油气润滑技术在加工中心主轴润滑中的应用.pdf

油 气润 滑 技 术在加 工中 心 主 轴润 滑中 的 应用 口贾冀青 青海一机数控机床有限责任公 司 西宁8 l 0 0 1 8 摘要 通过对 电主轴 系统的结构和润滑方法进行 分析 ， 提 出了采 用油气润滑技术 方案， 从 工作原理 、 润滑油量 、 系 统设计 、 进 出油 口设计和油气流量监控技 术等方面进行叙述 ， 在 主轴润滑 中取得 了理 想的润 滑冷却效果。 关键词 电主轴 系统油气 润滑技术润滑冷却 中图分类号 T H1 1 7 ． 2 ； T G 5 0 2 ． 3 8 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 0 4 9 9 8 2 0 1 3 0 5 0 0 4 2 0 3 现 代 制 造 技 术 中 ， 机 床 主 轴 的 高 速 化 已 成 为 一 个 不 可 阻 挡 的发 展 潮 流 ，高 速 主 轴 单 元 是 实 现 高 速 切 削 的 关 键 部 件 ， 是 高 速 机 床 的 心 脏 部 件 。 与 传 统 的 传 动 方 式 相 比 。 高 速 主 轴 单 元 采 用 电 主 轴 形 式 ， 即 为 内 装 式 电 机 ， 取 消 了 诸 如 齿 轮 、 皮 带 等 中 间 传 动 环 节 。 实 现 机 床 的 “ 零 传 动 ” 。 内 装 式 电 机 轴 承 的 摩 擦 发 热 不 可 忽 视 ， 在 高 速 加 工 中 ， 电 主 轴 的热 变 形 已成 为 影 响 机 床 加 工 精 度 的 主 要 因 素 ，机 床 热 变 形 造 成 加 工 误 差 达 到 零 件 总 加 工 误 差 的 6 0 ％～ 8 0 ％ 。 电 主 轴 轴 承 在 高 速 下 的 剧 烈 摩 擦 发 热 使 主 轴 产 生 热 变 形 ， 甚 至 引 起 主 轴 系 统 失 效 ， 大 大 阻 碍 了新 技 术 的 发 展 。 因 此 ， 油 气 润 滑 技 术 在 高 速 机 床 研 究 和 发 展 中 有 重 要 意 义 ， 电 主 轴 轴 承 系 统 发 热 分 析 及 控 制 措 施 在 高 速 主 轴 系 统 中 至 关 重 要 ， 是 高 速 、 高 精 度 机 床 必 须 考 虑 和 解 决 的 关 键 技 术 问 题 之 一 。 收稿 日期 2 0 1 2年 1 2月 1 高速电主轴 系统及润滑方法 1 ． 1 高速 电主 轴 系统 电 主 轴 是 将 机 床 主 轴 与 电 机 融 为 一 体 的 新 技 术 。 它 是 一 套 组 件 ， 电 动 机 内 置 于 主 轴 部 件 内 ， 通 过 变 频 器 类 的 驱 动 器 以 实 现 主 轴 转 速 的 变 换 ， 电 主 轴 系 统 见 图 1所 示 。 目前 ， 电 主 轴 在 不 断 地 向 高 速 化 方 向 发 展 ， 而 电 主 轴 轴 承 的 润 滑 冷 却 对 实 现 电 主 轴 的 高 速 化 具 有 极 其 重 要 的 作 用 。 1 ． 2 高 速 电 主 轴 的 润 滑 方 法 电 主 轴 轴 承 的 润 滑 可 以 采 用 脂 润 滑 和 油 雾 润 滑 ． 但 效 果 不 太 理 想 。 一 般 采 用 定 时 、 定 量 油 气 润 滑 方 式 ， 油 气 润 滑 系 统 结 构 如 图 2所 示 。