什么原因造成主轴损坏.doc

捷威精密制造（深圳）有限公司、什么原因造成主轴损坏 数控钻床的主轴是用来钻孔和铣外形的，它的好坏不仅直接影响到最终的产品质量，而且会影响到印制板的制造成本，什么时候主轴不转了，或者噪声大、老断刀具，我们就说“主轴出故障了”。而在主轴出故障的时候，我们又感觉是“主轴设计或制造的缺陷”。平心而论，主轴装在机器上就不完全取决于自身的性能和特征了，它会受到其他硬件设备和软件功能的影响，大多数情况还是操作失误造成主轴损坏。 对于滚珠轴承的主轴，如果使用的配套设备很合适，轴承最终磨损，声音很大，我们知道这是因为轴承的滚珠和套圈之间机械接触所至。对于空气轴承人们常存在一些误解，认为既然转子和定子之间无机械接触，主轴应该永远不坏。当然，如果这种主轴工作在很干净的实验室环境下，它的确不会轻易损坏，现实的情况是我们要用它钻铣非常硬的环氧玻璃布纤维板，环境又很脏。这就存在可能使配套设备失灵或出现误动作，主轴因此而出现故障或损坏。这些故障是可以减少的，那就是正确的机器维护和保养。 前面我们已讨论了造成主轴损坏的一些原因，现在再让我们看一款典型的每分钟12.5万转空气轴承主轴结构图。 从图一中我们看到主轴的转子浮在压缩空气膜上，空气从前后轴承、止推板经截流阀射流到转子并使之稳定。经空气的轴向射流从转子推力面的底部托起转子使之可以自由转动。同时，这个托起的力还能承受主轴缩回时的冲击。空气轴向射流同时也作用于转子推力面的顶部,为主轴钻冲程提供推力负荷。显而易见，空气轴承主轴的寿命取决于压缩空气的质量和合适稳定的压力。 空气轴承主轴在没有通气的情况下不允许旋转转子。在正常通气的情况下转子上推力面与动力板推力面之间的间隙大约为0.02750.0325mm，转子下推力面与后轴承推力面之间的间隙大约为0.02750.0325mm，转子外圆与前后轴承内孔之间的间隙大约为0.0150.0175mm，气缸推杆与夹头连接器之间的间隙大约为0.50.7mm。 现在让我们看看造成主轴损坏的一些原因： 一、自动换刀（ATC）阀门泄漏ATC阀门泄漏造成主轴损坏是最常见的。特别是一些老机器，尤其是一些老机器由滚珠轴承主轴翻新为空气轴承主轴更是如此。随着使用年限的增加，阀门由于磨损趋向泄漏是很自然的，关键是你要知道多长时间必须更换这些要泄漏的阀门，使由于空气阀门泄漏造成主轴损坏这个因素减到最低。当偶然发生ATC阀门泄漏时究竟会发生什么情况，请参见图二。 当阀门泄漏时，在气缸内会产生一定的空气压力阻止气缸复原，这样在压力的作用下就会使气缸推杆缓慢向下移动，最终导致气缸推杆与包柄接触，同时也使后轴承推力面与转子下推力面产生接触，最后的结果是可想而知的，并使推杆和转子包柄、后轴承推力面与转子下推力面之间就会产生不必要的摩擦接触，这都会造成主轴损坏。 虽然上面所述都是针对空气轴承主轴的，但很多情况同样适用于滚珠轴承主轴。如果ATC阀门泄漏则使主轴的气缸推杆与夹头拉杆接触而产生摩擦，使主轴损坏。下面介绍一款6万滚珠轴承主轴结构图，请参见图三。 机器上一个共用的ATC阀门要为多个主轴供气，如果此ATC阀门泄漏，其后果是可怕的，有可能使所有主轴损坏。如果泄漏刚好发生在主轴更换刀具时，则会发生两种情况： 1、无论是空气轴承主轴还是滚珠轴承主轴，他们都有一个气缸缩回弹簧用来复原气缸推杆，使气缸推杆和转子分开。由于制造弹簧时钢丝直径的变化，弹簧圈直径的变化，绕成弹簧后热处理条件的变化等等，使其弹簧的弹力不一样。于是，压缩空气在刀具更换机构里的积累将导致最差弹簧所在的主轴损坏。2、在主轴更换刀具的一个周期里，当这个周期完成了，则刀具更换机构里的压缩空气是被排放了。当新的周期开始时，压缩空气积累又将重新开始。因此，如果钻或铣持续和结束的时间较短，阀门泄漏所形成的压缩空气积累还未造成主轴损坏就已被排放了。如果钻或铣持续的时间较长，压缩空气积累就会达到某一点，结果造成主轴损坏。二、低压力脚真空 造成主轴损坏的第二个主要原因大概要数低压力脚真空了(吸尘器的吸力不够)。转子转动时，在转子周围产生了一个旋涡，此旋涡简直就是一个龙卷风的缩影。在这个旋转着的低压力区，中心是钻或铣切削下来的切屑和飞起的粉尘，除非在压力角内的真空平台足够强大，能战胜旋涡的作用，否则切削下来的粉尘碎屑将进入转子和前轴承之间的空隙。