一、品牌与主轴基本信息
Capeini 作为全球知名的精密电主轴制造商,其产品广泛应用于高端数控机床领域,尤其在高精度铣削、磨削加工场景中表现突出。本次维修的 Capellini 电主轴为客户生产线核心设备配套部件,具体参数如下:
最高转速:4320 转 / 分钟(持续运行额定转速 3800 转 / 分钟)
润滑方式:油气润滑(润滑周期 20s / 次,油气混合比 1:500)
夹刀方式:外锥(锥度 7:24,适配 ISO 40 刀柄)
热敏类型:PTC 热敏电阻(额定动作温度 125℃,恢复温度 80℃)
附加配置:马波斯(Marposs)在线动平衡仪,支持实时动态平衡补偿,平衡精度等级 G0.4
二、故障场景描述
该电主轴已在客户车间连续运行 5 年,累计运行时长超 12000 小时,近期出现明显故障,影响生产精度与效率,具体故障点如下:
主轴异响故障:主轴启动后转速升至 2000 转 / 分钟时,出现高频 “嗡嗡” 异响,随转速提升异响加剧;当转速达到额定 3800 转 / 分钟时,异响伴随轻微机身震动,经手持测振仪检测,径向振动值达 0.08mm(行业标准≤0.03mm),远超正常范围。
轴承损坏故障:结合异响现象初步判断轴承异常,拆解后确认:主轴前端一对角接触球轴承滚道出现明显剥落痕迹,保持架因磨损发生变形,滚动体表面存在点状凹坑,后端轴承虽无明显损伤,但润滑脂已出现碳化现象(油气润滑系统未及时补脂导致)。
马波斯在线动平衡仪故障:主轴运行中,动平衡仪显示屏数据持续跳变(平衡量数值在 0-50g・mm 间无规律波动),无法稳定采集主轴动态平衡数据;当转速超过 3000 转 / 分钟时,仪器直接报 “传感器通讯错误”,无法执行在线平衡补偿功能,导致主轴高速运行时振动进一步放大。
三、入厂全检方案
为全面排查故障根源、明确维修范围,制定以下入厂全检流程,所有检测数据均通过专业设备采集,确保真实可靠:
(一)外观与安装基准检测
检查主轴外壳、法兰盘表面是否存在碰撞变形、裂纹,确认冷却水路接口无渗漏痕迹(用压缩空气 1MPa 压力测试,保压 5 分钟无压降);
检测主轴安装基准面(法兰端面)平面度:使用大理石平台配合百分表,测量范围覆盖整个法兰面,最大平面度误差≤0.003mm(实测值 0.005mm,超出标准);
检查外锥孔状态:用 ISO 40 标准检验棒(精度等级 IT3)配合百分表,检测锥孔径向圆跳动,近端面 0.002mm、远端面 0.005mm(符合标准,但需清洁锥孔内残留油污)。
(二)性能参数检测
空载转速测试:通过主轴驱动器逐步提升转速至 4320 转 / 分钟,每级停留 3 分钟,记录各转速段运行电流(额定电流 15A,3800 转 / 分钟时实测电流 18.2A,过载 21.3%);
振动与温度检测:在 3800 转 / 分钟空载状态下,用振动分析仪检测主轴前端、中端、后端径向振动值(分别为 0.08mm、0.05mm、0.03mm),同时用红外测温仪监测轴承座温度(最高温度 78℃,超出 PTC 动作预警温度 125℃的安全阈值,但已接近润滑脂失效温度);
马波斯动平衡仪专项检测:
通讯链路检测:用万用表测量传感器信号线通断,确认其中一根信号线存在虚接(接头氧化导致);
传感器精度检测:接入标准信号源(模拟 0-10g・mm 平衡量信号),仪器显示值与标准值偏差达 15%(正常偏差应≤5%),判定传感器线性度异常。
(三)核心部件拆解检测