根 据 受 润 滑 点 的 需 油 量 和 事 先 设 定 的 工 作 程 序 接 通 气 动 泵 ，润 滑 油 经 递 进 式 分 配 器 分 配 后 被 输 送 到 与 压 缩 空 气 网 络 相 连 接 的 油 气 混 合 装 置 中，并 在 油 气 混 合 装 置 中 与 压 缩 空 气 混 合 M0 3 S 3 0 0 TO1 01 G0 0 X3 5 Z6 G 8 2 X 3 3 Z 一 4 2 P 2 F 6 ， ， 第 一层左侧 粗加工 ， 留 2 。 精加工 G 8 2 X 3 3 Z 一 4 2 P 2 8 ．3 3 8 F 6 ／ ／ 第一层右侧粗加工 ． 留 2 。 精加工 G 8 2 X 3 1 ． 5 Z 一 4 2 P 2 F 6 ／ ／ 第二层左侧粗加工 ． 留 2 。 精加工 G 8 2 X3 1 ．5 Z 一 4 2 P 2 8 ．3 3 8 F 6 ， ／ 第二层右侧粗加工 ， 留 2 。 精加工 G 8 2 X3 0 Z 一 4 2 P 2 F 6 ／ ／ 第三层左侧粗加工 ． 留 2 。 精加工 G8 2 X3 0 Z 一 4 2 P 2 8 ． 3 3 8 F 6 ／ ／ 第三层右侧粗加工 ， 留 2 。 精加工 G 8 2 X2 9 ．5 Z 一 4 2 P 2 F 6 ／ ／ 第 四层左侧粗 n q - ． 留 2 。 精 加工 G8 2 X 2 9 ． 5 Z 一 4 2 P 2 8 ． 3 3 8 F 6 ／ ／ 第四层右侧粗加工 ． 留 2 。 精加工 G8 2 X 2 9 Z 一 4 2 P 2 F 6 ／ ／ 第五层左侧粗 加工 ． 留 2 。 精加工 G8 2 X 2 9 Z 一 4 2 P 2 8 ． 3 3 8 F 6 ／ ／ 第五层左侧粗加工 ， 留 2 。 精加工 G 8 2 X 2 9 Z 一 4 2 P 0 ． 5 F 6 ／ ／ 左侧 精加工 。 留 0 ． 5 。 修 整 G 8 2 X 2 9 Z 一 4 2 P 2 9 ． 8 3 8 F 6 ／ ／ 右侧精加工 ， 留0 ．5 。 修整 G 8 2 X 2 9 Z 一 4 2 F 6 ／ ／ 修整左侧 G 8 2 X 2 9 Z 一 4 2 P 3 0 ．3 3 8 F 6 ／ ／ 修整右侧 Go O X1 O 0 Z1 0o M3 O 2 0 1 3 ／ 5 5结束语 运 用 华 中 世 纪 星 系 统 中 G8 2指 令 的 主 轴 转 角 指 令 字 P加 工 梯 形 螺 纹 的 思 路 是 将 刀 具 相 对 主 轴 的 轴 向 移 动 转 化 为 主 轴 相 对 刀 具 的 转 动 ，充 分 发 挥 系 统 指 令 功 能 ， 为 梯 形 螺 纹 的 编 程 加 工 提 供 一 种 新 方 法 。 在 实 际 生 产 加 工 中 ， 根 据 零 件 和 刀 具 的 情 况 ， 合 理 确 定 左 右 切 削 分 层 法 的 分 层 数 、刀 头 刀 宽 值 和 粗 精 加 工 主 轴 转 角 值 的分 配 ， 与 其 它 梯 形 螺 纹 加 工 方 法 配 合 使 用 ， 可 以 更 有 效 提 高 生 产 效 率 和 零 件 精 度 。 参 考 文 献 [ 1 ] 华中数控． 世纪星车削数控装置编程说 明书[ Z ] ． [ 2 ] 耿 国卿． 数控 车床上梯 形螺纹 的宏程序 编程与加 工 [ J ] ． 机 械工程师 ，2 0 1 1 4 ． [ 3 ] 楚建华． 