一种车床主轴密封的新结构

高速旋转的机床主轴,主轴前后端部分伸出主轴箱,主轴轴径与箱体孔之间存在着间隙。为防止箱内油液的渗出及箱外含有粉尘的空气进入,许多机床采用径向或端面迷宫式密封。这种密封形式具有结构简单、工艺性好等优点。目前在各种型号的卧式车床、铣床、钻床上得到广泛的应用。在进行数控车床的主轴设计时,优先采用这种结构。但在使用机床中发现,由于主轴箱的温升和冷却,使箱体内的空气体积发生膨胀或收缩。在迷宫式密封的间隙中产生了空气流动的现象,因而使周围空气中的粉尘,如切屑微粒等杂物进入主轴轴承和主轴箱,致使主轴轴承和箱内其它零件发生严重磨损,进而导致主轴回转精度降低,影响了机床的加工性能。

我公司研制了一种被称为空气隔离气密封的结构,经使用检验后证明,该结构具有结构简单、工艺性好的优点,同时较好地克服了迷宫式密封存在的缺点。在一汽大众的年产30万辆轿车的齿轮、轴的加工项目招标中,我公司的机床凭借这种气密封结构一举中标,为机床产品赢得了市场。

空气隔离气密封原理,即在迷宫式密封的基础上,加大箱体内的空气压力,使密封区间隙中的空气始终保持由箱体内向箱体外流动。这样不仅阻止了粉尘等杂物进入箱内,而且也吹走了间隙中残留的污物,保持了箱内的清洁,如图1所示。
1,7.向外气环 2,9.向内气环 3,5.轴承 4.机床主轴 6.前内隔环 8.鼻端罩 10.外压环 11.后轴承压环
图1 CL-20高速全功能数控车床主轴空气隔离气密封

在采用空气隔离气密封时应注意以下几点:

1. 当主轴前端采用迷宫式密封时,主轴后端也应采用迷宫式密封或类似结构。箱体内其它部位处于密闭状态时,主轴前后端也应同时采用空气隔离气密封,以保证主轴密封的可靠性。由于主轴前后端同时增加了气体压力,在该气体压力作用下,主轴箱内的压力处于平衡状态或接近平衡状态,箱体内不会产生大流速的空气对流现象。
2. 在设计时应考虑,向内气环上的气阻应大于向外气环上的气阻;向内气环的间隙应为0.08～0.12mm,而向外气环的间隙应为0.15～0.20mm,以保证主轴密封处的气体压力大于箱体外的压力。这样,空气中的粉尘等杂物在气压的作用下不会进入主轴密封环。
3. 设计时应考虑到压缩空气的净化及其干燥。
4. 在一般情况下,作用于气体隔离环上的气体压力为0.2～0.4MPa。
5. 箱体内气压的建立与主轴旋转启动应同步联锁,以确保机床运行中箱体内压力高于箱体外压力。

由于一般的机械加工现场均配有压缩空气气源接口,故很容易实现空气隔离气密封。