轴承检测:拆解主轴前后端轴承,用轴承检测仪测量轴承径向游隙(前端轴承游隙 0.012mm,标准值 0.002-0.005mm),观察滚道、滚动体磨损情况,确认轴承需更换;
用兆欧表检测定子绕组绝缘电阻(500V 档位下实测 100MΩ,标准≥50MΩ,符合要求);用百分表检测转子同轴度(最大偏差 0.008mm,标准≤0.005mm,需校直);
接入 12V 直流电源,测量电阻值(常温下 1.2kΩ,升温至 125℃时电阻值跳变至 50kΩ,符合动作特性,无需更换)。
四、维修方
针对全检确认的故障点,结合 Capellini 电主轴技术规范,制定以下维修方案,所有维修步骤均符合行业精密维修标准:
(一)轴承更换与装配
轴承选型:前端轴承更换为同型号 角接触球轴承
装配工艺:
轴承加热安装:采用感应加热法,将轴承加热至 80℃(温度误差 ±5℃),避免高温损伤轴承材料;
预紧力控制:通过专用预紧螺母调整轴承预紧力,在 3800 转 / 分钟空载状态下,测量主轴前端轴向窜动≤0.001mm,确保预紧力适中(过紧会导致温度升高,过松会增加振动)。
(二)主轴精度恢复
法兰端面修复:采用精密磨床对法兰安装基准面进行磨削加工,去除 0.005mm 磨损层,加工后平面度误差≤0.002mm,满足安装精度要求;
转子校直:将转子固定在数控校直机上,通过激光测振仪定位弯曲点(最大弯曲量 0.008mm),采用冷压校直法逐步修正,最终转子同轴度≤0.004mm;
外锥孔清洁与防护:用专用锥孔清洁刷去除残留油污、金属碎屑,涂抹少量主轴锥孔专用防锈油(型号 Molykote D-7409),避免后续使用中刀柄粘连。
(三)马波斯在线动平衡仪维修与校准
通讯链路修复:更换氧化的传感器接头(采用 Marposs 原装接头),重新焊接信号线,用示波器检测信号传输稳定性(无杂波干扰);
传感器校准:连接马波斯专用校准软件(版本 V5.2),输入主轴型号、转速参数,通过标准平衡转子(已知平衡量 10g・mm)进行校准,调整传感器灵敏度,使显示偏差≤3%;
功能测试:模拟主轴 3800 转 / 分钟运行状态,输入不平衡量信号,动平衡仪可自动计算补偿量(补偿精度 ±0.5g・mm),通讯无报错,数据采集稳定。
(四)整机性能测试与验证
空载试运行:将主轴安装在测试台,接通油气润滑系统(确认润滑压力 0.3MPa,油量 0.1mL/min),逐步提升转速至 4320 转 / 分钟,持续运行 2 小时,记录数据:
轴承座最高温度 42℃(≤60℃标准);
前端径向振动值 0.018mm(≤0.03mm 标准);
运行电流 14.8A(接近额定 15A,无过载);
负载测试:模拟客户实际加工负载(输出扭矩 50N・m),运行 1 小时,动平衡仪实时补偿平衡量,振动值稳定在 0.02mm 以内,无任何异响;
PTC 功能验证:通过加热装置使轴承座温度升至 125℃,PTC 电阻值跳变,主轴驱动器触发过载保护,功能正常。
五、维修效果验证
维修完成后,将主轴交付客户现场安装调试,客户反馈:
主轴运行时无明显异响,3800 转 / 分钟额定转速下,振动值稳定在 0.02mm 以内;
马波斯在线动平衡仪可实时采集数据,平衡补偿响应时间≤1 秒,满足高精度加工需求;
连续运行 72 小时后,轴承座温度稳定在 45℃左右,无任何故障报警,完全恢复生产能力。
本次维修严格遵循 Capellini 电主轴技术标准,所有检测、维修数据均通过专业设备验证,确保维修质量符合行业精密电主轴维修规范,为客户降低设备更换成本,缩短停机时间。