浅谈机床主轴密封结构设计

2018-02-28董青林

科技与创新 2018年4期

董青林

（广州市昊志机电股份有限公司，广东广州 510000）

随着机床行业的飞速发展、加工自动化水平的不断提高，对金属切削刀具的耐用度要求越来越高。为提高刀具耐用度及改善工件加工条件，主轴加工时均采用外部大流量冷却的方式。因此，主轴密封结构设计就显得尤为重要。密封装置的主要目的是防止外部水分、切屑、尘埃等物质侵入轴承，并保证轴承内部润滑剂不发生泄漏。

依据安装形式，机床主轴分为立式主轴和卧式主轴。本文针对上述2钟主轴安装形式，分别介绍主轴密封结构设计和注意事项，为工程师设计主轴密封结构提供参考。

1 主轴密封形式简介

主轴密封形式分为2大类，即接触式密封和非接触式密封。接触式密封形式是利用合成橡胶、合成树脂、毛毡、皮革等材料的端部与旋转体摩擦接触，起到密封的作用。接触式密封因密封件与旋转体直接接触，在主轴工作时使旋转体与密封件摩擦，造成密封件的磨损，同时产生热量。因此，这种形式的密封适用于中、低转速的主轴。典型的主轴接触式密封结构如图1所示。

非接触式密封形式是利用旋转体与非旋转体之间的微小间隙或离心力起到密封的作用。因旋转体与密封件之间未接触，所以，这种密封结构不会产生摩擦和发热，适用于中、高速的主轴。典型的主轴接触式密封结构如图2所示。

图1 接触式密封结构示意图

图2 非接触式密封结构示意图

随着技术的发展，用户对机床主轴转速的要求越来越高，主轴的接触式密封结构已无法满足使用需求，在现有的高速、超高速主轴结构设计中多采用非接触式密封结构。非接触式密封结构分为2类，即轴向密封和径向密封，如图3所示。

图3 轴向密封和径向密封结构示意图

在设计机床主轴密封结构时，并不是单一的密封结构，而是几种密封结构的综合。以下结合笔者多年的工作经验，分别介绍卧式主轴密封结构设计和立式主轴密封结构设计的技术特点，供相关技术人员参考。

2 卧式主轴密封结构设计

典型的卧式主轴密封结构设计如图4所示（比如车床主轴），采用的密封形式为径向密封（一种非接触式密封），特点有以下4个：①轴承外圈由外环压盖压紧，且外环压盖与轴承座之间设计有O形橡胶密封圈。②轴承内圈由锁紧螺母锁紧或者内环压盖和锁紧螺母共同组合锁紧。由锁紧螺母直接锁紧时，在锁紧螺母和转轴的螺纹连接处需涂螺纹密封胶；由内环压盖和锁紧螺母共同组合锁紧时，在内环压盖与转轴之间设计O形橡胶密封圈，同时，在锁紧螺母和转轴的螺纹连接处涂螺纹密封胶。③内环压盖和外环压盖的迷宫处的间隙满足一定的要求时密封效果较佳，即a≥1 mm，0.15 mm≤b≤0.25mm。其中，a为轴向间隙，b为径向间隙。④在外环压盖的正下方设计排泄孔，且排泄孔应尽量大，便于切削液、冷凝水的及时排出。

图4 卧式主轴密封结构设计示意图

图5 立式主轴密封结构设计示意图

3 立式主轴密封结构设计

典型的立式主轴密封结构设计如图5所示（比如立式加工中心主轴），采用的密封形式为径向密封（一种非接触式密封），它的特点与卧式主轴密封结构的特点相同。为了提升主轴的密封性能，可以在外圆柱面1和内圆柱面2之间设计气幕密封结构，主轴工作时开启气幕密封的压缩空气，使气体沿着图5所示箭头方向吹出，有效阻止主轴外部异物进入主轴内部。