如果是空气轴承主轴，其磨损现象显示在图四里。 如果是滚珠轴承主轴，碎屑将进入到主轴前轴承密封圈，最终损坏轴承，使主轴的噪音加大，直到主轴无法使用。一种误解是空气轴承的清洁气流能消除在转子和前轴承缝隙之间的切削碎屑。实际情况并非如此，由于压力很小，此空气清流到成了粉尘的载体，转子旋转形成的涡旋足以战胜空气清流，将碎屑带入转子和轴承之间的空隙。这实际上是造成前轴承和转子前端损坏的主要原因。三、主轴空气压力低 由于低压力造成的主轴损坏是很常见的。每台机器均有一个气动盒，它包括气压调节阀和输出压力表。典型的空气轴承主轴在其进入主轴前压力应调节在85psi。 主轴空气压力低就会降低轴承的径向和轴向的承载力。径向的力不够就会造成主轴的振动、偏摆增大，高转速升不上去，主轴就容易卡死。主轴的轴向力不够，在主轴下钻时就会造成转子上推力面与动力板推力面之间产生摩擦，在主轴提升时就会造成转子下推力面与后轴承推力面之间产生摩擦，同样也造成主轴卡死。一般12.5万的空气轴承主轴气压在85psi时，动力板的轴向推力为1820，后轴承的轴向拉力为1618，径向承载力为56。四、Z轴耦合器磨损 钻冲程结束后主轴缩回,速率也由高降低如数控机床使用年限较长，Z轴耦合元件有过度磨损,主轴可能由下钻冲程转为缩回时受到大的冲击。 在滚珠轴承里，轴向负荷的能力是非常强的，无论是向下或向上的冲击一般它都承受，但是，空气轴承主轴的轴向负荷能力就要差得多、特别是在主轴的缩回方向，如果这个冲击大于提升力的允许里，结果会在转子推力面的下面和后轴承的推力面之间发生磨损。请参阅图六:转子推力面的下面和后轴承的推力面产生磨擦。这样的主轴损坏形式和ATC砸门造成的结果相似，但气缸推杆和夹头连接器不会接触。这种损坏形式的症状比较特殊，在主轴接通压缩空气时用手转不动转子，不加气时反而能转动。造成这个特殊症状的原因是后轴承的推力面已严重磨损了，节流阀堵塞，产生不了气膜，就没有承载力。当压缩空气加上时，在动力板推力的作用下，使转子的下推力面与后轴承的推力面接触，阻止了转子转动。五、油浸透了空气过滤器 机器上的空气过滤器能过滤油和颗粒物，通常这个油和颗粒物是从空气压缩机里排出并污染空气系统。一旦过滤器的过滤元件饱和了，它就不会再吸收压缩机泄出的油了。压缩空气中过多的油就会在主轴的轴承表面形成一层油膜，油膜是胶状的，对空气轴承具有破坏性，它减小了轴承表面和转子之间的间隙，降低了径向和轴向空气射流的大小，使得推力大为降低，结果是它改变了整个空气轴承系统的特征，使转子和轴承产生摩擦，最后导致主轴损坏。六、主轴无冷却或冷却不够 数控钻铣床一般都有冷却系统，就、设计人员为主轴冷却系统花了很大精力。如冷却系统必须在主轴起动以前或同时起动。冷却系统不起动主轴也不能起动；分别为各个主轴安装了冷却液流量传感器，流量不够则这个主轴就不能起动；还在装冷却液的箱体里安装了总流量计和温度传感器等。为了主轴的正常运转，设计人员可算是考虑够周到的，但是数控钻床和铣床在使用过程中由于冷却系统故障造成主轴损坏的事时有发生。尤其是一些使用年限较久的老机器。流量传感器里积了很厚的垢，基本失去了传感器的作用。再有就是冷却系统里的泵因常年累月使用可能会坏，当泵损坏时有些PCB厂家就从市场购泵来用。用于电流电压不同或安装尺寸等原因将冷却系统和机器完全脱钩，只要忘记先开冷却系统或这个系统产生故障，都将很快使主轴因过热而损坏。七、不能正常工作的空气干燥机 潮湿的空气经压缩后会有细小的水珠进到空气小容里并形成大的水滴。空气干燥机的功能就是要去掉积累起来的水。无需多说、一台不能正常工作的空气干燥机将会使湿气进到空气轴承，如果主轴长期在这样的条件下运转，湿气会在主轴内部生成锈点。我们知道，空气轴承主轴的缝隙是很小很小的，锈点在转子、轴承和定子上的堆积最终将产生摩擦。 湿气还会进到主轴刀具更换机构的未端内腔，生锈将会使主轴刀具更换成为难题。八、不能正常工作的变频器 如果变频器未能正常调整，或都有变频器里有失效的原件，都将造成主轴损坏。在数控钻、铣床里；由变频器引起的主轴损坏是常见的。特别是一些老式变频器，用在定子绕组只有两相有保险的主轴上，一旦过流定会烧毁定子线圈。