伏宇璐　張學斌　丁偉文（wén） 

（中（zhōng）車戚墅堰機車車輛（liàng）工藝研究所有限公（gōng）司　江蘇常州（zhōu） 213011）

摘　要：磨齒機是齒輪磨齒精加工的重要設備，但由於機床的主軸電（diàn）機冷卻不（bú）充分會導致設備無法（fǎ）加工出（chū）滿足要（yào）求的齒輪零部件（jiàn），為此有必要對（duì）主軸電機的（de）冷卻機構進行研究改造。

關鍵詞：NILES進口磨齒機；主軸電機；原理（lǐ）分析；改（gǎi）造

NILES磨齒機是德國（guó）進口的成型磨齒機設備，主要用於（yú）加工高鐵、動車、風電以及地（dì）鐵車輛（liàng）上的齒輪箱（xiāng）齒輪，磨齒機是齒輪箱（xiāng）齒輪加工的Z後重要工序之一，磨齒精度（dù）的好壞關係著齒輪產品的加工質量，關係著（zhe）齒輪箱（xiāng）組裝後的傳動精度。

高精度設備的完（wán）好使用是齒輪產品質量精（jīng）度的保證，其中砂輪主軸的旋轉精度（dù）是直（zhí）接影響齒輪磨削麵加（jiā）工精度的關鍵因素，而砂輪主軸長時間高速運轉就會產生大量熱量，熱量（liàng）控製不好，就會（huì）降低砂輪主（zhǔ）軸的旋轉精度（dù），嚴重時直接損壞主軸軸承（chéng）和內部零部（bù）件。目前每年都會有砂輪主軸因為散熱不好而（ér）需要進行修理的情況，2016～2018年共發生（shēng）7起砂輪主軸報修，修理費用達22.5萬元。多年來廠家對這類設備修理（lǐ）技術一直處於壟斷模式，因此如何（hé）給砂輪主軸有效降溫，更好地保（bǎo）證主軸精度和延長其使（shǐ）用壽命是迫切需要解決的問題。

01　造前冷卻結構分析

針對（duì）上述問題，著（zhe）重分析了目前磨齒機主軸電機（jī）冷卻的結構和現狀。目前，NILES磨齒機（jī）主軸冷卻采用的是外冷的方法(見圖1)，機床改造前如圖2所示（shì）。

圖1　改造前冷卻結構（gòu）示意圖

圖2　機床改造前實際效果圖

砂輪主軸冷卻和工件磨削冷卻油是由同一個泵供給，總壓力為0.5MPa。工作原（yuán）理為:磨削油泵抽油→油路分配器，通過分配（pèi）器之後，一路到磨削區域對工（gōng）件進行加工冷卻，另一路到砂輪主軸內部對高速運（yùn）行的主軸進行（háng）冷卻散熱，冷卻油在機床內通過管道流回冷卻油箱。

02　冷卻係統的設（shè）計計算

確定冷卻係統的（de）主要參數：冷卻係統的主要參數（shù）有壓力和流量，根據（jù）原來機床（chuáng）的冷卻壓力選擇合適（shì）的冷卻（què）泵。

(1)確定冷卻泵的Z大工作壓力為0.5MPa。

(2)確定冷卻泵的揚（yáng）程Hp。冷卻係統工作時，冷卻泵的輸出流量為:Hp=(hf+hd)+hm+hs。式中:hf、hd分別為（wéi）冷卻油管路係統總的沿途阻力和局部阻力（lì），hm為冷凝器阻力，hs為冷卻油箱到（dào）冷卻電機的高度差。

(3)選擇冷卻泵的規格。根據以上求得的Hp值按（àn）係統中擬定（dìng）的冷卻泵形（xíng）式，從產品（pǐn）樣本或手冊中選擇相應的冷（lěng）卻（què）泵（bèng）。

根（gēn）據儲油量要求計算油箱容量：原機床的主軸冷卻是和工件冷卻混合在一起的，儲（chǔ）油量為1400L，而新油（yóu）箱容量要根據實際使用來製定，儲（chǔ）油量約為50L，一（yī）般油麵的高度是（shì）油箱高h的0.8倍，V=0.8abh。得出需要油液的體積V，再通過公式換算（suàn）成實際需要的油量（liàng）大小，式中a為油（yóu）箱的寬度（dù），b為油箱的長度，h為油（yóu）箱的高度（dù）。主軸（zhóu）電（diàn）機的冷卻係統正常工作溫度（dù）是22～28℃。根據製冷產品手（shǒu）冊，選擇合適的製冷空調。

