DMG—DMC 125FD五轴车铣复合中心电主轴内部结构分析

秦卫伟

（山西工程职业技术学院， 山西 太原 030009）

生产实践·应用技术

DMG—DMC 125FD五轴车铣复合中心电主轴内部结构分析

秦卫伟

（山西工程职业技术学院， 山西 太原 030009）

通过对数控机床故障报警信息的识别，在排除其他部件无故障后，对电主轴内部进行拆解、结构分析、故障诊断并进行维修。在拆装维修过程中，了解了电主轴的机械结构、工作原理、管路及接囗形式和位置，对以后分析和判断电主轴其他故障留下非常宝贵的资料。

电主轴 转子 定子 编码器 传感器

电主轴是最近几年在数控机床领域出现的将机床主轴与主轴电机融为一体的新技术。高速数控机床主传动系统取消了带轮传动和齿轮传动。机床主轴由内装式电动机直接驱动，从而把机床主传动链的长度缩短为零，实现了机床的“零传动”。这种主轴电动机与机床主轴“合二为一”的传动结构形式，使主轴部件从机床的传动系统和整体结构中相对独立出来，因此可做成“主轴单元”，俗称“电主轴”[1]。

DMG—DMC 125FD机械核心部件为2台电主轴，分别为车铣SP轴、C轴（工件定位及旋转用）。在2015年3月，接到DMG6号机床报修，报警信息为：E114号报警，机床不能加工，查看E114内容为spindle not clamped，SP轴如图1所示。

图1 SP轴端面图

1 现场情况分析

1）根据经验首先对机床加工SP轴锁紧管路及锁紧压力的检测部件进行检测，均未发现异常。

2）对机床SP轴锁紧部件进行打压实验，确定漏油部件在电主轴内部。需要对电主轴内部进行拆解检查。

2 制定拆解维修方案

由于主轴机械结构复杂，内部包括主轴角度及速度检测部件、主轴拉松刀装置、主轴定子、转子相对运动连接部件、润滑管路、冷却管路以及气路和主轴切削液通道、主轴锁紧松开装置。当时询问设备厂家得知，国内该系列电主轴均未有拆装记录，且厂家要求整体更换或发往德国再定，价格昂贵且周期很长，在没有任何外援的情况下，我们组织电气、液压、机械各方面专长的同仁一起讨论并制定出拆解方案。

1）先不拆卸电主轴整体，直接拆卸转子。2）拆解后视情况进行实验、维修。

3 电主轴拆解

1）在主轴立式时（B轴0度）打开机床防护门后断电及卸液压，拆开护板。如下页图2所示，拆开后可以看到主轴尾部情况，电主轴电源输入为Φ25 mm电缆线7根，其中3根为低转速输入，3根为高转速输入，1根为接地。角度测量装置为高精度磁性编码器和主轴齿盘组成。这些装置先不能拆，我们先进行刀具松开液压装置、液压尾部液压管路2根（松刀液压缸PT油管）、切削液管路2根（分高压80BAR和低压20BAR中心冷却）、空压气管路1根（中心出气）拆解。拆下后我们可以看到，液压缸外壳上有2个接近开关（刀具松开夹紧到位检测装置），液压缸中心为水封装置。此时我们要对所拆开的液压管路封堵及开关信号进行短接。

图2 SP轴尾部

2）机床上电，开机后将其B轴转到180°后再进行开门，关闭机床电源，卸掉液压、防冻液和气压。此时拆下主轴磁性编码器如图3所示。

3）从主轴头部拆下外冷却喷淋装置（铝合金部件）。先拆下换刀机械手压块（L型铁块），在压块下方有主轴角度定位键槽及键，有里面有固定镙丝，键的下方有主轴温度传感器，把传感器轻轻拔出（安装时要将导热硅胶抹上）如图4所示。

图3 主轴编码器

图4 主轴定子

4）从前端可以看到内外两圈螺丝，其中最外圈为电主轴整体固定螺丝，我们把内圈螺丝拆掉（拆时螺丝扭矩为40 kN左右），看到在中间转子的垂直方向上下有2个堵丝，拆掉后看到螺纹孔，此孔用2个M8 mm×200 mm螺丝拧入后撑出转子，但撑时必须在转子水平位置拧入专用导向柱（当时为自制）且为保证上下螺丝同时受力和转子拆出过程中与定子的平行度，我们用2个相同的扳手从同一方向开始以相同速度旋转拧入。转子慢慢从定子内脱出，当螺丝全部拧入后，转子完全松动仅由导向柱受力时，慢慢抬出（转子加前端装置质量100 kg，但用起重设备吊装须把床顶全部拆掉，且不能时时知道拆解阻力大小。最后我们采取用5个人，4前1后，合力慢慢将其抬出）如图5所示。

