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銑磨機(jī)主軸優(yōu)化設(shè)計(jì)分析

2018-1-19 來源：暢河南工業(yè)職業(yè) 暢河南中暢南陽建設(shè) 作者：劉旸高志華徐樹青趙華清

摘要：以光學(xué)銑磨機(jī)主軸加工、裝配和維修為例，介紹加工、使用過程中所遇到的主要問題。依據(jù)長期維修跟蹤，得出更優(yōu)化、更簡單的解決辦法，使得銑磨機(jī)主軸方便制造、使用和減少維修，降低成本，提高效率等方面，都有很大的提高。

關(guān)鍵詞：主軸；加工成本；精度；生產(chǎn)周期

　自２０世紀(jì)８０年代以來，全球光電科學(xué)技術(shù)迅猛發(fā)展與進(jìn)步，我國光學(xué)產(chǎn)品的加工設(shè)備研發(fā)也隨之發(fā)展起來。光學(xué)產(chǎn)品的精度要求越來越高，加工光學(xué)產(chǎn)品的加工機(jī)床精度也必然要得到提高，這就涉及到此類機(jī)床設(shè)備的關(guān)鍵零部件的加工和裝配精度的問題。其中，光學(xué)加工機(jī)床銑磨機(jī)的核心部件———高速旋轉(zhuǎn)主軸，其加工、裝配、使用壽命、維修在很大程度上對主軸精度都有很大的影響。

在光學(xué)行業(yè)所用的加工機(jī)床中，高速旋轉(zhuǎn)主軸的精度是該類機(jī)床的一個(gè)重要技術(shù)指標(biāo)。其中，光學(xué)銑磨機(jī)主軸轉(zhuǎn)速高達(dá)９０００～１２０００ｒ／ｍｉｎ，要保證主軸高速旋轉(zhuǎn)的精度，首先要保證各個(gè)關(guān)鍵零件的精度；其次，也是人們常常容易忽略的，主軸的裝配。關(guān)鍵點(diǎn)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；再加上合理的裝配工藝，才可以保證主軸部件的裝配精度。

現(xiàn)就光學(xué)銑磨機(jī)主軸的加工、裝配、維修過程中所出現(xiàn)的問題，對如何保證高精度主軸高速旋轉(zhuǎn)的精度和使用壽命等相關(guān)問題，進(jìn)行探討和研究。具體對現(xiàn)有的加工、裝配工藝方法進(jìn)行介紹和對比，以期得到更優(yōu)化、更經(jīng)濟(jì)、精度更高的加工裝配工藝和維修方法。

1　、現(xiàn)在的加工工藝和裝配方法

主要部件主軸、主軸軸承座以及主軸裝配圖如圖１—３。以下是零部件部分尺寸設(shè)計(jì)、裝配要點(diǎn)。

圖１　主軸

圖２　主軸軸承座

圖３　主軸部件

主軸和主軸軸承座安裝軸承位置的尺寸公差、形位公差比較高，目的要保證裝配后主軸的轉(zhuǎn)速達(dá)到９０００、１２０００ｒ／ｍｉｎ，并且運(yùn)轉(zhuǎn)要靈活平穩(wěn)，不應(yīng)有不正常的尖叫聲和不規(guī)則的沖擊聲；在主軸軸承達(dá)到穩(wěn)定溫度時(shí)，其溫度和溫升應(yīng)符合機(jī)床規(guī)定的技術(shù)要求；主軸的徑向跳動和軸向竄動應(yīng)符合機(jī)床精度標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定和圖紙要求。

為達(dá)到以上要求和裝配的方便，主軸和主軸軸承座的局部尺寸公差和形位公差標(biāo)準(zhǔn)比較嚴(yán)格，主軸尺寸公差在ＩＴ３級以上，主軸軸承座的尺寸公差為ＩＴ３級；同軸度公差在ＩＴ４級左右。這使得零件的加工難度增加，不利于加工，加工成本增大。

