直聯式主軸鬆刀缸漏油分析及對策-功能部件網-數控機床市場（chǎng）網

您現在（zài）的位置：功能部件網> 加工與維修> 直（zhí）聯式主軸鬆刀缸漏（lòu）油分析及對策

直（zhí）聯式（shì）主（zhǔ）軸（zhóu）鬆刀缸漏油分析及對策

2023-2-20 來源：通用技術集團大連機床股份有限責任（rèn）公司作者：荊立（lì）萍周吉貞

摘要: 直聯式主軸的（de）鬆刀缸發現漏油現象。對其工作原理進行了論述（shù），結合生產（chǎn）現場的實際情況分析了產生漏油的原因，並製定切實可行的技術改造方（fāng）案，最終解（jiě）決了漏油問題，為業內直聯主軸鬆刀缸漏油解決提供參考。

直聯式主軸是數（shù）控機床行業常用的一種主軸，它是由聯軸器直接將電（diàn）動機和主軸單元相聯，對比皮帶傳動主軸省去了中間傳動環節，具有傳輸功率損耗小、噪音低、振動小、靈活性（xìng）高的特點。直聯式主（zhǔ）軸大大提高了數控機床鑽（zuàn）孔、攻絲的（de）效率及質量，實現了高速加工，成就了鑽攻中心的時代。

鬆（sōng）刀油缸是直聯（lián）式（shì）主軸關鍵核心部件（jiàn）之一（yī），它的故障率直（zhí）接影響（xiǎng）到主軸乃至機床的可靠性。直聯主軸的油缸是一個多功（gōng）能集（jí）成的（de）複雜結構油缸，具有鬆刀作用的同時，兼備動作指令發（fā）出（chū）、油和（hé）氣（qì）路輸入等作用。油缸結構（gòu）的複雜性決定了它的易損、多故障，其中（zhōng）漏（lòu）油故障，一直以來是直聯式主軸的頑疾。機床在工作過程中，油（yóu）缸頻繁（fán）的（de）執（zhí）行鬆拉刀動作，經（jīng）常會出現油缸漏油現（xiàn）象，造成油缸失效。為了解決油缸漏油問題（tí），我們從鬆刀油（yóu）缸（gāng）工作原理入手（shǒu），對油缸結構及密封件進行分析，結合漏油的實際狀況，查找漏（lòu）油原因，製定相應的技術改進方案。該方案經過在小型（xíng）立式加工中心機床的應用，達（dá）到了預期效果。

1. 主軸概況及鬆刀缸工作原理

此油缸應用的（de）主軸，主要（yào）由支撐部分、驅動（dòng）部分和換（huàn）刀部分等組成。換刀（dāo）組件要完成（chéng）拉刀和鬆刀兩種動作（zuò）。拉刀（dāo）由碟簧和拉杆（gǎn）共同實現，鬆（sōng）刀是由油缸壓力油實現。該主軸的油缸主要（yào）針對於 BT40 刀柄換刀，需要拉刀（dāo）力 8000N，鬆刀力（lì）15000N 以上，工作行（háng）程 6mm 以上 , 承受（shòu）油壓5MPa 以上，換刀速（sù）度 5s。

油缸主要零件包括活塞、缸體（tǐ）、油缸（gāng）蓋和密（mì）封圈等，如圖1所示。油缸蓋與缸體通過螺栓聯接，然後整體固定連接到主軸體上。油缸體上有兩路油孔，壓（yā）力油推動活塞沿主軸軸線方向進行反複的軸向運動（dòng）。油缸（gāng）右側進油，活塞在油壓力的驅動下向左端（duān）運動接觸到拉（lā）杆，推動拉（lā）杆繼續向左一直壓縮彈簧，最終由油缸（gāng）體硬限（xiàn）位。拉杆（gǎn）帶動拉抓完成張開動作，實現鬆刀動（dòng）作，油缸蓋和活塞上的氣路聯通，觸發油缸體上的傳感器，發出鬆刀信號，打開氣閥，通入壓縮空氣，進行錐孔吹氣。反之左側油缸進油，推動（dòng）活塞右移，與此同時（shí）彈簧（huáng）彈性複位推動拉杆向右，拉抓（zhuā）收縮拉緊刀柄，觸發油缸體上的傳（chuán）感器，發出拉刀信號，活塞在油壓的作用下繼續向右運動，最終靠到油（yóu）缸蓋上，觸發（fā）油缸蓋上（shàng）的傳感器，發出活（huó）塞複位信號，主軸旋轉。

