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加工中心电主轴结构分析及典型故障修理

时间:2021-11-11浏览:157次

0、简介

SAJO10000加工中心的五轴联动加工中心,机床精度和自动化程度高,机床尺寸大,工作台尺寸1000×1000,各轴行程:X=1600,Y=1500,Z=1750,A=0°~110°,B=0°~360°。该设备使用方便,加工能力强。特别是它的主轴是电主轴,即主电机的转子是机床的主轴,是目前比较先进的主轴结构。电主轴的机械电器结构复杂,精度高,电器控制能力技术含量高,主轴可实现0~6000 r/min的无级调速,转度控制很精准,可实现轴联动攻丝、加工高精度螺纹等操作。


1、加工中心电主轴结构

SAJO10000加工中心电主轴的结构主要由转子和定子两大部分组成。

1.1、转子

转子部分包括:刀具碟簧的紧固部件、刀具松动的液压油缸部件、主轴内锥的空气净化装置、刀具的内部冷却和供水装置等。

(1)工具碟簧拉紧组件。刀具碟簧的拉紧部分用于将刀具牢固地固定在主轴锥孔上的主轴上,由数组碟簧通过预紧螺母和拉杆带动1个可伸缩的四爪拉紧钩,钩住刀具尾锥后部的拉钉,使刀具牢固地固定在主轴上。刀具的拉紧力可以通过调节碟簧拉杆后面的预紧螺母来实现,拉紧力应适当调整,刀具过松易松动,过紧碟簧容易损坏。

(2)刀具松开液压油缸部件。工具松开液压油缸部分用于反向推动碟簧,将刀具从主轴上分离,这种液压缸体积小,工作油压高达15兆帕,对液压油缸的质量要求较高。

(3)主轴内锥空气净化装置。主轴内锥空气清洁装置的作用是在更换主轴刀具的同时,从主轴内部吹出压缩空气,清洁主轴内锥,保证刀具定位准确、紧固可靠。压缩空气的吹出由安装在刀具松开液压油缸上部的液气组合控制阀来控制。

(4)刀具内部冷却水供给装置。刀具内部冷却水供给装置专门用于主轴具有内冷结构的设备,其刀具中心设有冷却液通道,主轴内的冷却液通过该通道直接喷淋到刀具与零件的接触面上,从而达到很好的冷却性能。加工中可以使用较高的主轴转速和较大的进给量,这大大提高了生产率。主轴中心部分的冷却液也是由刀具松开液压油缸上部液气组合控制阀来控制实现。


1.2、定子

定子部分包括:定子线圈及定子线圈冷却水循环装置、主轴转速检测传感器、刀具冷却喷淋管道、轴承油雾润滑及循环水冷却装置等。

(1)定子线圈。电主轴的定子线圈安装在长方体壳体内,与A轴连接,同时随A轴转动。它配备了一根电机电缆,在电机电缆内安装了两组热保护传感器,对电机的过流和过载起到了很好的保护作用。这种电机功率大,电机定子线圈产生大量热量,通常的风冷散热方式不能满足要求。在设计上,厂家采用了定子线圈壳体外加循环水的冷却方式,大大提高了散热效果。电机线圈产生的热量可以很快被带走,进一步提高了电机的过流过载能力。随着水冷却装置的加入,对主轴的密封性要求也提高了。

(2)主轴转速检测传感器。电主轴的速度反馈由安装在主轴转子上的齿形码盘和位于电机定子端盖上的磁传感器检测,当码盘的每个齿通过磁传感器的检测面时,传感器发出脉冲信号,每单位时间发出的脉冲数由主轴伺服控制器处理,产生相应的控制信号来控制主轴的转速和转角,并将主轴的状态反馈给数控系统。

(3)工具冷却喷淋管道。刀具冷却喷淋管道通过定子壳体直接将冷却液输送到主轴刀具两侧的六个喷嘴,强制冷却主轴上的刀具。这种设计比一般机床的冷却液注入量大得多,从而减少刀具磨损和工件热变形。

(4)轴承油雾润滑。电机转子和定子壳体由一套五个精密的轴承安装支撑,轴承为7020ACD/P4A,转子轴前端安装三个轴承,后端安装两个轴承。这组轴承的转速高、负荷大,尤其是前部的3个轴承,对润滑要求较高。电主轴采用油雾润滑方式设计,润滑油在油雾发生器中与压缩空气全部混合,通过管道输送到各轴承的滚动体上,使轴承得到全部润滑和冷却。同时,在设计上,对三个前部轴承安装座通过循环水冷却包强制冷却,进一步保证了轴承的良好工作状态。


2、电主轴典型故障的修整

2.1、电主轴进水定子线圈烧毁故障

当机床在加工零件时,工作者听到主轴发出异常声音,机床自动停止并打开工作门,发现从主轴和A轴的连接处冒出白烟,散发出焦糊味。在此期间,它显示功率输出已经达到99%,并且有主轴伺服故障、主轴伺服测量回路电流绝对值错误报警。

关机检查后发现主电机三相线圈对地电阻为零,决定拆卸主电机。拆下电机上端盖时,发现电机上端盖上喷有水蒸气和烟灰的混合物,电机的三相绕组出线处烧毁,定子内腔壁生锈,电机转子用吊车拆除后,在定子线圈下部有大量积水。拆卸主轴下端冷却水循环盘时,发现带有密封垫圈的M5内六角螺钉头部断裂,密封垫圈失去密封性能,冷却水渗入电机,导致电机损坏。如果购买原装备件,需要3~4个月的定货周期,最后一周内由国内专业厂家重新绕制完成。组装调试后试机,电主轴工作正常。


2.2、电主轴轴承的更换

机床在运行中出现电主轴编码器错误报警。根据以往的经验,编码器与检测齿盘的间隙进行了调整,但没有改善。通过与工作人员沟通得知,最近主轴振动有点大,加工孔光度不好。检查主轴的静态精度,径向跳动在0.02~0.04mm、轴向跳动0.05~0.08 mm排除测量方法和其他轴的影响后,确定主轴轴承可能有问题,决定拆解更换。

电主轴较重,电机约300 kg,需要多人配合才能拆卸。特别是在拆卸转子轴时,整个电机应稳定在工作台的垫片座上,当人爬到4米多高的机床上部时,手盘的Y轴螺丝杆会将电机定子壳体向上移动,这样就可以将电机轴转子和转子前部的轴承安装壳体拆下来。拆卸电机轴转子和转子前轴承安装壳体后,3个内部轴承都要进行分解,但根据机械图,发现固定轴承前端压紧端盖不能用常规方法拆卸。咨询厂家后得知,轴承前端压紧端盖内孔与轴的过盈量为0.1 mm,拆卸需要2000 kg的轴向力,风险很大。机床在轴承压端盖上设计了一个特殊的油压空腔,便于拆卸。高压油只能通过带有高压手动泵的特殊接头注入才能拆卸。经计算,高压油压应达到50兆帕左右。为此专门设计制造了一个接头,最后在四五个人的配合下拆除了。

经检查,轴承明显磨损。更换新轴承时,应提前加热轴承,以免影响新轴承的精度,便于安装,特别是在加热安装固定轴承前端压紧端盖时,仔细计算加热温度,通过几天的精心操作结合有效控制轴承预紧力,最终更换轴承。


3、结论

通过此次更换SAJO10000电主轴轴承,增强了对电主轴机床的认识,为今后电主轴的修正积累了经验。