BNN-002 加工中心主轴部件维修工艺探讨

高敏，刘忠军

(1.东北电力大学机械工程学院，吉林吉林 132012;2.一汽轿车股份公司第二发动机厂，吉林长春 130011)

BNN-002 加工中心机床是以镗、铣为主的自动换刀机床，主轴部件具有刚度高、精度高、热变形小、转速范围大(0～10 000 r/min)等特点，带自动锁紧装置、切屑自动清除装置、内冷却装置等。

1 主轴部件结构、功能及故障排除

1.1 主轴内刀具的自动锁紧及松开

加工中心主轴的自动夹紧机构采用并列2 个、共32 组碟形弹簧，在碟形弹簧的作用下，拉杆锁紧拉力通过拉杆左端夹头中的钢球将刀杆尾部轴颈拉紧。

刀具自动锁紧装置容易出现的故障是刀具有时不松开、不能自动卸刀。这是因为通入松刀油缸右腔的压力油油压过低造成的，达不到要求的松刀力11 466 N。这时应调整油压。由油缸内径d=100 mm、油缸外径D=140 mm 可知，活塞有效面积S=πD2/4 -πd2/4=7 536 ×10-6m2;因为F=p·S，所以p=F/S=11 466/ (7 536 ×10-6)=1.52 MPa。至少应把油缸右腔压强调到1.52 MPa，一般调到1.6 MPa，低于这个压强刀具就不松开。

1.2 主轴轴承的选择、配置及拆装

BNN-002 加工中心机床主轴部件的前轴承采用成对的2MM9113WI DUL (FAFNIR)向心推力球轴承;后轴承采用N1011CCG5 P4 级(NSK)径向推力滚子轴承。向心推力球轴承能承受径向轴间双向负荷，具有良好的变速性能，可达10 000 r/min，但它的承载能力有限，这就决定了这种机床不适于重切削。

另外，前轴承采用如图1 的方式安装，负荷作用在轴承中心线之外，轴的悬臂较小、刚度好且轴受热伸长时，轴承游隙增大，不会发生卡死现象。

主轴部件最易发生的故障是主轴内部异响，从而影响加工质量。这一般是由轴承的磨损或锈蚀造成的，需要重新更换、调配轴承。重新装配时要把两轴承之间的内、外隔垫进行修配、采用预紧安装，以减少工作负荷下轴承的实际变形量，从而改变轴承刚度、提高旋转精度。

图1 前轴承背对背安装

预紧力的大小对轴承的寿命有直接的影响。太小达不到预紧的目的，太大会使轴承中接触应力和摩擦阻力增大，从而导致轴承寿命的降低。此轴承适于高速、轻载条件，预紧主要是为了提高旋转精度和减轻振动，最小预紧力一般取所受最大载荷的0.35 倍。

1.3 主轴油雾润滑装置

机床内部发热是机床部件产生热形变的主要热源，而主轴轴承是一个最大的内部热源。一般的加工中心采用油雾润滑，有的还对主轴部件进行强制冷却(即加制冷泵)，以消除热变形对加工精度的影响。此主轴部件轴承的油雾润滑方式是在压缩空气内定时、定量打入润滑稀油，油液雾化后通过管路通到主轴箱体上部，通过油道孔进入到主轴前后轴承进行油雾润滑，然后通过主轴箱体下部的油道孔排出主轴箱体外，既带走了轴承所产生的热量，又使轴承得到润滑，延长轴承使用寿命。

油雾润滑装置易产生的故障是打油泵有时调的打油量过小，造成不打油，压缩空气直接进入主轴轴承，引起含水锈蚀。应在维修巡检时，适当调节油量。

1.4 切屑的自动清除装置

如果在主轴锥孔中掉进了切屑或其他污物，在拉紧刀杆时，主轴锥孔表面的锥柄就会被划伤，甚至使刀杆产生偏斜，破坏刀具的正确定位，影响加工零件的精度，甚至使零件报废。为了保证主轴锥孔的清洁，用压缩空气进行吹屑。当刀具松开时，松刀油缸的活塞左移，活塞后档块紧贴在销轴的小平面上，同时接通油缸后端盖上的压缩空气孔道，使压缩空气通过活塞进入销轴，再通过支承轴及锁紧螺母的通道进入主轴内孔，再经碟形弹簧的间隙进入拉杆前端，由于拉杆前端有多个小孔道，因而压缩空气由喷气小孔吹出，将锥孔清理干净。而当刀具夹紧时，活塞右移自动切断气道。

1.5 主轴内冷却装置

在加工长孔时，为降低刀具温升及排除孔内切屑，刀具本身开有冷却液通孔。为了提供刀具内冷却，高压冷却水泵打出的高压冷却水，经软管通过接头进入中空的伺服电机轴的内套中，再进入拉杆轴心中的通道到达拉杆的前端，通过主轴上的两个斜孔到达刀具内孔，起到了在加工时的内部冷却作用。为了使冷却液不泄漏到主轴拉杆的外部，造成主轴其他零件的锈蚀，在冷却水道的各个接头处都加了“O”型密封圈。

1.6 主轴前端面的气压密封

为防止主轴前端进入切屑或冷却液等，主轴前端采用气压密封装置。压缩空气通过软管进入开了一道环行槽的主轴前端盖，且主轴上开了带斜面的环行槽，起到气压前顶的作用，达到密封效果，压缩空气中的水气通过端盖下的排屑孔排掉。

1.7 主轴的准停装置

加工中心机床的切削扭矩是通过刀杆轴的端面键来传递的，每一次自动装卸刀具都必须使刀柄上的键槽对准主轴的端面键，这就要求主轴具有准确定位功能。主轴采用伺服电机中位置编码器定位，如不能准确定位，可通过位置参数进行调整。

2 结论

加工中心能提高生产效率、降低加工综合费用、提高加工质量，有取代通用机床和专用组合机床的趋势。美、日等国的加工中心机床产值已占其机床总产值的50%左右。通过对BNN-002 主轴部件的分析，可及时排除故障、提高维修质量;还可借鉴主轴部件的设计，提高国产加工中心的质量。

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