2. 鬆刀缸的設計（jì）

該油缸（gāng）的要求也比較高，要（yào）滿（mǎn）足成本低、批量大、結構小、行程小、在衝擊力和頻繁換刀的工況下（xià）可靠工作，還要兼顧便於安（ān）裝和（hé）調試的需求等。

O 型圈和星型圈可以很（hěn）好（hǎo）地滿足以上要求，尤其（qí）是對（duì）於（yú）批量（liàng）大的主軸油缸產品非（fēi）常具有應用價值。兩種密封圈應用領域相似，大部分技術參數相（xiàng）同，但是因為截麵形狀不同，星型圈（quān）在動密封（fēng）性能方麵更（gèng）具有優勢。星型密封圈是一種自緊密封型的雙作用密封元件，采用四唇口密封，形狀類似 X，特殊的星型截麵使其在往複運動時，不會（huì）在溝（gōu）槽內發生（shēng）滾動和扭曲，而且需要的徑向預壓縮比較小，有較好的壓力分布，產生的摩擦力較小，磨損量小，壽命長。星（xīng）型圈密封唇之間形成了潤滑容腔，可以改善啟動狀況，適合動密封，見圖 2。

圖 2

此（cǐ）油缸的（de）密封結（jié）構共有四處密封，1 處靜密封處采用 O 形圈，3 處動密封（fēng）處采用（yòng）星形圈和擋圈結構。

該油缸在油缸（gāng）蓋與油缸體的徑向密封處選用 O型圈靜密封。O 型圈是（shì）一種雙向密（mì）封元件，初始安裝壓縮量決定了 O 型圈的初（chū）始密封能力。油缸蓋和油缸體設計（jì）需要考慮從 O 型（xíng）圈的選型和具體零件結構設計兩方麵（miàn）綜合考（kǎo）慮（lǜ）。O 型圈選型具體包括應用條件評估、材料選擇、初始壓縮量和徑向間隙（xì）等。零件設計包括溝槽（cáo）設計（jì）和安裝倒角等。該油缸的應用（yòng）條件見表 1。

表 1

根據應用條（tiáo）件（jiàn）選擇（zé）橡膠材料 NBR70，此種材（cái）料具有良好（hǎo）的耐油性，廣泛的工作溫度範圍，整體性能優（yōu）良。O 型圈的初始壓縮量為壓縮尺寸（cùn）與密封圈橫截麵的比值。允許徑向間隙取決於係統壓力、橫截麵和材料硬度，見（jiàn）表 2。

表 2

從零件特點和工藝性考慮，采用活塞式密封結（jié）構，便於加工和測量。具體結構見圖 3。

圖 3

此三處動密封決定了油缸的主要性能（néng），包（bāo）括活塞與缸體處密封，活塞與缸（gāng）體的內腔密（mì）封和活塞與缸體蓋處的密封。星型圈是自緊密封（fēng）型（xíng）密封元件，密封能力主要受係統（tǒng）壓力和壓（yā）縮量（liàng）共同影響。星型（xíng）圈選用除了考慮 O 型圈選用的因素，還要考慮動密封引起的新的限製參數、線速度和（hé）零件的表麵處理（見表 3），具體結構見圖 4。

表 3

圖 4

在主軸實際工作時，出現液壓缸漏油、燒（shāo）著、密封圈磨損等現象。一般都是從活塞偏心和密封圈（quān）失效進行（háng）分析。工作時活塞受到的是複雜變化的力，拉杆的彈簧彈力、氣壓力、重力作用、油壓（yā）力等多種（zhǒng）作用力導致偏心（xīn）。在安裝時，活塞需要經過油缸蓋和（hé）缸體共三處的內孔進行徑向定位，由於不同零件的加工誤差和安裝等因素導致活塞偏心。活塞長期在油缸內作往複運動，導致活塞的接觸部位存在（zài）不同程度的磨損，間隙變大，造成活塞偏心。現具體現象（xiàng）分別（bié）列舉如下。

