KELLENBERGER外圆磨床砂轮主轴改造
曹召东，于永军，唐煜欣
(威海华东数控股份有限公司，山东威海264200)
摘要：动压轴承及静压轴承广泛用于各类磨床主轴，因不同的轴承有各自的优缺点，根据不同的工况选择合适的轴承。通过对KELLENBERGER超精密外圆磨床主轴动压轴承的改造，提升机床的加工效率及可靠性。
关键词：动压轴承;静压轴承;动静压轴承
DOI:10.16640/j.cnH.37-1222/t.2018.10.030
1改造设备情况
哈挺集团旗下子公司瑞士KELLENBERGER(克林伯格)是世界著名的磨床生产厂家。该公司的KF,I,-VARIA系列超精密万能外圆磨床因高精度、高效率的特点在国内中小型精密零部件加工领域大量应用。然而国内企业在使用时发现此磨床经长时间使用后砂轮主轴故障率高，经常需要维修。为此本公司对此类主轴进行了改造升级，改造后的主轴性能优于原厂家配套主轴，使用寿命大大延长，为企业解决了很大困扰。
2原主轴结构
原机床砂轮主轴轴承为动压轴承，主轴两端有一对径向动压轴承，轴向动压轴承位于右轴承内侧。主轴直径为cp63mm、体壳孔直径为tp120mm。此机床主轴有两种：一种为双砂轮分别安装在主轴左右两端;另一种为单砂轮安装在主轴一端。电机通过皮带驱动主轴旋转，依靠主轴旋转带动润滑油泵旋转，润滑油泵为主轴提供循环润滑油。润滑油池在体壳中间，为封闭式结构，润滑油泵从油池中抽油注入主轴与轴承相对滑动面，然后润滑油从轴承两侧溢出后流回油池中形成循环。动压轴承安装在体壳孔中，动压轴承外圆有冷却沟槽，切削液经沟槽对动压轴承进行冷却。主轴电机安装在体壳后端，利用切削液进行循环冷却。
此主轴存在三个缺点： (1)主轴电机启动时润滑油泵不能同步供应润滑油，主轴与动压轴承存在干磨擦会磨损主轴及动压轴承，时间越长磨损越严重。虽然动压轴承内部与主轴接触表面采用了耐磨损的巴氏合金材料，但仍然不能避免磨损的发生。 (2)利用切削液对动压轴承和主轴电机进行冷却，由于切削液中难免带有杂质，因此容易把杂质带入冷却管路中，长时间使用后杂质易堵塞冷却管路影响冷去口效果。(3)轴承润滑油与切削液靠多个O型橡胶圈相互间隔，长期使用后橡胶圈容易受切削液腐蚀老化密封效果差，切肖4液及易混入润滑油中，损坏主轴和动压轴承，并可能引起主轴与动压轴承抱死。由于以上几个缺点，主轴电机有过热使用损坏的情况，主轴写动压轴承也有磨损严重不能满足使用要求，主轴与动压轴承也有抱死的情况。虽然用户更换过电机及修复动压轴承、主轴及O型橡胶圈，但使用一段时间后仍会出现同样的故障。
3磨床主轴用轴承介绍
磨床主轴用轴承分为为滑动轴承和滚动轴承，其中磨床上使用的滑动轴承以润滑油为介质的滑动轴承为主。滑动轴承因自身具有精度高、抗振性好、耐冲击、刚度高、寿命长等特点应用更为广泛。滑动轴承分为动压轴承和静压轴承。动压轴承主轴无外接压力油源，依靠润滑油的粘性及不可压缩性旋转时产生压力油膜可承载，具有结构紧凑、制造成本低、动压力大的优点，但是在主轴启动和停止时主轴与轴承存在磨损。静压轴承主轴有外接压力油源，主轴与轴承不接触，在使用过程中无磨损、精度高，但静压轴承制造成本较高。动静压轴承是在静压轴承的基础上在结构设计时引入动压轴承的结构，使二者有效结合，既保留了静压轴承具有无磨损、精度高的特点，又加入了动压轴承动压力大的优点，现在在高精度磨床主轴已大量应用。
4改造后主轴结构
针对用户在使用此主轴存在的问题，本公司对此主轴的结构进行了大幅改动。将原动压轴承改造为动静压轴承，将轴向止推布置在两动静压轴承之间，把主轴及电机的冷却液由忉削液改为润滑油，同时加大主轴直径至<p80mm，增加主轴的承载力，主轴刚性大幅提高。根据主轴的转速、精度及切削力等要求，合理选择动静压轴承用润滑油的粘度、主轴与轴承的间隙、节流比、供油压力等参数，控制动静压轴承发热量，减少零件热变形对主轴及轴承的影响。去掉原循环油泵，增加外置独立供油系统，同时增加油冷机冷却润滑油控制油温在要求范围内，使主轴稳定工作。由于润滑油有封闭的循环系统，杜绝了杂质的进入，主轴电机的冷却也得到有效保障。供油系统配嚣有精密过滤器、储能器及压差发讯器、压力继电器、液位报警器、温度报警器等安全保护装置，保证主轴供油安全。供油系统的各种控制信号来控制主轴电机的启停，进一步确保主轴安全工作。主轴在两端增加了气密封装置，防止切削液及杂质进入主轴内部磨损密封圈。新主轴具体结构见下图。
参考文献：
[1]丁振乾.流体静压支承设计[S].
[2]钟洪，液体静压动静压轴承设计使用手册[S]