軸承的選用：（１）選用國產(chǎn)７２０５Ｃ級（Ｐ４）軸承，要求是正規(guī)大廠生產(chǎn)的，比如洛陽軸承研究所；軸承價(jià)位１１５元／套，若要求配對，要加價(jià)２０％左右；四套軸承，或兩兩配對的，價(jià)格在４６０～５８０元。（２）也可選用進(jìn)口軸承７２０５Ｄ級（Ｐ５）來替代國產(chǎn)軸承；配對好的，一對大約４００元，兩對大概８００元左右。并配磨軸承內(nèi)、外隔圈。

以上是主軸零部件加工、裝配過程中必須要做到的，目的是為了保證主軸部件的裝配精度。

在實(shí)際的生產(chǎn)中，大概有４～５年，此類加工、裝配的缺點(diǎn)是：

（１）加工難度和加工成本成倍增加；

（２）設(shè)備精度不穩(wěn)定，用過一段時(shí)間后，調(diào)節(jié)比較頻繁，影響設(shè)備的有效使用率；（３）裝配效果比預(yù)想的要差些，轉(zhuǎn)動噪聲和溫升偏大，維修次數(shù)較多。

2、第一次改進(jìn)優(yōu)化設(shè)計(jì)

在現(xiàn)有的零部件設(shè)計(jì)、加工、裝配基礎(chǔ)上，近７年來，根據(jù)實(shí)際工作中遇到的各類問題，通過多次的整改、優(yōu)化設(shè)計(jì)、維修，得出以下比較系統(tǒng)的、成熟的零部件設(shè)計(jì)方案。

具體的解決方案是：

（１）改變和軸承內(nèi)、外圈相配套的主軸和主軸軸承座的公差配合，把其中過度或過盈配合變?yōu)榛瑒优浜?mdash;——間隙配合。具體要求：裝配零件清洗干凈，涂抹潤滑脂后，軸承內(nèi)、外圈分別可以用手用力推或橡皮錘輕敲，即可順利完成和主軸、主軸軸承座的裝配。

（２）此銑磨機(jī)的床身，質(zhì)量大約３８０ｋｇ，材料為ＨＴ２００，是該設(shè)備最大的零件，占該設(shè)備總質(zhì)量的３／５以上，還是該設(shè)備所有零部件裝配的基礎(chǔ)件，在加工前一定要經(jīng)過嚴(yán)格的時(shí)效處理。最好是自然失效，雖然時(shí)間長，資金占用偏大，但加工、裝配后效果好，裝配使用過程精度穩(wěn)定不變；若采用人工時(shí)效回火，時(shí)間雖然比較短，但在加工過程中，不能在一個(gè)工廠、一個(gè)車間、一臺機(jī)床上加工完畢，一定要盡可能拉長床身各個(gè)工序間的加工地點(diǎn)和時(shí)間，最大限度地消除鑄件的應(yīng)力，使得最終精加工后的尺寸精度保持穩(wěn)定不變。

（３）選用７２０５Ｐ５級進(jìn)口軸承，配對好的，替代國產(chǎn)的７２０５Ｐ４級軸承。根據(jù)配對軸承標(biāo)示的游隙值，配磨軸承內(nèi)、外隔圈，以保證配對軸承內(nèi)外圈間隙的一致性，為調(diào)節(jié)主軸前后軸承的間隙做準(zhǔn)備。

（４）潤滑脂選用國產(chǎn)的白色特種潤滑脂，８００ｇ，價(jià)格４０元上下。也可選用進(jìn)口的潤滑脂，價(jià)格大概是此種潤滑脂的８～９倍。沒特殊要求，不推薦使用。根據(jù)近幾年的具體實(shí)施，做到以上４點(diǎn)，就可以保證合格的零件裝配后，達(dá)到設(shè)計(jì)的技術(shù)指標(biāo)，保證有良好使用效果，基本避免前面所說的生產(chǎn)裝配后的三大缺點(diǎn)。

3、銑磨機(jī)主軸部件改用外購的電主軸

該設(shè)備零件數(shù)量偏多，絕大部分零件體積比較小，部分零件加工精度又比較高，加工和裝配費(fèi)時(shí)費(fèi)工，這些都大大增加了設(shè)備的成本，延長了整機(jī)的生產(chǎn)周期。

一般來講，現(xiàn)在與客戶簽訂的合同要求的交貨期都比較短，此時(shí)對于及時(shí)交貨來說，成本稍高點(diǎn)倒是次要的，加工周期倒是急需解決的第一難題，比較長的加工周期不利于在多變的市場中贏得客戶。

