M7140平面磨床主轴静压滑动轴承修复

M7140 平面磨床主轴静压滑动轴承修复摘要： 本文叙述的是 M7140 平面磨床的主轴静压滑动轴承的修复过程， 经过修复后的主轴部件一直使用至今，没有再出现过类似的故障，因此记 录下来以备今后维修之用。 关键词：主轴、静压滑动轴承、轴瓦、薄膜片 M7140 平面磨床是一台上海机床厂生产的高精度设备， 此设备 自 1961 年投产以来，该机床一直是中型装备制造厂的重点设备， 为中型装备制造厂完成生产任务作出的巨大的贡献，近些年根据 我公司的生产现状， M7140 平面磨床主要担负着中型装备制造厂的 轧机滑板产品的磨削加工任务。在完成全年生产任务中，M7140 平面面磨床起着举足轻重的作用。 但是近期此机床磨削滑板时经常出现滑板表面有横纹，精度 超差的现像。我经过仔细观察发现检测前瓦压力的压力表表针不 稳， 正常工作的压力值应为 0.8MP， 而现在的压力表表针在 0~0.8MP 之间摆动， 且磨头削磨工件时振动， 即主轴振动带动砂轮也振动， 致使工件出现横纹，精度超差。此压力表检测的是主轴的静压滑 动轴承的前瓦的压力，所以此压力表摆动实际上就是主轴的静压 滑动轴承前瓦的油液压力不稳，而静压滑动轴承前瓦的油液压力 不稳的根源有两点：一个根源就是主轴变形、弯曲，另一个根源 就是轴瓦的内孔圆度超差。拆下主轴和轴瓦后经检查，主轴没有 发生变形及弯曲现像，而轴瓦的内孔圆度超差。根源找到了，下 一步就是如何修复此静压滑动轴承，我经过仔细研究，查阅了许 多相关资料，最后终于定下了修复方案。下面讲述的就是我的修 复方案，以备以后修复相同的主轴静压滑动轴承时作为参考和继 续完善修理工艺之用。 M7140 平面磨床的主轴结构是静压滑动轴承， 静压滑动轴承有 承载能力大、抗振性能好、摩擦系数小、寿命长、回转精度高、 能在高速或极低转速下正常工作等优点， 广泛用于高精度、 重载、 低速的场合。而 M7140 属于精加工机床，所以其主轴结构采用了 静压滑动轴承。 静压滑动轴承的结构及其工作原理如图 1 所示，静压轴承在 其内圆表面上开有 4 个对称且均匀分布的油腔，油腔与滑腔之间 开有回油槽，回油槽与油腔之间有封油面。两个相对的油腔与一 1 个薄膜节流器连通，油压为 ps 的润滑油经过节流器薄膜两侧的节 流间隙 hc 和 h′c，流入轴承相对的两个油腔中。当轴承空载时， 两相对油腔压力相等，薄膜处于平直状态，轴浮在中间。当轴承 承受载荷 W 时，上油腔间隙增大，油压减小；下油腔间隙减小， 油压升高，形成压力差，因此节流器中薄膜向上凸起，使上侧节 流间隙减小， 节流阻力增大； 下侧节流间隙增大， 节流阻力减小， 此时下油腔 pr4＞上油腔油压 pr2，产生压力差Δp=pr4-pr2，于是将 轴抬起，直至上下腔油压相等，使轴颈处于油膜的包围中，形成 液体润滑。 P r2 W 节流器 薄膜 hc Ps 静压滑动轴承的供油系统的液压原图如图 2 所示，静压轴承 静压轴瓦 需要单独的供油系统，其中的主要元件是： P r4 过滤器（件 1） ，其作用是防止油中的杂质吸入油泵。 油泵（件 2） 薄膜双向节流器 ，其作用是向系统供给压力油。 溢流阀（件 3） ，其作用是调节系统供油压力 ps。 