高速旋轉的機床主軸,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。為防止箱內油液的滲出及箱外含有粉塵的空氣進入,許多機床采用徑向或端面迷宮式密封。這種密封形式具有結構簡單、工藝性好等優點。目前在各種型號的臥式車床、銑床、鉆床上得到廣泛的應用。在進行數控車床的主軸設計時,優先采用這種結構。但在使用機床中發現,由于主軸箱的溫升和冷卻,使箱體內的空氣體積發生膨脹或收縮。在迷宮式密封的間隙中產生了空氣流動的現象,因而使周圍空氣中的粉塵,如切屑微粒等雜物進入主軸軸承和主軸箱,致使主軸軸承和箱內其它零件發生嚴重磨損,進而導致主軸回轉精度降低,影響了機床的加工性能。
我公司研制了一種被稱為空氣隔離氣密封的結構,經使用檢驗后證明,該結構具有結構簡單、工藝性好的優點,同時較好地克服了迷宮式密封存在的缺點。在一汽大眾的年產30萬輛轎車的齒輪、軸的加工項目招標中,我公司的機床憑借這種氣密封結構一舉中標,為機床產品贏得了市場。
空氣隔離氣密封原理,即在迷宮式密封的基礎上,加大箱體內的空氣壓力,使密封區間隙中的空氣始終保持由箱體內向箱體外流動。這樣不僅阻止了粉塵等雜物進入箱內,而且也吹走了間隙中殘留的污物,保持了箱內的清潔,如圖1所示。
1,7.向外氣環 2,9.向內氣環 3,5.軸承 4.機床主軸 6.前內隔環 8.鼻端罩 10.外壓環 11.后軸承壓環
圖1 CL-20高速全功能數控車床主軸空氣隔離氣密封
在采用空氣隔離氣密封時應注意以下幾點:
當主軸前端采用迷宮式密封時,主軸后端也應采用迷宮式密封或類似結構。箱體內其它部位處于密閉狀態時,主軸前后端也應同時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增加了氣體壓力,在該氣體壓力作用下,主軸箱內的壓力處于平衡狀態或接近平衡狀態,箱體內不會產生大流速的空氣對流現象。
在設計時應考慮,向內氣環上的氣阻應大于向外氣環上的氣阻;向內氣環的間隙應為0.08～0.12mm,而向外氣環的間隙應為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進入主軸密封環。
設計時應考慮到壓縮空氣的凈化及其干燥。
在一般情況下,作用于氣體隔離環上的氣體壓力為0.2～0.4MPa。
箱體內氣壓的建立與主軸旋轉啟動應同步聯鎖,以確保機床運行中箱體內壓力高于箱體外壓力。
由于一般的機械加工現場均配有壓縮空氣氣源接口,故很容易實現空氣隔離氣密封。