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臥式加工中心機(jī)床主軸密封結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及選用

2025年03月20日 08:51:23      來源:無錫萬泰機(jī)械進(jìn)出口有限公司 >> 進(jìn)入該公司展臺(tái)      閱讀量:12

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來源:《機(jī)械設(shè)計(jì)》 2019年第S02期

徐建平 尹作升 王維 周星興 孫薇

(沈機(jī)集團(tuán)昆明機(jī)床股份有限公司)

摘 要:主軸是機(jī)床主要功能部件,其性能直接決定機(jī)床的加工精度及加工性能。臥式加工中心機(jī)床主軸臥式布局,大流量冷卻及加工塵屑極易污染主軸及主軸軸承,所以主軸部件設(shè)計(jì)過程中需重點(diǎn)考慮主軸前端密封結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及選用。重點(diǎn)介紹了機(jī)床設(shè)計(jì)過程中常見主軸結(jié)構(gòu)類型及其主軸前端密封的結(jié)構(gòu)及選用。

關(guān)鍵詞:主軸;前端密封;密封結(jié)構(gòu);主軸結(jié)構(gòu)

臥式加工中心機(jī)床主軸臥式布局, 然而大流量冷卻液的使用和機(jī)床加工材料的多樣化(切削為粉末),致冷卻液及加工塵屑極易在主軸前端進(jìn)入主軸軸承位置, 極大影響了機(jī)床使用壽命及傳動(dòng)精度。故而主軸軸承的密封效果直接影響軸承的壽命乃至整臺(tái)機(jī)床質(zhì)量。主軸密封的研究與應(yīng)用伴隨著機(jī)床及新型功能材料發(fā)展一直進(jìn)行著并不斷改進(jìn),王守堯[1]翻譯過《機(jī)床主軸密封的實(shí)驗(yàn)研究》, 文中以帶彈簧的接觸式鋼架橡膠密封圈、帶彈簧的接觸式牛皮密封圈、非接觸式迷宮密封、以蓋和螺母構(gòu)成的迷宮式密封、圓片式迷宮密封(луд)五種結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行試驗(yàn)研究, 并指出接觸式密封與非接觸式密封的使用狀態(tài)及使用條件, 同時(shí)對第 5 種其改進(jìn)過的機(jī)構(gòu)性能進(jìn)行試驗(yàn)及性能描述。 

王鋼[2]提出 V 形密封圈密封、GMN 無接觸密封圈密封和密封圈與氣密封結(jié)合使用的密封 3 種密封形式, 并在文中詳述了其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及使用狀態(tài)。李銀玉等[3]通過密封原理分析并對主軸前端結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行改進(jìn)以提高機(jī)床主軸密封性能。通過新材料的不斷出現(xiàn)和主軸密封結(jié)構(gòu)的不斷改進(jìn), 文中介紹了兩種目前臥式加工中心機(jī)床的主軸密封形式的選用與改進(jìn)。

1、固定主軸形式的主軸密封

如圖 1 所示主軸為固定式主軸 (主軸只可旋轉(zhuǎn)無前后移動(dòng)功能), 主軸配置有主軸中心冷卻及主軸端面環(huán)噴外冷功能,且主軸為臥式布局,在大流量冷卻液加工環(huán)境中,主軸軸承(尤其是主軸前軸承) 極易出現(xiàn)冷卻液從前端回流至軸承處出現(xiàn)軸承被污染的風(fēng)險(xiǎn)。根據(jù)使用狀態(tài)和前期設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn), 本主軸箱設(shè)計(jì)中,防水結(jié)構(gòu)采用了多層防水結(jié)構(gòu)組合使用,確保主軸軸承在使用過程中的穩(wěn)定與可靠。 

圖1 主軸密封結(jié)構(gòu)圖

選用帶密封功能的高精度角接觸成組軸承,軸承配置有密封蓋(主要功能為防塵)。在軸承前端設(shè)置有迷宮密封,迷宮密封結(jié)構(gòu)參考文獻(xiàn)[4],實(shí)現(xiàn)軸承前部道環(huán)節(jié)密封,在左迷宮下部開設(shè)泄水孔,以便前端冷卻液少量滲入時(shí)從泄水槽中留出。迷宮前端主軸與主軸連接處設(shè)置有較大臺(tái)階,臺(tái)階與主軸箱與軸承外圈壓緊端蓋處設(shè)置有氣幕。通氣后在端面形成氣幕密封 (在前端通入空氣后形成內(nèi)部輕微正壓力氣壓),防止冷卻水與加工粉塵進(jìn)入內(nèi)部。

在主軸最前端主軸與端蓋上均設(shè)置有反向倒尖槽, 實(shí)現(xiàn)主軸靜止時(shí)的防止冷卻液回流的功能。在端蓋下部設(shè)置有泄水口 1。通過 4 層防水結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)主軸的軸承防護(hù)結(jié)構(gòu)。

主軸前端氣幕結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖 2 所示, 在主軸箱體內(nèi)部設(shè)置有走氣通道,在零件連接處均設(shè)置有“0”形密封圈,防止空氣泄漏。在端蓋上設(shè)置環(huán)形走氣槽,當(dāng)通入空氣以切向角度進(jìn)入走氣槽后,順著走線槽環(huán)形移動(dòng)后,通過主軸前端與端蓋之間的間隙處吹出并形成主軸內(nèi)部正壓空氣環(huán)境。 通入空氣要求在機(jī)床氣路控制中供給,空氣需進(jìn)行二次過濾干燥,以確??諝庵械乃旨半s質(zhì)導(dǎo)致通道內(nèi)部銹蝕。通入氣路設(shè)置有節(jié)流閥和減壓閥,精確控制空氣的流量及氣壓, 防止流量過大導(dǎo)致軸承潤滑油脂被破壞或產(chǎn)生風(fēng)穴噪聲。

圖2 主軸前端氣幕結(jié)構(gòu)圖

2、帶鏜軸形式的主軸軸承密封

鏜軸結(jié)構(gòu)是臥式加工中心機(jī)床中常見的一種主軸形式,鏜軸在銑軸內(nèi)前后移動(dòng), 銑軸通過主軸箱箱體后端設(shè)置變速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng), 該結(jié)構(gòu)提高鏜軸剛性的同時(shí)還可提高機(jī)床的加工工藝性能。如圖3所示,針對該主軸箱結(jié)構(gòu)特點(diǎn),主軸軸承密封結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中, 鏜軸與銑軸之間存在前后移動(dòng)的相對運(yùn)動(dòng),故選擇特瑞堡進(jìn)口組合密封圈實(shí)現(xiàn)密封(密封圈在密封的同時(shí)具有一定的耐磨損功能)。 

圖3 原鏜軸結(jié)構(gòu)主軸軸承密封結(jié)構(gòu)圖

主軸軸承安裝于銑軸外圓,軸承內(nèi)圈通過銑軸設(shè)置臺(tái)階定位,軸承外圈通過端蓋壓緊,銑軸反向倒尖槽防止切削液倒流, 端蓋上設(shè)置有泄水孔進(jìn)行少量回流水的排出,

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