切片机支承主轴结构分析

本文作者：胡蓬辉 单位：新乡市华盛天龙数控设备有限公司

多线切片机是太阳能硅片生产中的主要加工设备，因该机床的精度和自动化控制要求较高，因此市场需求长期依靠进口。新乡市华盛天龙数控有限公司于2009年已成功研制出该机床，机床主轴作为该机床的核心部件，要求高转速、高精度、高刚性、高可靠性，其结构性能对机床精度起着非常重要的作用。下面具体分析该机床主轴的结构形式及特点。

1主轴结构图前后轴承座(2，12)分别安装于箱体1的前后支承孔内，后轴承座12为固定连接，前轴承座2可在箱体孔内移动，切割主辊6位于前后主轴(3，8)之间，切割主辊和前主轴3均为空心形式，内穿一根夹紧螺杆4可将主辊夹紧于前后主轴之间，主辊与前后主轴均采用圆锥面定位，定位精度高，传递转矩大。主辊的旋转由主电机(图中未示)通过同步皮带11带动前后主轴旋转来实现［1］。

2主轴轴承

2．1轴承配置该机床主轴的工作条件是:工作时间为24h/d，主轴转速最高达到1500r/min，主辊直径200mm，dmn(速度因数)值约为30万，高速时转速平稳，同时需要频繁正反转换向，换向加减速时间为3s，主轴径向跳动和端面跳动要求均小于5μm，因此主轴转速是设计考虑的重要特性。结合刚度和精度要求，前后主轴均采用高精度、高刚性的四列组合角接触球轴承作为主轴支承，在后主轴靠近传动处增加一组双列角接触球轴承，用以加强后主轴的支承刚性，减小传动外力对主轴的影响。轴承精度均为P4级精度，轴承预紧采用轻预紧，以保证主轴在高速运转下获得较高的回转精度。

2．2主轴轴承的和密封机床主轴采用脂［2］，成本低、免维护且发热量少，不足之处是:(1)脂劣化后会引起轴承烧伤;(2)密封不好，灰尘和磨削液容易侵入。针对上述缺点，采用对主轴轴承的冷却设计(见2．3节)，以避免轴承发热或烧伤。主轴轴承的密封根据其不同部位也进行了合理设计:在前后主轴的外侧，采用迷宫间隙密封，主要防止灰尘进入;在前后主轴的内侧即工作区域采用气密封设计，不断充入的压缩空气将对磨削液侵入起到很好的抑制作用。气密封结构示意图见图2，压缩空气从前主轴端盖上的进气口引入，通过轴承座上一通孔进入左端盖与前主轴的密封槽内，通过间隙密封后沿主轴圆周方向吹出。后主轴轴承的气密封结构同前主轴［3］。

2．3主轴轴承的冷却由于脂使用的脂寿命受轴承温度的影响很大，轴承长时间发热可能导致脂劣化失效，轴承的精度寿命会大大减小，甚至引起轴承烧伤损坏，因此对主轴轴承的冷却设计非常必要。主轴轴承的冷却结构示意图见图2，在端盖的圆周面上有一进水口和一出水口，通过轴承座上的均布孔将前后端盖上的腰形槽互相连通，形成一个冷却水回路。前后主轴结构相同。冷却水的引入，使得主轴轴承温升得到控制，轴承寿命得以提高，对稳定主轴精度发挥了很好的作用。

3主轴精度和性能

主轴轴承采用了进口精密主轴轴承，不仅主轴轴承刚性好，而且精度高，装配后经检测主轴径向跳动和端面跳动均小于3μm，均达到国外同类机床技术指标。因为主轴的设计采用冷水冷却方式和气密封结构，所以轴承的精度寿命长、故障率低，经客户在生产中长期使用验证，该主轴性能稳定可靠，完全可以替代进口产品［4］。

4结论

由以上分析可以看出，多线切片机的主轴结构属于一种新型的双支承主轴结构形式，主轴精度高，设计合理，所采用的主轴轴承的冷却和密封方式使主轴综合性能大大提高，可为其他类别的机床提供很好的借鉴。另外，影响机床主轴精度的因素除了轴承的精度外，还有主轴自身精度、轴承座精度、箱体孔精度、装配等几个方面，由于篇幅有限，不再一一祥述。