浅谈梯形 螺纹加工 的三个重 要环节 [ J ] ． 科技 向导． 2 0 1 2 5 ． △ 编 辑 丁 罡 机械制造5 1 卷 第5 8 5期 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 形 成 油 气 流 ， 再 进 入 油 气 管 道 。 在 油 气 管 道 中 ， 由 于 压 缩 空 气 的 作 用 ，使 润 滑 油 沿 着 管 道 内 壁 波 浪 形 地 向 前 移 动 。 并 逐 渐 形 成 一 层 薄 薄 的 连 续 油 膜 。再 通 过 油 气 分 配 器 的 ／ d - 配 ．最 后 以 一 股 极 其 精 细 的 连 续 油 滴 流 喷 射 到 润 滑 点 ， 如 图 3所 示 。 2 高速主轴 的油气 润滑技术 油 气 润 滑 是 一 种 先 进 的 定 时 定 量 润 滑 方 法 。 定 时 ， 就 是 每 隔 一 定 时 间 间 隔 注 一 次 油 ； 定 量 ， 就 是 通 过 一 个 定 量 阀 ， 精 确 地 控 制 每 次 润 滑 油 的 油 量 。 而 油 气 润 滑 是 指 润 滑 油 在 压 缩 空 气 的 携 带 下 。 被 吹 入 陶 瓷 轴 承 。 油 量 控 制 很 重 要 。 太 少 ， 起 不 到 润 滑 作 用 ； 太 多 ， 在 轴 承 高 速 旋 转 时 会 因 油 的 阻 力 而 发 热 。 油 气 润 滑 需 在 具 备 一 定 的 油 嘴 直 径 及 空 气 压 力 等 条 件 才 能 实 现 。 图 4是 供 油 量 9、 轴 承 温 度 和 轴 承 摩 擦 三 者 之 间 的 关 系 曲 线 ， 从 图 中 可 以 看 出 ， 当 供 油 量 增 大 到 一 定 程 度 时 ， 轴 承 温 度 呈 下 降 趋 势 ， 在 这 条 温 度 曲 线 的 中 部 ， 轴 承 温 度 是 最 高 的 ， 因 为 此 时 的供 油 量 还 没 有 大 到 足 以 降 低 轴 承 温 度 的 程 度 ， 相 反 。 多 余 的 液 体 摩 擦 会 产 生 热 量 。 随 着 供 油 量 的增 大 ， 轴 承 摩 擦 也 增 大 ， 但 是 ， 在 这 两 条 曲 线 的 最 低 点 恰 恰 是 供 油 量 非 常 小 的 时 候 。 由 此 可 以 得 知 。为 什 么 油 气 润 滑 只 需 要 极 其 微 小 的 油 量 就 能 达 到 降 低 轴 承 温 度 和 减 少 轴 承 摩 擦 的 极 佳 效 果 。 润 滑 油 量 一 直 是 轴 承 使 用 者 非 常 关 心 的 问 题． F AG 公 司 给 出 摩 擦 转 矩 ▲图3 高速电主轴油气润滑简图 和 双 列 圆柱 滚 子 轴 承 的 温 升 与 所 需 润 滑 油 量 的 定 性 关 系 ， 如 图 4所 示 。从 图 中 可 以 看 出 ， 使 摩 擦 转 矩 和 轴 承 温 度 达 到 最 佳 数 值 时 所 需 的 油 量 是 比 较 少 的 ，过 多 的 润 滑 油 只 能 增 加 轴 承 的 搅 油 损 耗 而 使 轴 承 温 升 增 大 ， 主 轴 轴 承 B T 0 0 1 C Y t - 圈 温 升 与 供 油 量 的关 系 曲线 如 图 5所 示 ， 该 曲 线 与 图 4的 曲 线 非 常 相 似 ， 这 说 明 对 于 不 同 的 轴 承 来 说 ， 该 趋 势 具 有 共 性 。 