油气润滑技术

油气润滑技术在高速加工中心主轴设计中的应用

高岭，姜美娜，鞠修勇

（大连华根机械有限公司辽宁大连116620）

摘要：随着加工中心机床向着高速方向的发展，油气润滑已成为高速加工中心电主轴最理想的润滑方式。文章介绍了一种应用于高速加工中心电主轴的油气润滑方法，有效的解决了高速加工中心机床电主轴的轴承润滑及冷却问题，对其他机床的电主轴设计具有一定的借鉴及指导作用。

关键词：油气润滑；高速加工中心；主轴设计

Application of Oil-air Lubrication in the Design of Moterized Spindle for Machining Center

GAO Ling，JIANG Mei-na，JU Xiu-yong

（Dalian Dragon Machine Tool CO;LTD，Dalian Liaoning 116620）

Abstract：With the development of high speed machining center, oil-air lubrication becomes the best means for the moterized spindle of high speed machining center. The paper introduces an means of oil-air lubrication for the moterized spindle of high speed machining center. It resolve the problem of lubrication and cooling for the moterized spindle of high speed machining center. It can guide and instruct the design for moterized spindle of other machine tools.

Key words：oil-air lubrication；high speed machining center；design of moterized spindle.

0 引言

随着现代工业生产向着高速、高效方向的发展，高速加工机床得到了越来越多的应用。而作为高速加工机床关键部件的电主轴对主轴轴承的要求也越来越高。一方面需要轴承能够更高速、超高速的运转，另一方面也需要通过润滑方式的改善来提高主轴轴承的极限转速。过去机床市场上的电主轴多为油雾润滑方式，后来逐渐被油气润滑方式所取代。近年来，由于油气润滑技术可使电主轴轴承具有极限转速高、温升低和寿命长等优点，现已成为高速、超高速电主轴轴承最理想的润滑方式。

专项项目：高档数控机床与基础制造装备科技重大专项，

“系列高速立、卧式加工中心”课题（2009ZX04001-011）

作者简介：高岭（1983—），女，辽宁省大连人，大连机床集团技术中心工程师，主要从事加工中心机床的设计开发与研究，（E-mail）daxiano1@

1 油气润滑工作原理及优点

油气润滑是利用压缩空气在管道内的流动带动润滑油沿管道内壁连续不断的流动将油气混合并输送至各个润滑点。压缩空气以恒定的压力（0.3-0.4MPa）连续供给，而润滑油是根据各个润滑点的耗油量不同定量供给，因此必须使用油泵作为输油的动力源，还要采用分配器分别供给各个润滑点润滑油。油和气进入润滑点之前必须先进入油气混合阀，在油气混合阀里流动的压缩空气把油吹成细小的油滴附着在管壁上形成油膜随着气流的方向沿管壁流动。在流动工程中，油膜的厚度逐渐减薄但并不凝聚。供油是间断的，间隔时间和每次的供油量都可以根据实际的耗油量进行调节。

油气润滑的优点有：

没有油雾，周围环境不会受到污染，有利于环境保护；供油精确，可以精确计算油量，按照不同的需要输送到每一个润滑点；不存在高黏度润滑油雾化难的问题；系统的工作情况很容易实现电子监控；具有空气冷却的效果，可以降低轴承的运行温度，从而延长轴承的使用寿命，特别适用于滚动轴承；进入轴承内部的压缩空气，使润滑部位保持着一定的正压，使外界赃物和水不能侵入，起到了良好的密封作用。耗油量微少。

2 油气润滑技术在高速加工中心主轴设计中的应用

为适应国家装备制造业的需要和市场需求，大连机床集团于2010年设计开发了高速卧式加工中心HDBS系列。该系列的主轴转速高达24000r/min，在国内同行业中处于领先地位。超高的主轴转速对主轴的结构设计、制造和控制提出了非常严格的要求，并带来了一系列技术难题，如电主轴的轴承润滑、冷却等。必须妥善地解决这些问题，才能确保主轴稳定可靠的高速运转，从而实现高效精密加工。

2.1 轴承的DN值

是否选用油气润滑方式可以由轴承的DN值来确定。一般DN值在2000000-3500000之间时，可以选用油气润滑方式。机床主轴的最大轴承的规格为70×110×20，中径D为90mm，轴承转速N为24000r/min，DN值=90×24000=2160000，可知选用油气润滑方式非常合适。

2.2 轴承所需油量计算

计算公式：Q=D×I×a

式中：Q—每小时的润滑剂消耗量（mm3/h）

D—轴承内径（mm）

I—轴承宽度（mm）

a—形状修正系数（角接触球轴承a=0.01，一般球轴承a=0.02，圆柱滚子轴承a=0.03）

机床主轴中共有4个轴承，前部固定端三个角接触球轴承（规格70×110×20），TBT 布置，后部浮动端一个圆柱滚子轴承（规格55×90×18），

Q1=DIa=70×20×0.01=14 mm3/h=0.014ml/h

Q2=DIa=55×18×0.03=29.4mm3/h=0.0294ml/h

2.3 油气润滑结构组成

油气润滑系统由三部分组成：供油部分、供气部分和油气混合部分。供油部分由电动稀油润滑泵、稀油滤油器等组成。供气部分由过滤调节器、水气分离器、油雾分离器、减压阀和压力开关等组成。油气混合部分由油气混合器、导入管等组成。

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图1 油气润滑系统图

1. 气源接口

2. 过滤调节器

3. 水气分离器和油雾分离器

4. 减压阀

5. 压力开关

6. 电动稀油润滑泵

7. 稀油滤油器8 . 油气混合器

各部分参数：

气源：0.4~0.6MPa，500L/min

过滤调节器：过滤精度5μm

压力开关：设置为0.3MPa

电动稀油润滑泵：容积1.8L，排量150mL/min，压力2MPa，功率20w

稀油滤油器：过滤精度40μm

油气混合器：压力1.0MPa，复位压力0.15MPa，4个分配口，每个分配口排放量0.015mL/次，每小时喷射次数20次左右（可根据实际情况改变喷射次数）。