常见主轴损坏是出现在一些老机器上，因为这些老机器没有安装对零速检测的主轴检测器，在时间分配上出现不正确的转子刹车，结果是转子在完全停稳之前执行一次刀具更换。这样造成的主轴损坏就和ATC闸门泄漏造成的损坏一样，可参看图二和图三。九、维修不当维修不当造成主轴损坏的事例也屡见不鲜。一是使用不当的元器件、二是无专用拆装工具，维修过程中损坏元器件；三是无检测设备，装备好坏心中无把握。有些PCB生成公司没有专用主轴维修人员，为了节省时间，也为了节省资金，由一些不了解主轴结构，不清楚主轴使用原理的人员进行修理。那会造成更大的损失。我们公司的维修工程师在维修主轴过程中就会发现不少由于维修不当造成主轴损坏的事例。如拆装过程中将电源线夹坏而导致烧毁定子线圈，由于使用不当和使用失效的密封坏而使冷却液流进定子线圈而损坏主轴。使用不恰当的代用元器件的现象就更多。这些不当的维修有可能加速上主轴的损坏，切勿掉以轻心。上面谈到九种造成主轴损坏的原因，可以肯定讲它不是造成主轴损坏的全部原因，但是它们的确是造成主轴损坏的主要原因。、滚珠主轴使用保养须知捷威精密电主轴是由若干高精密零件组合而成的高转速、高精密部件，是PCB钻孔机、成型机的主要部件之一。主轴工作状况的好坏决定了PCB产品的质量。所以对于主轴的正确使用及保养是至关重要的。1、核对插头接线位置及有无短路或开路。2、正确连接冷却系统，冷却液可以是水或油，水冷要求是纯净水加防腐剂，不要使用去离子水，水中颗粒25微米；油冷要求提供低粘度、不易挥发要阻燃的。进水口温度控制在1822之间，压力在23Kg/cm2。3、进行必要的空载运转测试。4、在不通电的情况下检查转子是否能自由转动。5、主轴没抓刀，禁止启动运转，主轴在运转期间不允许断冷却液，否则会损坏主轴部件。6、安装主轴套螺丝的锁紧力度（10Kg/N.T），禁止过于抱紧主轴机体，以免机体变形造成内部零件损坏。7、新主轴或停机4小时以上，开机时要先低速预热30分钟才可进行正常生产；8、夹头锁到合适位置，拆卸夹头请使用专用工具，夹头在收紧状态时，孔内不允许无加持件。9、更换铣刀时必须确保轴芯停止转动，且夹头处于张开状态。10、禁止超速运转主轴，并且按技术参数表中的范围调整操作参数。11、每班启动主轴前对冷却系统进行检查，确保畅通和无泄漏及参数设置正确。12、每天清洗夹头内孔和锥面，确保无污物，并按要求检查夹持力及静态、动态。13、按供货商要求定期检查冷却系统并更换冷却液。14、如主轴出现故障请交本公司或主轴维修公司进行处置。15、未经培训的人员不得拆卸和操作电主轴。16、吸尘要求：两头锣机：流量3M3/min,吸力-1000mmaq; 四头以上的锣机：流量7.5min,吸力-1750mmaq;17、室温要求：202，相对湿度：4070%RH。、空气主轴使用须知主轴是由若干高精密零件组合而成的高转速、高精密部件，是PCB钻孔机、成型机的主要部件之一。主轴工作状况的好坏决定了PCB产品的质量。所以对于主轴的正确使用及保养是至关重要的。一、为确保无虞，在使用此主轴之前请检查以下项目：1、 核对插头接线位置及有无短路或开路；2、 正确连接压缩空气及冷却水（油）；3、 检查压缩空气压力（6.07.5Kgf/cm2）；4、 在不通电的情况下检查转子是否能自由转动；5、 检查换刀系统；6、 必要的空载运转测试；7、 主轴没抓刀，禁止启动运转；8、 装主轴套螺丝的锁紧力度（10Kg/N.T）.二、捷威精密推荐以下的气源要求：1、 过滤颗粒0.01微米；2、 含油量0.01mg/m3,20;3、 运行气压的露点3td;4、 稳定主轴轴承压力在6.07.5Kgf/cm2;5、 温度接近环境温度；6、 过滤器的滤芯使用寿命为250天（6000小时）或降压0.1MPa须及时更换（不允许清洗）。三、捷威精密推荐以下的冷却水要求：1、 干净的（最好是蒸馏水）循环利用；2、 不能使用去离子水；3、 主轴进水口温度控制在1822之间，压力在23Kg/cm2;4、 水中颗粒25微米；5、 水中加入一些防止生锈的添加剂。四、捷威精密推荐以下的环境要求：1、 吸尘要求：两头钻机：流量3M3/min,吸力-1000mmaq; 四头以上的钻机：流量7.5min,吸力-1750mmaq;2、 室温：202