图1 单向阀（件 4） ，其作用是使液流只能单向流动，不许反向。 蓄能器 （件 5） 其作用是当突然停电或供油系统发生故障时， ， 可保持仍有一定的压力油供给静压轴承，不致因断油而磨损、擦 伤轴承。 9 W 8 7 6 5 2 hc ′ 4 δ 精滤油器（件 6） ，其作用是防止节流器被堵塞，要求滤油精 度高于 0.02mm~0.03mm。 节流装臵（件 7） ，自动调节油腔压力，使相对油腔的压力， 妈终趋于相等。 压力继电器（件 8） ，其作用是保证当油泵开动使轴承油腔建 立一定压力后主轴才能启动。 4 3 2 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 M1740 平面磨床的主轴结构如图 3 所示， 此机床的主轴结构主 要由主轴（件号 1） 、端盖（件号 2） 、前轴瓦（件号 3） 、钢套（件 号 5） 、后轴瓦（件号 6） 、法兰盘（件号 7） 、圆锥滚子轴承（件号 8） 、调整螺母（件号 9） 、电机轴（件号 10） 、电机转子（件 A 、 11） 压盖（件号 12） 、圆螺母 1（件号 13） 、定位套（件号 14） 、轴承 图3 （件号 15） 垫 1 、 （件号 16） 垫 2 、 （件号 17） 圆螺母 2 、 （件号 18） 、 端盖 2（件号 19）组成。 因 M7140 平面磨床是精加工机床，所以各部要求的精度都要 3 19 符合精加工机床的精度，尤其主轴结构要求的各项精度更高。 M7140 平面面磨床的主轴结构中，前轴瓦（件号 3）的前端面开有 两个油腔，要求前轴瓦的前端面与主轴的轴肩端面的平面度都必 须在 1‰以内， 前轴瓦的前端面及主轴轴肩端面与主轴轴线的垂直 度也必须在 1‰以内， 以防主轴旋转时前轴瓦的前端面和主轴轴肩 端面产生划痕。轴瓦的回油槽的深度为 0.8mm，宽度 4mm。回油槽 的尺寸要严格按照此尺寸加工，以防止油腔压力不足。轴瓦与主 轴的间隙要求直径方向为 0.07mm，复时要严格按照此参数修复。 将主轴部件和供油系统拆卸分解后发现轴瓦的内轴圆度超差 和节流器的薄膜片的平行度和平面度，光洁度已经超差。轴瓦的 圆度超差时，主轴旋转，轴承和轴颈之间间隙发生周期性的变化 引起油腔压力波动，导致主轴振动。节流器的薄膜片的平行度和 平面度，光洁度已经超差，使薄膜片两侧的间隙不相等，造成四 个油腔的压力不等，主轴偏距。所以此次修理主要就是修轴瓦内 孔和薄膜片。 首先修复薄膜片，薄膜片的平行度要求为 0.02 mm/总面积、 平面度要求为 0.02 mm/总面积、光洁度要求为▽0.8 以上，现薄 膜片的平行度、平面度、光洁度均已超差，可以用研磨的方法来 修复。但薄膜片的尺寸为长 100mm，宽 60 mm，厚 1.2 mm，因薄膜 片厚度很薄，研磨成了难题，这时我想出了一个方案，就是做一 个带凹槽的胎具，凹槽的长和宽比薄膜片的长和宽大 0.2 mm，凹 槽的深度小于薄膜片厚度 0.2 mm，如图 4 所示，将薄膜片（件号 2）镶到胎具（件号 1）里来进行研磨，这种方法可以防止将薄膜 片磨偏，不但能很容易的保证薄膜片（件号 2）平行度、平面度和 光洁度，而且还提高了修理效率，节约了修理时间。 1 2 4 1-胎具 2-薄膜片 然后修复轴瓦内孔，恢复轴瓦内孔的圆度也可以用研磨的方 法。