賈冀青
（青海一機數控機床有限（xiàn）責任公司，西寧（níng） 810018）
摘 要：通過對（duì）電主軸係統的結構和潤滑方法進（jìn）行分析，提出了采用油氣潤滑技（jì）術方（fāng）案，從工作原理、潤（rùn）滑油量、係統設計、進出油口設計和油氣流量監控技術等方（fāng）麵進行敘（xù）述，在主軸潤滑中取得了理想的潤滑冷（lěng）卻效果。關鍵詞：電主（zhǔ）軸係統油氣潤滑技術潤滑冷（lěng）卻現代製造技術中，機床主軸的高速化已成為（wéi）一個不可阻擋的發展（zhǎn）潮流，高速主軸單元是實現高速切削的關鍵部件，是高速機床的心（xīn）髒部件。與傳統的傳動方式相比，高速主軸單元采用電主軸（zhóu）形式，即為（wéi）內裝式電機，取消了諸如齒輪、皮帶等中間傳動環節，實現機床的“零傳（chuán）動”。內裝式電機（jī）軸（zhóu）承的摩擦發熱不可忽視，在高速加工中，電主軸的熱變形已成為影（yǐng）響機床加工精度的（de）主要（yào）因素，機床熱變形造成加工誤差達到零件總加工（gōng）誤差的60%～80％。電主軸軸承在高速下（xià）的劇烈摩擦發熱（rè）使主軸產生熱變形，甚至（zhì）引起主軸係統失效，大大（dà）阻礙了新技術的發展。因此，油氣潤滑技術在高（gāo）速機床研究和發展中有重要意義，電主軸軸（zhóu）承係統發熱分析（xī）及控製措施在高速主軸係統（tǒng）中至關重要（yào），是高速、高精度機床必須（xū）考慮和解決（jué）的關鍵技（jì）術問題之一。
1 高速電主軸係統及潤滑方法
1.1高速電主軸係統
電主軸是將機床主軸與電機融為一體的新技術，它是一套組件，電（diàn）動機內置於主軸部件內，通過變（biàn）頻器類的驅動器，以實現主（zhǔ）軸轉速的變換，電主軸（zhóu）係統見圖1所示。目前，電主軸在不斷地（dì）向高速化方向發展，而電主軸軸承的潤滑冷卻對實現電主軸的高速化具有極其重要的作用。
1.2高速（sù）電（diàn）主軸的潤滑方法
電主軸軸承的潤滑可以采用脂潤滑和油霧潤滑，但效果不太理想。一般采（cǎi）用定時、定量油氣潤滑方式（shì），油氣潤（rùn）滑係統結構如圖2所示。根（gēn）據受潤滑點的需油量和（hé）事先設定的工作程序接通氣動泵，潤滑油經遞（dì）進式（shì）分配器分配後被（bèi）輸送（sòng）到與（yǔ）壓縮（suō）空（kōng）氣網（wǎng）絡相連接的（de）油氣混合裝置中，並在油氣混合裝置中與壓縮空氣混合形成油氣流，再進入油氣管道。在油氣管道中（zhōng），由於壓（yā）縮空氣的作用，使潤滑油沿著管道內壁波（bō）浪形地向前移動，並（bìng）逐漸形成一層薄薄的連續（xù）油膜。再通過油氣分配器的分配，Z後以一股極其精細的（de）連續油滴流噴射到潤滑（huá）點，如圖3所（suǒ）示。
2 高速主軸的油氣潤滑技術
油（yóu）氣潤滑是一種（zhǒng）先進（jìn）的定時定量潤滑方法。定時（shí），就是每隔一（yī）定時間間隔注一次油（yóu）；定量，就是（shì）通過一個定量閥，精確地控製每次潤滑油的油量。而油氣潤滑是指潤滑油在壓縮空氣的攜帶下，被吹入陶瓷軸承。油量控製很重要，太（tài）少，起不到潤滑作用；太多，在軸承高速旋轉時會因油的阻力而發熱。油氣潤滑需在具備一定的（de）油嘴直徑及空氣壓（yā）力（lì）等條件才能實現。
圖4是供油量Q、軸承溫度T和軸承摩擦NR三者之間的關係曲線（xiàn），從圖（tú）中可以看出，當供油量增（zēng）大到一（yī）定程度時，軸承溫度呈下降趨勢，在這條溫度曲線的中部，軸承溫（wēn）度是Z高的，因為此（cǐ）時的供油量還（hái）沒有大到足（zú）以降低軸承溫度的程度，相反（fǎn），多餘的液體（tǐ）摩擦會產生熱量。隨著供油量（liàng）的增大，軸承摩擦也增大，但是，在這兩條（tiáo）曲線的（de）Z低點恰恰（qià）是供油量非常（cháng）小的時候。由（yóu）此可以（yǐ）得知，為什麽油氣潤滑隻需要極其微小（xiǎo）的油量就（jiù）能達到降低（dī）軸（zhóu）承溫度和減少軸承摩擦的極佳（jiā）效果。
潤滑油量（liàng）一直是軸承使用者非（fēi）常（cháng）關心的（de）問題，FAG公司給出摩擦轉矩（jǔ）和雙列圓柱滾子軸承（chéng）的溫升與（yǔ）所需潤滑油量的定性關係，如圖4所示。從圖中可以看出，使摩擦轉矩和軸承溫度達（dá）到Z佳數值時所需的油量是比較少的，過多的潤滑油（yóu）隻能增加軸承的攪油損耗而使軸承溫升增（zēng）大，主（zhǔ）軸軸承B7001CY外圈溫升與供油量的（de）關係曲線（xiàn）如圖5所示，該曲線與圖4的曲（qǔ）線非常相似，這說明對於（yú）不同的軸承來（lái）說，該趨勢具有共（gòng）性。