近 似 计 算 轴 承 所 需 要 的 润 滑 油 用 量 Q d 1 式 中 Q为 供油 量 ， mma ／ h； W 为 系数 ，取 0 ． 0 1 mm／ h； d 为 轴 承 内径 ， mm； B 为 轴 承 宽 度 ， mm。 实 际 供 油 量 可 在 此 数 值 基 础 上 扩 大 4 ～ 2 0倍 ， 但 式 1 中 没 有 考 虑 轴 承 的 类 型 和 转 速 的 影 响 ， 显 然 ， 轴 承 在 速 度 因数 高 时 所 需 的 油 气 量 应 该 比速 度 因 数 低 时 要 多 。 在 电 主 轴 的 实 际 应 用 中 ， 所 用 电 主 轴 轴 承 主 要 是 角 接 触 球 轴 承 ， 而 且 所 用 轴 承 的 轴 径 线 速 度 DN 值 在 1 ． 3 ～1 ． 8 k m／ mi n， 加 上 此 类 轴 承 具 有 油 液 自动 传 输 功 能 。所 需 油 量 远 大 于 不 具 有 油 液 自动 传 输 功 能 的 轴 承 如 双 列 圆 柱 滚 子 轴 承 所 需 油 量 。 在 试 验 中 根 据 轴 承 的 润 滑 油 膜 电 阻 和 轴 承 外 圈 温 升 调 节 供 油 间 隔 ．在 油 膜 电 阻 和 轴 承 外 圈 温 升 均 较 为 理 想 时 ，根 据 油 气 润 滑 系 统 特 性 计 算 出 耗 油 量 为 式 1 计 算 值 的 1 0 0倍 以 上 。 因 此 ， 对 于 高 速 、 超 高 速 电 主 轴 轴 承 来 说 ， 所 需 的 润 滑 油 量 需 根 据 油 路 设 计 状 况 、轴 承 形 式 和 油 品 特 性 由 经 验 和 试 验 确 定 。 3 油气 润滑系统设计 油 气 润 滑 系 统 是 利 用 了 图 4中 两 条 曲 线 的 最 低 点 区域 ， 也 就 是 给 油 量 最 小 的 地 方 ， 一 方 面 此 时 的 给 油 量 可 以 满 足 润 滑 点 的 润 滑 需 要 。 足 以在 摩 擦 表 面 形 成 润 滑 油 膜 ；图 中 可 见 只 要 极 少 量 的 润 滑 油 就 可 以 使 润 滑 点 处 于 温 度 和 摩 擦 最 小 的 状 态 ． 因 此 实 现 润 滑 剂 的 1 0 0 ％被 利 用 ， 效 率 极 高 。 设 计 一 套 油 气 润 滑 系 统 。一 般 按 照 以 下 步 骤 进 行 设 计 计 算 1 确 定 所 有 轴 承 需 油 量 。对 于 高 速 转 动 轴 承 的 润 滑 需 油 量 值 ， 通 常 情 况 下 取 值 为 O ． 1 ～ 0 ． 2 mL ／ h ， 而 一 赠 瞄 薄 供油量 Q ▲图 4 供油量 Q、 轴承温度 T和 轴承摩擦 ⅣR 之 间关系 曲线 索 赠 囹 彘 憾 鼐 0．0 o 2 4 0 ． 0 1 5 0．03 0 供油量 Q ／ m L ／ m i n ▲图 5 B 7 0 0 1 C轴承在 1 0 0 0 0 0 r ／ m i n下供 油量与温升关 系 机械制造5 1 卷 第5 8 5期 2 0 1 3 ／ 5 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 大 车 内齿 轮 失效 分 析 及 工艺 改进 和质 量 控 制 口赵清林 口汤一兵 湘潭 电机股份有限公司海上风力 发电技术 与检测 国家重点实验室湖南湘潭4 l 1 1 0 1 摘要 通过对 电动轮 自卸车 内齿轮早期 断齿分析 ， 对 内齿轮 的材料 、 加工技术要求、 热处理工艺等进行调研 ， 找 出了 齿轮早 期失效的关键 问题 ， 制定 出切 实可行 的工艺操作和 管理规 范， 大幅度提 高 了内齿轮的使 用寿命 。 