電主軸是高速加工機(jī)床的關(guān)鍵重要部件，其壽命一般在10 000h左右，電主軸檢測、保養(yǎng)及預(yù)防性維修對于保證其正常運(yùn)轉(zhuǎn)、延長使用壽命有重要意義，本文對電主軸檢測及預(yù)防性維修技術(shù)進(jìn)行一些探討。
電主軸的技術(shù)指標(biāo)和參數(shù)很多，但很多參數(shù)是電主軸制造商出廠檢測和標(biāo)定使用的參數(shù)，對于終端用戶沒有辦法進(jìn)行檢測和標(biāo)定校準(zhǔn)。終端用戶要對電主軸進(jìn)行檢測及預(yù)防性維修，需要確定適合的參數(shù)和指標(biāo)，才能進(jìn)行預(yù)防性維修和檢測。
1. 與電主軸性能有關(guān)的技術(shù)參數(shù)
根據(jù)目前電主軸的使用維修情況及相關(guān)電主軸技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，確立以下主要技術(shù)參數(shù)：電主軸的動平衡、電主軸的機(jī)械振動狀態(tài)、電主軸的軸承包絡(luò)狀態(tài)、主軸的起停機(jī)狀態(tài)、電主軸拉刀力、電主軸E M值（主軸拉刀機(jī)構(gòu)拉桿伸出：拉桿端面距離主軸旋轉(zhuǎn)端面距離為10.5mm；主軸拉刀機(jī)構(gòu)拉桿縮回：拉桿端面距離主軸旋轉(zhuǎn)端面距離為0.5mm）、電主軸軸向圓跳動≤0.005mm、電主軸遠(yuǎn)端徑向圓跳動≤0.02mm/300mm等。
電主軸的動平衡是指電主軸在高速旋轉(zhuǎn)時的動平衡情況，如果電主軸的動平衡情況不好，會造成電主軸的機(jī)械振動加劇，進(jìn)而造成軸承損壞、主軸發(fā)熱、加工精度和表面加工質(zhì)量下降等后果。
電主軸的機(jī)械振動狀態(tài)是對電主軸的整體機(jī)械振動狀態(tài)進(jìn)行評估，包括徑向和軸向振動。如果電主軸的整體機(jī)械振動狀態(tài)不好，會加劇軸承磨損和主軸發(fā)熱，加工精度和表面加工質(zhì)量下降。
電主軸的軸承包絡(luò)狀態(tài)是專門用于評價電主軸的軸承狀態(tài)。主要是通過檢測軸承的低頻、中頻和高頻振動信號來判斷軸承的磨損或損壞程度及部位。低頻信號一般是代表軸承的外圈磨損情況，中頻是代表軸承的滾道面情況，高頻代表單個滾珠的狀態(tài)。
主軸的起停機(jī)狀態(tài)一般是用來檢查和測定主軸從0到指定速度及從指定速度到0時主軸的振動狀態(tài)，測出某個速度或轉(zhuǎn)速范圍的共振峰值，以便在正常加工時避開這個速度或轉(zhuǎn)速范圍，以保護(hù)電主軸及保證加工精度、表面加工質(zhì)量等。
2. 電主軸狀態(tài)檢測
我們對公司高速加工中心電主軸使用電主軸振動測試儀及加速度傳感器進(jìn)行了持續(xù)監(jiān)測，一共對66臺機(jī)床68個電主軸進(jìn)行了狀態(tài)測量檢查，檢測的項目包括電主軸的整體機(jī)械振動狀態(tài)、軸承狀態(tài)和主軸的起停機(jī)狀態(tài)，電主軸拉刀力檢測，電主軸EM值檢查。68個電主軸中有58個電主軸的使用壽命超過兩年，電主軸實際運(yùn)行時間超過4 000h，有32個超過6 000h。
在開展電主軸狀態(tài)檢測和預(yù)防性維修前，沒有手段和技術(shù)措施了解和掌握電主軸的技術(shù)性能狀態(tài)，也沒有相關(guān)技術(shù)對電主軸的使用狀況進(jìn)行預(yù)警和預(yù)防維修，電主軸一直使用到嚴(yán)重發(fā)熱，主軸軸承抱死，無法旋轉(zhuǎn)，幾乎處于報廢狀態(tài)時才送去修理。但是此時電主軸已經(jīng)嚴(yán)重受損，主軸軸承、拉刀機(jī)構(gòu)、旋轉(zhuǎn)部件、密封部件和主軸錐套等都需要修理或更換，有些嚴(yán)重?fù)p壞的電主軸的電動機(jī)線圈由于過熱、密封損壞等原因出現(xiàn)線圈絕緣下降、短路現(xiàn)象。這種狀態(tài)下，電主軸的維修費(fèi)用很高，周期很長，維修費(fèi)用一般高達(dá)20多萬元，維修周期常常在兩個月以上，維修后電主軸壽命只有4 000～6 000h，遠(yuǎn)低于主軸廠商翻修電主軸6 000～10 000h的使用壽命。