近（jìn）似計算軸承所需要的潤滑油用量（liàng）：
Q=WdB （1）
式（shì）中：Q為供油量，mm3/h；W為係數，取0.01mm/h；d為軸承內徑，mm；B為軸承（chéng）寬度，mm。
實際供油量（liàng）可在此數值基礎上擴大4～20倍，但式（1）中沒有（yǒu）考慮軸承的類型和轉速的影（yǐng）響，顯然，軸承在速度因數高時所需的油氣量應該比速度因數低時要多。在電主軸的（de）實際應用中，所用電主軸軸承主要是（shì）角（jiǎo）接觸球軸（zhóu）承，而且所（suǒ）用軸（zhóu）承的軸徑線速（sù）度DN值在1.3~1.8km/min，加上此類軸承具有油（yóu）液自動傳輸功能，所需（xū）油量遠大於（yú）不具有油液自動傳輸功能的軸承（如雙列圓柱滾子軸承）所需油（yóu）量。在試驗中根（gēn）據軸承的潤滑（huá）油膜（mó）電阻和軸承外（wài）圈溫（wēn）升調節供油間隔（gé），在油膜電阻和軸承外圈溫升均較為理（lǐ）想（xiǎng）時，根據油氣潤滑（huá）係統特性計算出耗油量為式（1）計算值的100倍以上。因此，對於高速、超高速電主軸軸承來說，所需的潤滑油量需根據油路設計（jì）狀況、軸承形式和油品特性由經驗（yàn）和試驗確定。
3 油氣（qì）潤滑係統設計
油氣潤（rùn）滑係統是利（lì）用了圖4中兩條曲線的Z低點區域，也就是給（gěi）油量（liàng）Z小的地方，一方麵此時（shí）的給油（yóu）量可以滿足潤滑點的潤滑需要，足以在摩擦表麵形成潤（rùn）滑油膜；圖中可見隻要極少（shǎo）量的潤滑油就可以使潤滑點處於溫度和摩擦Z小（xiǎo）的狀（zhuàng）態，因此實現（xiàn）潤滑劑（jì）的100％被利用（yòng），效率極高。
設計一套油（yóu）氣潤滑係（xì）統，一般按照以下步驟進行設（shè）計計算：
1）確定所有軸承需油量。對於高速轉動軸承的潤滑需油量LE值，通（tōng）常情況下取值為0.1～0.2mL/h，而一般工況下的軸承應選（xuǎn）取0.1mL/h。所謂高速轉動軸承，其定義是按照軸徑線速度DN值來區分（fèn），當DN值大於1.25km/min時，可以視為高速轉動。
2）根據所有（yǒu）軸承的給油情況，確定每個分配器給油點規格。單（dān）線式潤滑係統的工作特點是由給油階段和卸荷階（jiē）段構成（chéng），給油時間一般設置在30～60s之間，根據係統潤滑點數（shù）量（liàng）的多少不同，在現場通過PLC調節（jiē）；間隔時間的確定也可以現（xiàn）場（chǎng）通過PLC進行調節，但是要注（zhù）意的一點是：對於潤滑工作而言，Z佳的工作製度應該是“少食多（duō）餐”製，即每次減少給油量，適當增加給油次數。一般間隔時間在（zài）1～2min之間。
3）根據主（zhǔ）機軸承分布情況，確定潤滑點（diǎn）分組方案。軸承分組就是確定如（rú）何（hé）在現場配管中確定分配器的安裝情況以及每件分配器的潤滑點數量，以便後（hòu）續設計以及安裝階段能順利進行。
4）壓縮空氣耗氣量的計算。準確計算一套油氣潤滑係統所需（xū）要的（de）壓縮空氣（qì）量是十分必要的，油氣潤滑係統壓縮空氣量的計算按照以下方（fāng）式計算：
以HMC63係列產品為例，潤滑係統中所有潤滑點總數為32點，每點壓縮空氣消耗量為30L/min，則潤滑係統（tǒng）總耗氣量為32×30L/min＝960L/min。由此可見，潤滑係統所需氣源為960L/min。
5）油路係統的總體設計。確定係統管路通徑（jìng）、壓力等級及泵裝置規格。
4 油氣潤（rùn）滑技術優越特性
1）提高軸承承載能力；2）提高軸（zhóu）承的運轉速度；3）提高（gāo）軸承對惡劣工作環境的適應能力；4）提高軸承的（de）使用壽命；5）極大地（dì）降低潤滑劑的消耗。
5 結束語
隨著人們（men）環保意識的增強（qiáng）和對該技術認識的進一步深化，油氣潤滑會逐步（bù）替代脂潤滑、油霧潤滑。相對（duì）脂潤滑、油（yóu）霧潤（rùn）滑而言（yán），油氣潤滑更（gèng）適應於高速主軸軸承的潤滑要求，油氣潤（rùn）滑技術在（zài）高速加（jiā）工中心主軸潤滑中應用，勢必取得理想的（de）潤滑冷卻效果。
參考文獻
[1]浙江流遍機械（xiè）潤滑有（yǒu）限公司（sī）.油氣潤滑係統的設計與計（jì）算[Z].2008.
來源：《機械製造》2013年5期