具體針對銑磨機(jī)主軸部件來說，高精度的零件，加工精度高，加工周期長，加工成本高；另外，該部件零件數(shù)量比較多，加工時(shí)間和周期自然就比較長。由圖３可以看到：自制件有１５個(gè)品種，除了軸承內(nèi)、外隔圈，都為單件，不利于組織生產(chǎn)，并且部分零件的精度要求較高；２個(gè)常用件，主軸軸承（兩對共四套Ｐ５級進(jìn)口軸承）和彈簧需外購。

另外，帶動主軸旋轉(zhuǎn)的部件和相關(guān)附件，自制件共有９個(gè)品種，組裝、固定后，用來固定、調(diào)整和保護(hù)電機(jī)（ＹＳ８０１２）。并由電機(jī)帶輪增速４倍左右，所以電機(jī)帶輪直徑偏大，須選用鑄鋁材料，并且要作動平衡試驗(yàn)。

以上直接成本合計(jì)２３００～２４００元，且不包含人工的裝配調(diào)試成本。其中裝配中所用到的各種標(biāo)準(zhǔn)件暫忽略不計(jì)。

近十多年來，電主軸發(fā)展迅速，各項(xiàng)技術(shù)性能指標(biāo)也日趨完善，這也為選擇電主軸準(zhǔn)備了相應(yīng)可靠的物質(zhì)基礎(chǔ)。在此基礎(chǔ)上，通過反復(fù)調(diào)研、對比多個(gè)廠家、多個(gè)品種的產(chǎn)品性能指標(biāo)，定做和主軸軸承座外部尺寸相符合、技術(shù)指標(biāo)相當(dāng)?shù)幕蚋叩碾娭鬏S，價(jià)格每套在２７００多元（當(dāng)然價(jià)格低的有一千多元多的，高的有四、五千元的）；功率選１暢５ｋＷ，原設(shè)計(jì)的帶動電機(jī)ＹＳ８０１２功率０暢７５ｋＷ，功率應(yīng)該足夠。現(xiàn)在，去掉銑磨機(jī)原設(shè)計(jì)主軸，換上外購的電主軸，已經(jīng)陸續(xù)在近１０臺銑磨機(jī)上試用，時(shí)間近兩年，使用一切正常，還沒出現(xiàn)意外的問題，效果還算滿意。

更換為電主軸后，直接成本增加３００～４００元，加工周期基本就變?yōu)橥赓徶芷冢?時(shí)間更短、更省心，省去了主軸加工、裝配（銑磨機(jī)的加工裝配中的重點(diǎn)和難點(diǎn)），電機(jī)支架的加工、安裝等；加工和裝配周期的時(shí)間節(jié)約在９５％以上，能更好地和快速變化的市場對接。隨著時(shí)間的推移、實(shí)踐的檢驗(yàn)，電主軸的設(shè)計(jì)采用應(yīng)該是一種很好的設(shè)計(jì)思路和方法。

4、　結(jié)論

從以上３種方法使用效果來看，主軸的優(yōu)化設(shè)計(jì)是一種成熟的加工裝配，解決了絕大多數(shù)問題，目前應(yīng)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(yōu)勢特別明顯，是很值得推廣的一種思路和方法。

在現(xiàn)代工業(yè)化的社會中，分工會更細(xì)化，做好、做精某一個(gè)或某一項(xiàng)工作才是未來的發(fā)展方向，協(xié)調(diào)、利用好社會上的各種優(yōu)勢資源，為我所用，應(yīng)該是一種好的思路和發(fā)展方向。不能小而全，那樣只會增加時(shí)間和成本，不利于工作的開展和推進(jìn)，也不可能在工業(yè)化社會中長期立足。

推而廣之，在現(xiàn)代的工業(yè)化生產(chǎn)中，機(jī)床的生產(chǎn)和維修，要盡可能地去選用專業(yè)廠家已有的、現(xiàn)成的、成熟的零部件，利用別人的優(yōu)勢，其結(jié)果往往是事半功倍。不要每樣?xùn)|西都立足自己加工制造，費(fèi)時(shí)費(fèi)工，效果還未必好。

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