）工裝（zhuāng）配工藝和維（wéi）修方法。

1　、現在的加工工藝和裝配方法（fǎ）

主（zhǔ）要部件主軸、主軸軸（zhóu）承座以及（jí）主軸裝配圖如圖１—３。以下是零（líng）部件部（bù）分尺寸設計（jì）、裝配要點（diǎn）。

圖１　主軸

圖２　主（zhǔ）軸軸承（chéng）座

圖３　主軸部件

主軸和主軸軸承座安裝軸承位（wèi）置的尺寸公差、形位公差比較高，目的要保證裝配後主軸的轉速達到９０００、１２０００ｒ／ｍｉｎ，並且運轉（zhuǎn）要靈活平穩，不應有不（bú）正常的尖叫聲和（hé）不規則的衝擊聲；在主軸軸承達到穩定溫度時，其溫度和溫升應符合機床（chuáng）規（guī）定的技術要求；主軸的徑向跳（tiào）動和軸（zhóu）向竄動應符合機床精度標準的規定（dìng）和圖紙要求。

為達到以上要求和裝配的方便，主軸和主軸軸承座的局部（bù）尺寸公（gōng）差和形位公差標準比較嚴格，主軸尺寸公差（chà）在ＩＴ３級以上（shàng），主軸軸承座的尺寸公差為ＩＴ３級；同軸度公差在（zài）ＩＴ４級左右。這使得零件的加工難度增加，不利於加工，加工成本增（zēng）大。

軸承的選用：（１）選用國產７２０５Ｃ級（Ｐ４）軸承，要求是正規大廠生產的，比如洛陽（yáng）軸承研究所；軸承價位１１５元／套，若要求配對（duì），要加價（jià）２０％左右；四套軸承，或兩兩配對的，價格在４６０～５８０元。（２）也可選（xuǎn）用進口軸承７２０５Ｄ級（Ｐ５）來替代（dài）國（guó）產軸承；配對好的，一對大約（yuē）４００元，兩（liǎng）對大概（gài）８００元左右。並配磨軸承內、外隔圈。

以上是主軸（zhóu）零部件加工、裝配過程中必（bì）須要（yào）做到（dào）的，目的是為了（le）保證主軸部（bù）件的裝配精度。

在實際的生產中，大概有４～５年，此類（lèi）加工、裝配的缺點是：

（１）加工難度和加工成本（běn）成倍增加；

（２）設備精度不穩定，用過一段時間後，調節比較頻繁，影響設備的有效使用率；（３）裝（zhuāng）配效果（guǒ）比預想（xiǎng）的要差些，轉動噪聲和溫升偏大，維（wéi）修次數較多。

2、第一次改進優化設計

在現有的零部件設計、加工、裝配（pèi）基礎上，近７年來，根據實際（jì）工作中遇到的各類問題，通過多次的整改、優化設計、維修，得出以下比較係統的、成熟的零部件設計方案。

具體的（de）解決方案（àn）是：

（１）改變和軸承內、外圈相配（pèi）套的主軸和主軸軸（zhóu）承（chéng）座的公差配合，把其中（zhōng）過度或過盈配（pèi）合變為（wéi）滑動配合———間隙配合（hé）。具體要求（qiú）：裝配零件清洗幹淨，塗抹（mò）潤滑脂（zhī）後，軸承內、外圈（quān）分別可以用（yòng）手用（yòng）力推或橡皮錘輕敲，即可順利完（wán）成和主軸、主軸軸承座的裝配（pèi）。

（２）此銑磨機的床身，質量大約３８０ｋｇ，材料為ＨＴ２００，是該設備最大的零件（jiàn），占該設備總質量的３／５以上，還是該設備所有零（líng）部件裝配的基礎件（jiàn），在加工前一定要經過嚴格的時效處理。最好是自然失效，雖然時（shí）間長（zhǎng），資金占用偏大（dà），但（dàn）加工、裝配（pèi）後效果好，裝配使用過程精度穩定不變；若采用（yòng）人工時效回火，時間雖然比較短，但在加工過程中，不能在一個工廠、一個車間、一台機床上（shàng）加（jiā）工完畢，一定要（yào）盡可能拉（lā）長（zhǎng）床身各個工序間的加工地點和時間，最大限度地消除鑄件的應（yīng）力，使得最終精加工後的尺（chǐ）寸精度保持（chí）穩定不變。

（３）選用７２０５Ｐ５級進（jìn）口軸承，配對（duì）好的，替代（dài）國產的７２０５Ｐ４級軸承。根據配對軸承標示的遊隙值，配磨軸承內、外（wài）隔圈，以保證配（pèi）對軸承內外圈間隙（xì）的一致性，為調（diào）節主軸前後軸（zhóu）承的間隙做準備。

