一、案例背景
主轴基本信息:型号为 JAGER Z80 进口电主轴,设计最高转速 45000r/min,采用油脂润滑方式,配备 HSK-25 精密夹刀接口,适配高速精密加工场景,为客户核心生产设备的关键部件。
故障反馈:该主轴累计运行时长约 11000 小时,客户反馈近期加工精度显著劣化(工件径向尺寸公差超差 0.012mm)、主轴空载运转时有异常异响、温升偏高(30 分钟空载后温度达 56℃,超出原厂标准值 8℃),初步判断为长期运行导致轴承损坏,进而引发精度下降故障。
二、入厂全检方案
为精准定位故障根源、量化主轴损伤程度,执行以下全检流程:
(一)基础状态初检
外观与连接检测:检查主轴外壳无磕碰变形,HSK-25 夹刀接口无明显划伤、锈蚀,端部密封件存在轻微渗油痕迹;检测冷却水路通断性,0.3MPa 水压下流量稳定,无堵塞、泄漏;
电气性能检测:通过电主轴专用测试台检测定子绕组绝缘电阻(标准值≥500MΩ,实测 380MΩ,存在轻微绝缘劣化)、三相直流电阻偏差(标准≤2%,实测 1.1%,符合规范),排除电气系统核心故障;
夹刀机构初测:测试 HSK-25 拉刀系统拉力(标准值 3.2kN,实测 2.4kN),拉力不足,初步判定拉刀爪存在磨损。
(二)精度专项检测
径向跳动检测:在主轴前端 30mm 处采用千分表检测,标准值≤0.002mm,实测 0.015mm,超标 6.5 倍;
轴向窜动检测:检测主轴轴向位移量,标准值≤0.001mm,实测 0.007mm,超出阈值;
HSK-25 锥面贴合度检测:采用红丹粉涂覆法测试,标准贴合率≥90%,实测仅 62%,锥面存在磨损、间隙过大问题。
(三)轴承系统深度检测
运转振动检测:空载运转至 10000r/min,通过振动频谱分析仪检测振动烈度,标准值≤2.8mm/s,实测 7.2mm/s,频谱中出现明显轴承特征频率峰值,提示轴承滚道或滚珠损伤;
润滑油脂检测:提取内部润滑油脂,观察到油脂结块硬化、呈深褐色,酸值检测为 0.75mgKOH/g(标准≤0.3mgKOH/g),油脂完全老化失效;
拆解后轴承验证:拆解主轴后确认,前端 7004C 角接触陶瓷球轴承滚道存在点蚀、滚珠表面剥落,后端轴承保持架变形,滚道磨损,轴承完全损坏。
(四)动平衡检测
拆除轴承后检测转子动平衡,不平衡量实测 14g・mm,远超 G2.5 级动平衡标准(≤5g・mm),存在动平衡失衡问题。
三、维修方案
针对全检确认的轴承损坏、精度劣化、油脂老化、锥面磨损等问题,制定以下维修方案:
(一)标准化拆解流程
按 JAGER Z80 原厂拆解规范,依次拆除外壳、冷却套、定子组件,对所有拆解部件进行编号标记,避免混淆;
使用专用工具拆卸损坏轴承,采用冷拆法保护主轴轴颈、轴承座孔不受损伤;
采用超声波清洗机(频率 40kHz)清洁轴颈、轴承座、HSK-25 锥面等精密部位,清除油污、铁屑及老化油脂残留。
(二)核心部件修复与更换
轴承更换:选用 JAGER 原厂配套 角接触陶瓷球轴承(适配 45000r/min 高速工况),替换全部损坏轴承;
锥面修复:对 HSK-25 锥面进行精密镀磨,恢复锥面光洁度与贴合度;
拉刀机构维修:更换磨损拉刀爪、弹簧组件,调试拉刀拉力至标准值;
润滑系统更新:清除全部老化油脂,加注 JAGER 原厂指定 KLUBER ISOFLEX TOPAS NB 5051 高速主轴专用油脂,单端轴承加注量严格控制为 0.8g,确保润滑充分且无冗余。
(三)精密装配与调试
轴承装配:采用热装法(加热温度≤120℃)装配新轴承,装配后调整轴承预紧力至 120N(适配 45000r/min 转速的最佳预紧参数);
转子装配:将修复后转子与定子精准对位,保证气隙均匀(偏差≤0.02mm);
整机装配:按原厂工艺紧固各部件,主轴端盖螺栓力矩设定为 8N・m,外壳紧固力矩 10N・m,确保装配精度。
(四)动平衡与性能校正
转子动平衡校正:通过高精度动平衡机进行 G2.5 级校正,最终不平衡量控制在 3.2g・mm;
整机动平衡检测:装配完成后进行整机动平衡测试,45000r/min 转速下振动烈度≤2.3mm/s,符合标准;
精度复校:再次检测径向跳动(0.0012mm)、轴向窜动(0.0006mm),均达到原厂精度要求。
(五)空载与负载验证
分阶段升速测试:依次在 10000r/min、25000r/min、45000r/min 转速下各运行 30 分钟,监测温升(最高 43℃)、振动、异响,无异常;
负载模拟测试:接入加工设备模拟实际工况运行 2 小时,加工工件尺寸公差控制在 0.003mm 内,精度完全恢复。
四、验收与交付
出具完整报告:向客户提供入厂全检数据、维修过程记录、性能测试报告,明确各项参数达标情况;
质保与维护指导:提供 6 个月质保(含轴承质保),指导客户每 2000 小时更换一次润滑油脂,定期检测 HSK-25 锥面贴合度;
现场验收:客户现场确认主轴运行状态、加工精度符合生产需求,完成交付。