因为研磨内孔时很容易研偏，所以我也想出了一个方案来修 复轴瓦内孔，首先用铸换料制作三根尺寸不等的研磨棒，三根研 磨棒别分用来进行粗研和精研，研磨棒的长度均做成 600 mm 长， 且做成腰鼓形，做成腰鼓形的目地是为了在研磨时防止将轴瓦内 孔磨偏。研磨棒做好后，将前轴瓦与后轴瓦跟钢套装配在一起， 注意将轴瓦压入钢套时要防止擦伤个圆表面，以免引起油腔互通， 如果大径较大或过盈量较大时， 尽量采用冷缩后装入。 然后用 C630 车床的卡盘将装配好之后的轴瓦跟钢套垂直装夹在平台上，装卡 时要严格找正，保证轴瓦内孔与平台垂直。装夹完毕就可以研磨 了，研磨时，用天车吊研磨棒做上下往复运动，人工使研磨棒绕 轴瓦轴线进行回转运动。先粗研，再精研，精研时用外径尺寸比 轴瓦内径小 0.015-0.025mm 的研磨棒进行干研。干研的次数不能 多，经过精研的轴瓦内孔表面光洁度可达▽0.8 以上。 薄膜片和轴瓦都修复完毕后就可以反装了，按图 3 将各零件 装配在一起，装配前要先调整电机与轴之间的同心度，电机与轴 的同心度要求为 0.01mm，因为主轴结构中法盖盘（图 3 中的件号 7） ，且法盖盘中装有一圆锥滚子轴承（图 3 中的件号 9） ，如果法 兰盘和圆锥滚子轴承装配时同心度超差，影响整体装配质量，所 以要先调速好此法兰盘和圆锥滚子轴承的同心度，同时也调整了 电机转子内孔与主轴的同心度时，为此我制作了一个足够长的检 验棒来调整，检验棒为一个细长的阶梯轴，总长为 1500 mm，两轴 段的直径为ф 90mm 和ф 75mm，ф 90mm 轴段与轴瓦配合，为了让此 轴段与轴瓦很好的配合，制作时将ф 90mm 轴段的公差控制在 0mm 到-0.02mm 之间， 将检验棒装配到轴瓦与电机转子中， 然后将百分 表吸在检验棒的ф 75mm 段的后尾部的轴头处，在 A 面（如图 3） 圈表检查同心度，边测量边调整，直到同轴度达要求。然后将检 验棒拆卸下来，将其余部件全部装配完整。 将供油系统的所有零部件拆下进行严格的清理和清洗。以防 油中混入杂质。重新连接各管路。 主轴部件装配完，供油系统也清洗完毕后，就可以试车了， 首先进行空运转试验，精心仔细调整，以获得良好的刚度和旋转 精度。启动供油泵，调整节流器间隙，使四个油腔的压力相等并 能保持稳定， 要求供油压力与各油腔压力比值相等， 比值一般为 2。 5 这时主轴应能浮起，用手能轻便转动，表明主轴与轴承之间处于 液体摩擦状态，空运转试验达到要求。然后进行工作试验，启动 轴 供油泵后运转启动主轴。要求各油腔压力表读数相同，压力稳 定，主轴旋转平稳无振动。不允许有压力下降和波动现象，如不 符合要求，必须进一步调整，直到调整到符合要求为止。 以上就是我在修复 M7140 平面磨床主轴静压滑动轴承的方案 及步骤，修复前此机床因磨削工件精度和光洁度超差而经常停机 修理，但因修复时间紧迫，没有彻底的查出原因，此次修复完毕 后的 M7140 平面磨床一直使用至今，没有再出现过类似的故障。 减少了停机修理时间，节约了维修成本，提高了生产效率，为中 型装备制造厂完成公司下达的全年生产任务作出的贡献，此次我 记录下修复过程，以备在今后修复类似结构的主轴结构借鉴使用 以及进一步完善修复工艺。 6