摘要:本文通過(guò)對(duì)我廠(chǎng)現(xiàn)場(chǎng)PRORECTIF93工件軸的軸承易損壞的問(wèn)題進(jìn)行分析,提出解決和優(yōu)化方案:在原來(lái)基礎(chǔ)上增加氣密封用來(lái)阻止外界雜質(zhì),有效地保護(hù)并延長(zhǎng)軸承壽命,同時(shí)也保護(hù)了工件軸箱體的精度,取得了成效。
我廠(chǎng)變速箱分廠(chǎng)熱后線(xiàn)的5 臺(tái)設(shè)備XF1014、XF1015、XF1026、XF1039和XF1040是法國(guó)PRORECTIF93的磨床,已使用10年左右。其中,XF1014、XF1015和XF1026采用斜切入式
加工方式,用來(lái)加工1~5擋齒輪的錐面和端面;XF1039/1040采用切入式加工方式,用來(lái)加工二軸花鍵面和軸頸。
1. 問(wèn)題
工件軸( 俗稱(chēng)頭架) 為磨床不可缺少的一部分,在加工精度方面扮演著非常重要的角色,其主要靠主軸的制造精度和軸承的裝配精度來(lái)保證。但是我們發(fā)現(xiàn)一個(gè)問(wèn)題, 就是軸承使用壽命非常短,約每半年XF1039、XF1040就要更換一次軸承,最多每一年XF1014、XF1015和XF1026就要更換一次頭架軸承。
圖1 內(nèi)磨床頭架軸承消耗情況
圖1簡(jiǎn)單統(tǒng)計(jì)了5臺(tái)設(shè)備在3年內(nèi)磨床頭架軸承的消耗情況。圖中,EX85、EX100軸承是以組為單位,2套/組;7017、7020的是以套為單位,折合成組軸承為28套/2=14組和4套/2=2組;7017可替代EX85,7020可替代EX100。其中左邊是X F 1 0 1 4 、XF1015和XF1026的頭架軸承,而右邊的是XF1039、XF1040的頭架軸承,每臺(tái)磨床的軸承裝機(jī)量如圖2所示。
圖2 每臺(tái)磨床的軸承裝機(jī)量
由于使用的是SNFA軸承,通過(guò)SNFA軸承使用手冊(cè),得到相關(guān)的一些數(shù)據(jù)以及計(jì)算軸承理論壽命的曲線(xiàn),并通過(guò)該曲線(xiàn)來(lái)查找相對(duì)應(yīng)的軸承理論壽命(見(jiàn)圖3)。
圖3
同時(shí), 根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)提供的頭架軸承的轉(zhuǎn)速,XF1014/XF1015/XF1026的轉(zhuǎn)速為500r/min,X F 1 0 4 0 / X F 1 0 3 9 的轉(zhuǎn)速為200r/min,通過(guò)曲線(xiàn)圖表(注:關(guān)于軸承壽命計(jì)算公式可以查看相關(guān)軸承手冊(cè)) , 配合相關(guān)數(shù)據(jù), 我們可以得到這樣的結(jié)論: 在當(dāng)前轉(zhuǎn)速下, 5 臺(tái)磨床的頭架軸承的正常使用理論壽命為100 000h按一年300個(gè)工作日,每天22h運(yùn)轉(zhuǎn),則可以使用100 000/300/22≈15年。當(dāng)然這只是個(gè)理論值,考慮到實(shí)際情況,在正常使用下,3~5年軸承肯定沒(méi)問(wèn)題。但是按照我們目前更換軸承的情況來(lái)說(shuō),每半年或一年就更換,就極為不正常了。
2. 問(wèn)題分析與解決
通過(guò)檢查每次更換下的軸承損壞情況,都有一個(gè)共性:就是工作期間大量切削液夾雜著磨屑進(jìn)入到軸承內(nèi)部。為什么會(huì)有雜質(zhì)進(jìn)入到內(nèi)部呢?我們來(lái)看下結(jié)構(gòu):以XF1040頭架結(jié)構(gòu)為例(見(jiàn)圖4)。
圖4
1.頂尖 2.心軸 3.頭架箱體 4.電動(dòng)機(jī)5.帶輪 6.防護(hù)罩 7.同步帶 8.帶輪 9.軸承10.鎖緊螺母 11.撥盤(pán) 12.擋水盤(pán)13、16.骨架油封 14.傳動(dòng)法蘭 15.V形密封圈
通過(guò)結(jié)構(gòu)圖, 我們很容易就發(fā)現(xiàn)問(wèn)題出在加工工件的過(guò)程中,主要原因是磨屑夾雜在骨架油封唇邊上使骨架油封結(jié)合面磨損,再通過(guò)骨架油封和鎖緊螺母的磨損面進(jìn)入到軸承內(nèi)部(見(jiàn)圖5)。
圖5
問(wèn)題是找到了, 更換鎖緊螺母、骨架密封就可以了,但是這并不是我們的最終目的,因?yàn)閮H僅是更換,螺母一樣會(huì)磨損,雜質(zhì)還是一樣進(jìn)入到軸承內(nèi)部,軸承還是一樣頻繁地?fù)p壞。同時(shí)頻繁地拆裝軸承也會(huì)導(dǎo)致頭架本體孔的磨損, 破壞其精度, 一旦破壞到一定程度,整個(gè)頭架就報(bào)廢,會(huì)嚴(yán)重影響車(chē)間的生產(chǎn),甚至導(dǎo)致停產(chǎn), 尤其XF1039/XF1040是唯一設(shè)備,重要性就不用說(shuō)了。如何做才能尋找到一個(gè)有效的辦法,能阻止切削液夾雜著磨屑進(jìn)入到軸承內(nèi)部,使軸承使用壽命能達(dá)到或接近其理論值呢?