根據(jù)確定的參數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)，開展電主軸狀態(tài)檢測，紅色數(shù)據(jù)代表狀態(tài)不好，黃色代表臨界狀態(tài)，綠色表示狀態(tài)良好。電主軸檢測結(jié)果如圖1～圖3所示。
圖1 FZ37電主軸檢測結(jié)果
圖2 JOBS30電主軸檢測結(jié)果
圖3 VMC13120U電主軸檢測結(jié)果
我們改變以往電主軸一直用到報廢為止的做法，通過對電主軸進(jìn)行持續(xù)的檢測，建立檔案履歷，根據(jù)檢測數(shù)據(jù)，進(jìn)行使用預(yù)警，在電主軸進(jìn)入技術(shù)性能臨界狀態(tài)或剛剛處于紅色狀態(tài)時就進(jìn)行電主軸翻新修理工作，此時的問題一般是主軸軸承性能下降、磨損大，而拉刀機(jī)構(gòu)、旋轉(zhuǎn)部件、密封部件和主軸錐套一般保持良好，因此翻新價格低，一般在10多萬元左右。采取這種方式翻新的第一批8個電主軸使用到現(xiàn)在已經(jīng)運(yùn)行過7 000h，電主軸的技術(shù)性能狀態(tài)仍然保持良好，壽命遠(yuǎn)超過沒有開展?fàn)顟B(tài)檢測前電主軸翻新修理的壽命，而且修理費(fèi)用大幅降低，2016—2018年根據(jù)電主軸的狀態(tài)數(shù)據(jù)，共維修電主軸10多個，節(jié)省費(fèi)用100多萬元，大幅延長了電主軸的使用壽命。
3. 電主軸預(yù)防性維修
根據(jù)測量的數(shù)據(jù)，對電主軸進(jìn)行定期維護(hù)保養(yǎng)和預(yù)防性維修，使電主軸保持良好的使用狀態(tài)。
（1）檢測電主軸拉刀力 不同型號規(guī)格電主軸的拉刀力也不同，一般為16～25kN，如果電主軸的拉刀力不足，一般是拉刀機(jī)構(gòu)出現(xiàn)問題，需要仔細(xì)排查，因為拉刀力不足，使得刀具在高速旋轉(zhuǎn)過程中脫出主軸，導(dǎo)致事故發(fā)生。電主軸的拉刀力檢測如圖4所示。
圖4 電主軸的拉刀力檢測
（ 2 ）檢查電主軸幾何精度 如果幾何精度不好，根據(jù)情況不同，可以采取更換主軸軸承等措施，對主軸進(jìn)行修理，如圖5所示。
圖5 檢測電主軸的幾何精度
（3）檢查電主軸的機(jī)械振動狀態(tài)、動平衡及啟停機(jī)狀態(tài) 如果電主軸的整體機(jī)械振動狀態(tài)不好，會加劇軸承的磨損，主軸發(fā)熱，加工精度和表面加工質(zhì)量下降。根據(jù)電主軸的技術(shù)要求，通過檢測電主軸的動平衡狀態(tài)，調(diào)整電主軸的動平衡。電主軸的動平衡校準(zhǔn)一般是在主軸前端的調(diào)整孔內(nèi)安裝合適調(diào)整螺栓，螺栓安裝角度及質(zhì)量要根據(jù)測振儀的測量結(jié)果確定。測振儀對電主軸進(jìn)行動平衡檢測后，會指出不平衡的角度和不平衡量，維修人員根據(jù)測試數(shù)據(jù)進(jìn)行動平衡調(diào)整，反復(fù)測試與調(diào)整，直到符合要求，如圖6所示。
圖6 檢測電主軸機(jī)械振動狀態(tài)、動平衡、起停機(jī)狀態(tài)
（4）電主軸預(yù)防性修理對于結(jié)構(gòu)比較簡單的電主軸，如果檢測后主軸的軸承等部件存在問題，可以采用提前更換主軸軸承和其他部件的措施，避免主軸的性能進(jìn)一步下降。預(yù)防性提前修理可以減少維修費(fèi)用，延長電主軸的使用壽命。如圖7～圖9所示，我們對TRAMEC電主軸進(jìn)行了預(yù)防性提前修理，更換主軸軸承等的費(fèi)用很低，而沒有進(jìn)行提前修理一直到該主軸無法使用再送制造商修理，該主軸的維修費(fèi)用都在10多萬元。
圖7 對TRAMEC電主軸維修
圖8 安裝電主軸機(jī)械部件
圖9 更換下的電主軸軸承
4. 結(jié)語
掌握電主軸的狀態(tài)性能，對電主軸全壽命狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，建立電主軸壽命履歷表預(yù)測電主軸壽命，根據(jù)電主軸狀態(tài)，對電主軸進(jìn)行預(yù)警及預(yù)防維修，可以延長電主軸壽命30%～40%，達(dá)到5 000～9 000h，降低維修費(fèi)用，提高零件加工精度。