关键 词 电动轮 自卸车内齿轮使用寿命 中图分类号 T H1 3 2 ．4 1 ； T G 1 5 6 ． 3 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 0 4 9 9 8 2 0 1 3 0 5 0 0 4 4 0 3 电 动 轮 自卸 车 是 大 型 露 天 矿 主 要 运 载 工 具 。 其 车 型 有1 0 8 t 、 l 5 4 t 、 1 8 5 t 、 2 2 0 t 、 2 8 0 t 、 3 2 0 t 、 3 6 0 t 、 4 0 0 t 等 ， 车 内 的 内 齿 轮 装 在 车 轮 上 带 动 电 动 轮 自卸 车 运 行 。 露 天 矿 大 都 在 气 候 严 寒 的 北 方 ， 道 路 崎 岖 ， 运 行 条 件 恶 劣 ， 行 星 减 速 系统 的 使 用 寿 命 成 为 电 动 轮 自卸 车 质 量 好 坏 的 标 志 ， 欧 美 国 家 对 电 动 轮 的 质 保 期 为 1 0 0 0 0 h 的 使 用 寿 命 ． 我 公 司 对 电 动 轮 的 质 保 期 为 8 0 0 0 h 的 使 用 寿 命 。 由 于 行 星 减 速 系 统 的 内齿 轮 经 常 出 现 早 期 断 齿 。 一 般 只 能 使 用 3 0 0 0 5 0 0 0 h， 最 短 出 现 使 用 几 百 小 时 就 断 齿 ， 每 年 赔 偿 几 百 万 元 ， 所 以 必 须 对 内 齿 轮 的 加 工 工 艺 进 行 改 进 ， 提 高 其 使 用 寿 命 。 内齿 轮 寿 命 主 要 受 原 材 料 、 机 加 工 、热 处 理 的 影 收稿 日期 2 0 1 2年 1 1 月 响 ， 所 以 有 必 要 对 内 齿 轮 的 材 料 、 钢 锭 的 技 术 要 求 、 锻 件 的 技 术 要 求 、 锻 件 的 出 厂 热 处 理 状 态 、 机 加 工 及 与 热 处 理 的 协 调 配 合 以及 热 处 理 工 艺 进 行 全 面 的 试 验 分 析 研 究 ， 找 出 产 生 内齿 轮 早 期 失 效 的 主 要 问 题 ， 提 出解 决 的 办 法 ， 制 定 出 切 实 可 行 的工 艺 操 作 和 管 理 规 范 ， 使 内 齿 轮 质 量 稳 定 ． 杜 绝 开 裂 和 早 期 失 效 ． 将 内 齿 轮 寿 命 稳 定 在 8 0 0 0 1 0 0 0 0 h。 1 内齿轮简 介和失效分析 内 齿 轮 形 状 如 图1所 示， 齿 部 材 料 为 锻 钢 4 2 C r Mo ， 模 数1 0 mm，齿 数8 7。 热 处 理 调 质 2 8 0 ～ 3 2 0 HB， 感 应 淬 火 深 度 齿 侧 2 ． 6 ～ 3 ． 4 mm ， 齿 根 2 mm。 原 工 艺 为 锻 件 一 初 加 工 一调 质 一初 插 齿 一精 加 工 一精 插 般 工 况 下 的 轴 承 应 选 取 0 ． 1 I n I n 。 所 谓 高 速 转 动 轴 承 ， 其 定 义 是 按 照 轴 径 线 速 度 DⅣ 值 来 区 分 ， 当 DⅣ 值 大 于 1 ． 