3. 改造優(yōu)化
回到結(jié)構(gòu)圖,我們看到在鎖緊螺母和骨架油封,靠軸承端有一個(gè)腔室,如果能在這個(gè)腔室內(nèi)充滿(mǎn)一定的介質(zhì),使該介質(zhì)能阻止雜質(zhì)進(jìn)入就可以。我們就考慮使用壓縮空氣來(lái)充當(dāng)該介質(zhì)充滿(mǎn)腔室,既氣密封。
氣密封是將壓縮空氣導(dǎo)入需要密封的結(jié)構(gòu)內(nèi)部使內(nèi)部形成一個(gè)壓力腔,氣體的壓力和走向可有效防止加工時(shí)切削液及外部雜質(zhì)進(jìn)入密封腔內(nèi)。而且在工廠(chǎng)內(nèi)壓縮空氣的資源是很豐富的,氣源多,安裝方便(就這幾臺(tái)設(shè)備來(lái)說(shuō),我們?cè)鴮⑦@5臺(tái)磨床的安全門(mén)進(jìn)行自主改造,取消了控制門(mén)運(yùn)動(dòng)的氣路,只需要將該氣路引到頭架就可以。同時(shí),因?yàn)閴毫Φ停娣e小,氣密封所消耗的氣資源遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于原來(lái)門(mén)所消耗的氣資源)。
開(kāi)始動(dòng)手進(jìn)行改造:(1)通過(guò)經(jīng)驗(yàn)以及手段判斷心軸的硬度不硬,可以加工,在心軸上開(kāi)啟兩個(gè)氣孔(見(jiàn)圖6)。
圖6
(2)重新加工擋水盤(pán)。紅色部位是擋水盤(pán), 與改進(jìn)前相比,擋水盤(pán)的外圓尺寸由128mm增加到132mm,擋水盤(pán)與傳動(dòng)法蘭之間的間隙由原來(lái)的2.5mm縮小到0.5mm,便于壓縮空氣形成氣幕,有效地防止外部雜質(zhì)侵入(見(jiàn)圖7)。
圖7
(3)引氣源。從調(diào)壓閥處引出氣源,管徑8mm氣管進(jìn)入設(shè)備內(nèi)部后用三通將氣路分為兩支管徑6mm的氣路。在頂尖潤(rùn)滑法蘭上鉆兩個(gè)φ 8mm孔,將氣管引入聯(lián)接在心軸上(見(jiàn)圖8)。
圖8
(4)設(shè)定氣體的壓力。我廠(chǎng)的壓縮空氣的壓力一般在0.4~0.6MPa,如何調(diào)整壓力在合適的范圍內(nèi)? 通過(guò)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》(第2版)我們查到如下字段:旋轉(zhuǎn)軸唇形密封圈適用于安裝在設(shè)備中的旋轉(zhuǎn)軸端,在壓差≤0.05MPa的條件下,對(duì)流體和潤(rùn)滑脂起密封作用。以此為參考,我們將調(diào)壓閥的壓力調(diào)整到0.05MPa。
(5)效果驗(yàn)證。用含有洗手液的液體澆在頭架上驗(yàn)證效果,大量氣泡產(chǎn)生,說(shuō)明壓縮空氣達(dá)到理想密封效果(見(jiàn)圖9)。
圖9
4. 結(jié)語(yǔ)
自該工作實(shí)施以來(lái), 所有頭架軸承已使用兩年有余, 未出現(xiàn)精度走失、損壞的問(wèn)題,徹底解決5臺(tái)設(shè)備磨床頭架軸承頻繁損壞的故障, 降低設(shè)備的故障時(shí)間( 平均每年更換軸承時(shí)間為120h);同時(shí)對(duì)頭架本體起到了很好的保護(hù)作用( 前面提過(guò):頻繁地拆裝軸承也會(huì)導(dǎo)致頭架本體孔的磨損, 破壞其精度, 一旦破壞到一定程度, 整個(gè)頭架就報(bào)廢) ; 而且降低了維修費(fèi)用:在3年時(shí)間因更換軸承所消耗的資金約為153 087.79元,平均每年消耗51 029.26元。將每年更換軸承的時(shí)間折合為:按生產(chǎn)節(jié)拍為70件/h,工時(shí)成本為5.39元,則為:120×70×5.39=45 276元/年,加 上 節(jié) 約 軸 承 成 本 , 總 共 能 為公司節(jié)約:51 029.26+45 276=96 305.26(元/年)。
目前我們已將氣密封通過(guò)自主改造運(yùn)用在這5臺(tái)設(shè)備的砂輪架(俗稱(chēng):磨頭)上,用來(lái)阻止切削液夾雜著磨屑進(jìn)入到動(dòng)靜壓軸承內(nèi)部,也取得不錯(cuò)效果。
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