图5 轴承压环

5）拆下后，对定子清理同时对转子前端部件进行拆解。如图6、图7所示拆解转子前端部件时，须对主轴前端轴承固定块进行拆解，该固定块有轴承预紧力调整和轴承固定作用，固定块采用垂直四个方向小圆球锁紧，小圆球由与它运动轨道相垂直的4个前端锥型顶丝压紧（结构设计巧妙）。拆松顶丝和小球后，拆解还需制作1套2件专用拆装工具。经过测绘加工完并制作完工具拆下固出部件后拆下轴承套，（该轴承套由2盘陶瓷合金角接触轴承加中间隔环组成，拆时要格外小心，且须背对背安装）。

图6 主轴转子

图7 主轴夹紧装置

6）在拆解过程中检查各密封圈及配合面，未发现异常。然后对可能故障装置—主轴高压抱紧装置进行拆解。（通常抱紧装置为锁牙盘式，抱紧力很大，但不能实现任意角度锁紧，且调整定位零度困难）。如下页图8所示，该装置由锁紧套、弹性内壁（由特殊材料制作）、油缸外壁及上下密封装置组成。该装置与主轴面工作间隙在0.05 mm左右，工作时压力达3×104kPa，可实现任意角度锁紧。所以必须保证在拆装过程中要小心，不能有剐蹭。

图8 主轴夹紧套

4 故障原因分析与解决方法

通过上述6步拆解过程，拆解电主轴后，观察发现油缸上下密封装置上凹型密封圈损伤，导致机床电主轴内部漏油。对现场进行清理和记录，并对所有零部件进行测量，对损坏的密封圈申请购买和装配，同时分析密封圈损伤原因。

1）可能初始装配时操作不规范造成密封圈磨损。

2）可能油路中有杂质导致密封圈损坏。

3）密封圈质量问题。

5 电主轴安装

1）密封圈放到位后安装，安装根据拆解步骤反向进行。但需要注意，锁紧装置油缸内壁、主轴安装时采用低温，而油缸外壁、主轴轴承须微微加热等问题。

2）轴承安装时注意方向和润滑，且安装时先用较小的预紧力压紧，手工进行旋转磨合后再加预紧力，待主轴安装完试旋转后及试加工后再最后调整（当时安装好第一次试加工时，车轮毂孔有振纹，且粗糙度不达标）。

3）安装主轴转子时一定要保证转子、定子同心度，必须时时测量固定端面进入情况，同时各方用力，以保证安装时各层密封与转子完好[2]。

6 安装完成后的调试

机械安装完毕后对电气和主轴进行精度调整，DMG控制系统采用HEIDENHAIN Mill Plus it数控系统，电气调整需要有主轴主位角度偏置值、主轴电流电压增溢补偿值。需观察运行时主轴声音、温度、加工后工件表面；测量主轴精度，调整主轴轴承预紧力。调试好后再加工，工作正常。

7 结语

经过这次的拆装维修过程，我们了解并掌握该系列电主轴的机械结构、各装置的动作原理、各管路的走向及各接口型式和位置。对我们分析和判断该系列电主轴的其他故障留下非常宝贵的资料。但在技术上，路曼曼其修远兮,吾将继续上下而求索[3]。

[1] 李彦.数控机床高速电主轴技术及应用[J].精密制造与自动化，2011（4）：24-26.

[2] 喻步贤.数控磨床电主轴常见故障诊断与分析[J].机床与液压，2011（12）：135-136.

[3] 窦怀洛，郭丽娟，肖如锋，雷树德.数控机床高速电主轴技术及应用[J].机电工程技术，2011（4）：85-87；110；113-114.

（编辑：苗运平）

Internal Structure Analysis of DMG—DMC 125FD Five-axis Lathe-milling Recombination Center Electric Spindle

Qin Weiwei
（Shanxi Engineering Vocational College,Taiyuan Shanxi 030009）

Based on the identification of fault alarm information of NC machine tools,the disassembly,structural analysis,fault diagnosis and maintenance of internal electric spindle are carried out after troubleshooting of other parts. In the disassembly and maintenance process,the mechanical structure,working principle,pipeline and interface form and position of electric spindle are introduced,providing valuable information for analyzing and judging other faults of electric spindle.

electric spindle,rotor,stator,encoder,sensor

TH16

A

1672-1152（2017）01-0050-03

10.16525/j.cnki.cn14-1167/tf.2017.01.21

2016-12-23

秦卫伟（1982—），男，现为山西工程职业技术学院机械工程系实验师。