2 5 k m／ mi n时 ． 可 以 视 为 高 速 转 动 。 2根 据 所 有 轴 承 的 给 油 情 况 ， 确 定 每 个 分 配 器 给 油 点 规 格 。单 线 式 润 滑 系 统 的 工 作 特 点 是 由 给 油 阶段 和 卸 荷 阶 段 构 成 ， 给 油 时 间 一 般 设 置 在 3 0 ～ 6 0 s之 间 ， 根 据 系 统 润 滑 点 数 量 的 多 少 不 同 ， 在 现 场 通 过 P L C调 节 间 隔 时 间 的 确 定 也 可 以 现 场 通 过 P L C进 行 调 节 ， 但 是 要 注 意 的 一 点 是 对 于 润 滑 工 作 而 言 ， 最 佳 的 工 作 制 度 应 该 是 “ 少 食 多 餐 ” 制 ， 即 每 次 减 少 给 油 量 ， 适 当增 加 给 油 次 数 。 一 般 间 隔 时 间 在 1 ～ 2 mi n之 间 。 3根 据 主 机 轴 承 分 布 情 况 ，确 定 润 滑 点 分 组 方 案 。轴 承 分 组 就 是 确 定 如 何 在 现 场 配 管 中 确 定 分 配 器 的 安 装 情 况 以 及 每 件 分 配 器 的 润 滑 点 数 量 ， 以 便 后 续 设 计 以 及 安 装 阶 段 能 顺 利 进 行 。 4压 缩 空 气 耗 气 量 的 计 算 。 准 确 计 算 一 套 油 气 润 滑 系 统 所 需 要 的 压 缩 空 气 量 是 十 分 必 要 的 ， 油 气 润 滑 系 统 压 缩 空 气 量 的 计 算 按 照 以 下 方 式 计 算 以 HMC6 3系 列 产 品 为 例 ， 润 滑 系 统 中 所 有 润 滑 点 总 数 为 3 2点 ．每 点 压 缩 空 气 消 耗 量 为 3 0 L ／ mi n， 则 2 0 1 3 ／ 5 润 滑 系 统 总 耗 气 量 为 3 2 x 3 0 L ／ mi n 9 6 0 L ／ mi n。由 此 可 见 ， 润 滑 系 统 所 需 气 源 为 9 6 0 L ／ mi n 。 5 油 路 系 统 的 总 体 设 计 。 确 定 系 统 管 路 通 径 、 压 力 等 级 及 泵 装 置 规 格 。 4油气 润滑技术优越特性 1 提 高 轴 承 承 载 能 力 ； 2 提 高 轴 承 的 运 转 速 度 ； 3提 高 轴 承 对 恶 劣 工 作 环 境 的 适 应 能 力 ； 4 提 高 轴 承 的使 用 寿 命 5 极 大 地 降 低 润 滑 剂 的 消 耗 。 5结束语 随 着 人 们 环 保 意 识 的 增 强 和 对 该 技 术 认 识 的 进 一 步 深 化 ， 油 气 润 滑 会 逐 步 替 代 脂 润 滑 、 油 雾 润 滑 。 相 对 脂 润 滑 、 油 雾 润 滑 而 言 ， 油 气 润 滑 更 适 应 于 高 速 主 轴 轴 承 的 润 滑 要 求 ． 油 气 润 滑 技 术 在 高 速 加 工 中 心 主 轴 润 滑 中 应 用 。 势 必 取 得 理 想 的 润 滑 冷 却 效 果 。 参 考 文 献 『 1 ] 浙江 流遍 机械 润滑有 限公 司．油气润 滑系统 的设计 与计 算 『 Z ] ． 2 0 0 8 ． 编 辑 丁 罡 机械制造5 1卷 第 5 8 5 期 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m