高速旋轉(zhuǎn)的機(jī)床主軸,主軸前后端部分伸出主軸箱,主軸軸徑與箱體孔之間存在著間隙。為防止箱內(nèi)油液的滲出及箱外含有粉塵的空氣進(jìn)入,許多機(jī)床采用徑向或端面迷宮式密封。這種密封形式具有結(jié)構(gòu)簡單、工藝性好等優(yōu)點(diǎn)。目前在各種型號(hào)的臥式車床、銑床、鉆床上得到廣泛的應(yīng)用。在進(jìn)行數(shù)控車床的主軸設(shè)計(jì)時(shí),優(yōu)先采用這種結(jié)構(gòu)。但在使用機(jī)床中發(fā)現(xiàn),由于主軸箱的溫升和冷卻,使箱體內(nèi)的空氣體積發(fā)生膨脹或收縮。在迷宮式密封的間隙中產(chǎn)生了空氣流動(dòng)的現(xiàn)象,因而使周圍空氣中的粉塵,如切屑微粒等雜物進(jìn)入主軸軸承和主軸箱,致使主軸軸承和箱內(nèi)其它零件發(fā)生嚴(yán)重磨損,進(jìn)而導(dǎo)致主軸回轉(zhuǎn)精度降低,影響了機(jī)床的加工性能。
我公司研制了一種被稱為空氣隔離氣密封的結(jié)構(gòu),經(jīng)使用檢驗(yàn)后證明,該結(jié)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡單、工藝性好的優(yōu)點(diǎn),同時(shí)較好地克服了迷宮式密封存在的缺點(diǎn)。在一汽大眾的年產(chǎn)30萬輛轎車的齒輪、軸的加工項(xiàng)目招標(biāo)中,我公司的機(jī)床憑借這種氣密封結(jié)構(gòu)一舉中標(biāo),為機(jī)床產(chǎn)品贏得了市場。
空氣隔離氣密封原理,即在迷宮式密封的基礎(chǔ)上,加大箱體內(nèi)的空氣壓力,使密封區(qū)間隙中的空氣始終保持由箱體內(nèi)向箱體外流動(dòng)。這樣不僅阻止了粉塵等雜物進(jìn)入箱內(nèi),而且也吹走了間隙中殘留的污物,保持了箱內(nèi)的清潔,如圖1所示。
1,7.向外氣環(huán) 2,9.向內(nèi)氣環(huán) 3,5.軸承 4.機(jī)床主軸 6.前內(nèi)隔環(huán) 8.鼻端罩 10.外壓環(huán) 11.后軸承壓環(huán)
圖1 CL-20高速全功能數(shù)控車床主軸空氣隔離氣密封
在采用空氣隔離氣密封時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn):
當(dāng)主軸前端采用迷宮式密封時(shí),主軸后端也應(yīng)采用迷宮式密封或類似結(jié)構(gòu)。箱體內(nèi)其它部位處于密閉狀態(tài)時(shí),主軸前后端也應(yīng)同時(shí)采用空氣隔離氣密封,以保證主軸密封的可靠性。由于主軸前后端同時(shí)增加了氣體壓力,在該氣體壓力作用下,主軸箱內(nèi)的壓力處于平衡狀態(tài)或接近平衡狀態(tài),箱體內(nèi)不會(huì)產(chǎn)生大流速的空氣對(duì)流現(xiàn)象。
在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮,向內(nèi)氣環(huán)上的氣阻應(yīng)大于向外氣環(huán)上的氣阻;向內(nèi)氣環(huán)的間隙應(yīng)為0.08～0.12mm,而向外氣環(huán)的間隙應(yīng)為0.15～0.20mm,以保證主軸密封處的氣體壓力大于箱體外的壓力。這樣,空氣中的粉塵等雜物在氣壓的作用下不會(huì)進(jìn)入主軸密封環(huán)。
設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮到壓縮空氣的凈化及其干燥。
在一般情況下,作用于氣體隔離環(huán)上的氣體壓力為0.2～0.4MPa。
箱體內(nèi)氣壓的建立與主軸旋轉(zhuǎn)啟動(dòng)應(yīng)同步聯(lián)鎖,以確保機(jī)床運(yùn)行中箱體內(nèi)壓力高于箱體外壓力。
由于一般的機(jī)械加工現(xiàn)場均配有壓縮空氣氣源接口,故很容易實(shí)現(xiàn)空氣隔離氣密封。