03　改造後（hòu）結構分析

機床改造後冷卻結構示意（yì）圖如圖3所示，分離後的主軸采用了獨立的冷卻油箱供油，油液通過（guò）空調冷卻係統使（shǐ）其溫度達到24℃～27℃後再返回冷卻油箱（xiāng），保證冷卻油箱（xiāng）的油（yóu）液始終是恒溫狀態，然後油泵電機抽油冷（lěng）卻，內部循環後再流（liú）回主軸冷卻油箱。原來的冷（lěng）卻機構對電機的（de）外部進行衝刷冷卻，這樣雙重冷卻使電機運行（háng）更（gèng）加可靠，壽命更長，同時主軸的冷卻油更清潔，流速更高，熱量效果也更好，主軸油箱經空調冷卻後，可（kě）以極大地提高主軸的旋轉精度和使用壽命。

圖3　機床改造後冷卻結構示意圖

對電路部分進行改造，采用單獨供（gòng）電模式，加裝機械過濾及檢（jiǎn）測壓力報警裝置，並在（zài）機床係統中編入檢測（cè）報警（jǐng）程序，及時有效（xiào）地監控（kòng）主軸電機的（de）冷卻情況。

改造後的冷卻結構具備以下優點:

(1)采用內部循環係統，使油液幹淨不含有雜質（zhì），同時清潔的油液也不容易堵塞管道。

(2)冷卻溫度得到控製（zhì），油箱冷卻裝置可有效保證主軸冷卻液的（de）恒定溫度，使主軸電機溫度處於恒定狀態，有效保證砂輪的旋轉（zhuǎn）精度，提高電機主軸工作（zuò）的穩定性能。

(3)提高了主軸的使用壽命，恒溫的冷卻循環係統（tǒng）能有效減少熱源的產（chǎn）生，確（què）保砂輪主軸的正常使用，使砂輪電機使（shǐ）用壽命延長3～5年，較原來提高了40%?

(4)降低了（le）設備停機率，砂輪主軸電機更換（huàn）一次需要2天，修理一次需要7天（tiān），購買（mǎi）全新主軸電機需要40天的周（zhōu）期，改造後設備的停（tíng）機率降低（dī）了（le）60%。

(5)控製了維修成（chéng）本，改造後可減少砂輪主軸冷卻內腔的磨損、電機主軸（zhóu）進口軸承的損壞和零部（bù）件的損壞，節約了維修成本（běn），購買新的主軸需要20萬元/台，維修主軸的費（fèi）用約3.5萬元/台。

(6)保障產（chǎn）品質量，砂輪主軸熱源的控製可有效提（tí）高其動（dòng）態穩定性，砂輪及電（diàn）機主軸的運（yùn）行更加穩定，精度更加平穩，提（tí）高了工件的磨削精度，使產品（pǐn）的質量得到極（jí）大保障。

改造後的機床實際（jì）效果如圖4所示。

圖（tú）4　機（jī）床改造（zào）後實際效果圖

04　結論

通（tōng）過分析、計（jì）算，對NILES係列磨齒機主軸（zhóu）電機冷卻係統進行了改造探索，改（gǎi）造後的冷（lěng）卻係統能夠獨立對主軸電機進行冷卻工作（zuò），避免了因長期使用帶來的管路堵塞，導致電機損（sǔn）壞（huài）、精度降低造成（chéng）磨削不穩定的現象，使機床運行更平穩，延（yán）長了（le）使用壽命。現在齒輪加工精度能穩定達到0．005mm，有（yǒu）效保證了各種高速列車齒輪的（de）安全（quán）運行，也大大減少了停機時間，原來的主軸正常使用壽命為4～6年，經過（guò）改造後預計可以延長3～5年，預計每年可以節約主軸電機維修（xiū）成本12萬元。該（gāi）設計已申請（qǐng）國家實用（yòng）新型發明專利，今後（hòu）可在同類NILES進口磨齒機上推廣改造，實現全部國產化。

來源：《軌道交通裝備與（yǔ）技術》2020, (4)