（４）潤滑脂選用國產的（de）白色特種潤滑脂，８００ｇ，價格４０元上下。也可選用進口的潤（rùn）滑脂，價格大概是此種潤滑脂的８～９倍。沒特殊要求，不推（tuī）薦使用。根據近幾年的（de）具體實施，做到以上４點，就可以保證合格的零件裝配後，達到設計的技術指標，保證有良好使用效果，基本避免前麵所說（shuō）的（de）生產裝配後的（de）三（sān）大缺點。

3、銑磨機主軸部件改用外購的電主軸

該設備零件數量偏多（duō），絕大（dà）部分零件體積比較小，部（bù）分零件加工精度又比（bǐ）較（jiào）高，加工和裝配費時費工，這些都大大增加了設備（bèi）的（de）成本，延長了整機的（de）生（shēng）產周期（qī）。

一般來（lái）講，現在與客戶簽訂的合同要求的交貨期都比較短，此時（shí）對於及時交貨來說，成本稍高點倒是次（cì）要的，加工（gōng）周期倒是急需解決的第一難（nán）題，比較長的加工周期不利於在（zài）多變的市場中贏得（dé）客戶。

具體針對銑磨機主軸部件來說，高精度的零件，加工精度高，加（jiā）工周期長，加工成本高；另外，該部件零件數量比較多，加工時間和周期（qī）自然（rán）就比較長。由圖３可以看到：自製件有１５個品種，除了軸承內、外隔圈，都（dōu）為單件（jiàn），不利於組織生產，並且部分（fèn）零件的精度要求（qiú）較高；２個常用件，主軸軸承（兩對共四套Ｐ５級進口軸承）和彈簧需外購。

另外，帶動主（zhǔ）軸旋轉的部件和（hé）相關附件，自製件共有９個品種，組裝、固定（dìng）後，用來固定、調整和保護電機（ＹＳ８０１２）。並由電機（jī）帶輪增速４倍左右，所以電（diàn）機帶輪直徑偏大，須選用鑄（zhù）鋁材料，並且要作動平（píng）衡試驗。

以上（shàng）直接成（chéng）本（běn）合計２３００～２４００元，且不（bú）包含人工的裝配調試成本（běn）。其（qí）中裝配中所用到的各種標準件（jiàn）暫（zàn）忽略不計。

近十多年來（lái），電（diàn）主軸發展迅速，各項技術性能指標也日趨完善，這也為選擇電主軸準備了相（xiàng）應可靠的物質基礎。在此基礎上，通（tōng）過反複調（diào）研、對比多（duō）個廠家、多個品種的產品性能指標，定做和主軸軸（zhóu）承座外部（bù）尺寸相符合、技術指標相當（dāng）的或更（gèng）高的電主軸，價格每套在２７００多元（當然價格低的有一千多元多的，高（gāo）的有四、五千元的）；功率選１暢５ｋＷ，原設計的帶動電機ＹＳ８０１２功率０暢７５ｋＷ，功率（lǜ）應該足（zú）夠。現在，去掉銑磨機原設計主軸，換（huàn）上（shàng）外購的電（diàn）主軸，已經陸續在近１０台銑磨機上試用，時間近兩年（nián），使用一（yī）切正常，還沒出現意外的問題（tí），效果還（hái）算滿意。

更換（huàn）為電主軸（zhóu）後，直接成本增加３００～４００元，加工周期基本（běn）就變為外購周期，時間更短、更省心，省去了主軸加工、裝配（pèi）（銑磨機的加（jiā）工裝配（pèi）中的重（chóng）點和難點（diǎn）），電機支架的加工、安裝等；加工和裝配周期的時間（jiān）節約在９５％以上，能更好地和快速變化的市場對接。隨著時間的推移、實踐的檢驗，電主軸的設（shè）計（jì）采用應該是一（yī）種很好的設計思路和方法。

4、　結論

從以上３種方（fāng）法使用效果來（lái）看，主軸的優化設計是一種成熟的加工裝配，解決了絕大多數問題，目前應用最廣泛；電主軸的采用，省去了大量繁瑣的工作，加工裝配周期優勢特別（bié）明（míng）顯，是很值得推廣的一（yī）種思路和方法。

在現代工業化的社會中，分工會更細化，做好、做精某一（yī）個或某一項工作才是未來的發展方向，協調、利用好社會上的各（gè）種優勢資源，為我所用，應該是一種好的思路和發展方向。不能小（xiǎo）而全，那樣隻會增（zēng）加時間和（hé）成本，不（bú）利（lì）於工作的開展和推進，也不可能在工業化社會中長期立足。

推而廣之，在（zài）現代（dài）的工業化生產中，機床的生產和維修，要盡可能地（dì）去選用專業廠家已有的、現成的、成熟的零部件，利用別人的優勢，其結果往往是事半功倍。不要每樣東（dōng）西都立（lì）足自己加工製造，費時費工（gōng），效果還未必好。

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