實例 1: 油缸多次打刀後，在油缸蓋和活塞接觸處發現（xiàn）明顯漏油現象。

實例 2: 在活塞複位時，在活塞外表麵發現密封圈的黑色顆粒狀（zhuàng）物體。

以上（shàng）兩種現象大（dà）部分原因（yīn）是實際密封間隙大、密封圈失效和零件磨損等。可按照如下步驟進行排查找出主（zhǔ）要原因。

（1）油缸體，活塞等各零件（jiàn）尺寸（cùn），形位公差，粗糙（cāo）度和密封圈尺寸（cùn）是否合格，這些都可（kě）以造成密封間隙大引起漏油的（de）現象。

（2）油缸各部件是否清（qīng）潔幹（gàn）淨，油缸體裏是否有雜（zá）質顆（kē）粒等（děng），缸體（tǐ）的雜質顆粒會造成缸體（tǐ）過渡磨損，引（yǐn）起密封（fēng）間隙變大。

（3）檢查裝配過程中，是否有劃傷密封圈，零件劃傷等現象。

實例 3: 拆卸油缸後，發現活塞徑向局部有磨損光痕，活塞與拉杆接觸（chù）部分，發（fā）現燒傷（shāng）性溝痕。

造成部件的燒傷故障和磨損故障（zhàng），一般是尺寸（cùn）鏈幹涉和受力不均所致，解決（jué）此類問題（tí）方法可按如下步驟進行。

（1）檢（jiǎn）查所（suǒ）有尺寸鏈上（shàng）相關尺寸是否超差（chà），尤其（qí）是裝配鏈上的尺寸。

（2）檢查油缸和拉杆（gǎn）裝配時是否偏心。

（3）檢查零件上具（jù）體磨損（sǔn）部位，具體分析受力情況。

4. 漏油的解決（jué）方法

（1）增加耐磨（mó）環（huán）。在油缸蓋上徑向增加寬為（wéi）10mm 的耐磨環。耐磨環具有精確的導向作（zuò）用，並可吸收徑向力，同時，耐磨環可防止液壓缸內滑動部件的金屬接觸。良好的耐磨性（xìng），避免金屬間的接觸，且能抑製機械震動。耐磨環還具有對中（zhōng）作用，允許配合件之間有較大的徑向間隙，便於裝配。

（2）油壓進口位置更改。油缸體上（shàng）油口由徑向入口改為（wéi）油缸蓋上的軸向入口，並且在油缸蓋上增加緩衝腔。這個措施可以改變油（yóu）壓口進油一瞬間對活塞的衝擊（jī）力方向，減小了活塞的顛覆力矩，使活塞在運動過程中，不偏心（xīn）。

（3）發令（lìng）環尺寸縮小。油（yóu）缸蓋上（shàng）的密封圈（quān）裝配時，需要穿過活塞的發令環和空刀槽部位，會（huì）經過兩次的（de）擠壓有（yǒu）被損傷的風險，優化設計後減小發令環徑向尺寸，使密封（fēng）圈隻經過一次（cì）的擠壓，並且在裝配時增加潤滑劑（jì），進一步保護密封圈。

（4）嚴格做（zuò）好（hǎo）產品質量管理。加（jiā）強（qiáng）各零部件檢（jiǎn）查工作，規範清潔工序，規範現（xiàn）場操作，例如使（shǐ）用符合清潔度及幹燥度要求（qiú）的氣源和清洗（xǐ）劑進行部件清洗，安裝活塞時添加潤滑（huá）脂減少（shǎo）摩擦等。

5. 結束語

經過對該油缸的技術改（gǎi）造後，解決了油缸泄漏的問題，提高了油缸可靠（kào）性，為同行（háng）解決類似問題提供了借鑒。

投稿（gǎo）箱：
如果您有機床行業、企（qǐ）業相關新聞稿件發表，或進行資訊合作，歡（huān）迎聯係本網（wǎng）編輯（jí）部（bù），郵箱：skjcsc@vip.sina.com

更多（duō）相關（guān）信息

名企推（tuī）薦

業界（jiè）視點

| 更多

行業數據

| 更多

博文選萃

| 更多