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高速电主轴油雾润滑改为油脂润滑的可行性分析

文档作者：李东亚杨浩亮肖汝锋王东峰文档来源：洛阳轴研科技股份有限公司		点击数：	更新时间： 2022年11月06日
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与开发
DOI：10．3969／j．issn．1009-9492．2015．04．025
高速电主轴油雾润滑改为油脂润滑的可行性分析
李东亚，杨浩亮， 肖汝锋，王东峰
(洛阳轴研科技股份有限公司， 河南洛阳471039)
摘要：介绍了电主轴的特点及主要润滑方式，通过油脂润滑电主轴的跑合试验，对比分析跑合过程中轴承的温度变化，从而验
证高速电主轴油雾润滑改为油脂润滑的可行性。
关键词：高速电主轴；油脂润滑；可行性
中图分类号：THI33_3 TH117．2 文献标识码：B 文章编号：1009—9492(2015)04—0094—03
Feasibility Analysis of Grease Lubrication Instead of Oil-M ist
Lubrication for High-Speed M otorized Spindle
LI Dong-ya，YANG Hao-liang，XIAO Ru-feng，W ANG Dong-feng
(LuoyangBearing Science&amp;amp;TechnologyCo．，Ltd．，Luoyang471039，China)
Abstract：The characteristics of motorized spindle and main lubrication methods were introduced．The bearing temperature changes in the
process of running-in was analyzed comparative，through running-in test of grease lubricated motorized spindle，and then the feasibility
of grease lubrication instead of oil-mist lubrication for high-speed motorized spindle was verified．
Key words： high-speed motorized spindle； grease lubrication；feasibility
0引言
随着数控机床的飞速发展，高速电主轴已成
为决定数控机床发展的关键技术之一，相比于传
统皮带传动主轴，电主轴具有调速范围宽、振动
噪音小、可快速启动和准停等优点，不仅具有极
高的生产率，而且可显著地提高零件的加工精度
和表面质量“】。
电主轴轴承的润滑方式主要有油脂润滑、油
雾润滑和油气润滑三种 。
(1)油脂润滑具有一次装脂、使用方便、维
修简单、节能环保等特点，能够适应于大部分中
低速电主轴的使用。
(2)油雾润滑是利用二次雾化装置将液态的
润滑油经压缩空气从油杯中压出，在输油管内形
成微雾，随压缩空气一起喷人轴承工作区，使主
轴轴承得到充分润滑和冷却。油雾润滑允许的极
限转速较高，且更换润滑油简单，故目前高速电
主轴轴承大都采用油雾润滑，但油雾润滑系统可
收稿日期：2015—03—16
控性较差，油雾废气无法集中排除，因此对环境
的污染较为严重。
(3)油气润滑的工作原理是通过微机控制
定量泵的供油频率，以此对润滑油进行定时
定量分配，排出的润滑油与压缩空气混合后
精确地供给轴承，对轴承进行润滑和冷却作
用。其供油量可控、轴承发热低、冷却效果
好， 同时降低了润滑剂的消耗，有效地减轻
或避免对环境的污染，所以油气润滑是电主
轴轴承较为理想的润滑方式，缺点是润滑装
置成本较高。
对比分析三种润滑方式：油雾润滑污染环
境，油气润滑成本较高，那么能否将节能环保的
油脂润滑应用到高速电主轴的使用中来，为此通
过对油脂润滑电主轴跑合试验的数据进行分析，
从而验证高速电主轴油雾润滑改为油脂润滑的可
行性。同时，通过数据验证为高速油脂润滑电主
轴的开发提供参考。
李东亚 等：高速电主轴油雾润滑改为油脂润滑的可行性分析
1试验
1．1试验目的
(1)对比不同品牌的高速密封角接触球轴承
在电主轴中的使用性能；(2)验证高速电主轴油
雾润滑改为油脂润滑的可行性。
1．2试验设备及仪器
试验台架及冷却水箱、120MD48Y5．8电主轴
(油雾润滑改为油脂润滑)、PT100温度传感器、
温度显示仪、TC一2180 冷却水泵、
BF—LDEO15A1SIF1150智能电磁流量计、
VFD075B43A变频控制器。
1．3试验方法及过程
采用同一根120MD48Y5．8电主轴(前轴承使
用内径25 mm轴承、后轴承使用内径20 mm轴
承)，依次安装两种品牌轴承(前后轴承品牌一
致)，分别进行两个工作日的跑合试验。由于电主
轴后轴承散热条件较差，且安装温度传感器较方
便，所以通过检测电主轴后轴承外圈温度所得的
数据作为试验评判依据；前轴承通过停机后检测
前端轴孔温度，来间接地反映前轴承的运行情
况，接线原理图如图1所示。
输出墙
l变频控制器 I 冷却水泵 I
l l
I f前轴承 电主轴 后轴承
i I
I温度显示仪l l温度显示仪l
图1 接线原理图
电主轴的跑合按照速度从低到高、分段进行
的原则，共跑合120 min，具体流程如下。
第一时段1／6转速：运行15 min。
第二时段112转速：运行20 s、暂停2 min，
循环5次。
第三时段3／4转速：运行20 s、暂停2 min，
循环5次。
第四时段全速间歇：(1)运行20 s、暂停2
min，循环5次；(2)运行30 s、暂停2 rain，循环
8次；(3)运行l min、暂停l min，循环lO次。
第五时段全速持续：运行30 min。
2试验结果及分析
针对两种品牌轴承分别进行试验，试验数据
∞
35
3O
p 2s
篝：
lO
S
O
见图2-6，横坐标表示循环次数，纵坐标表示温
度的变化。
图2为第一时段试验数据曲线图，从曲线变
化趋势来看，电主轴在低速1／6转速下运行，前
10 min后轴承温度变化较明显，后5 rain趋于稳
定，主要原因 在于轴承滚动体在轴承内公转运动
时要受到流体的绕流阻力，滚动体的自转运动要
受到流体的搅拌摩擦力矩，所以致使轴承温度上
升明显，经过10 min跑合，后5 min轴承与主轴系
统达到热稳定，所以温度趋于平衡。
3S
30
25
p
20
■ 15
l0
5
0
抽萱 I蕾瓷盅
宦§；；= ·- ； 后温虞
0r
、轴承4运行盾溢度
循环次数
图2 第一时段试验数据曲线图
图3为第二时段试验数据曲线图，当转速升
至112转速时，通过间歇运行与暂停，从曲线上看
不同的轴承温升几乎保持一致且变化不大。
l 2 3 4
锤环次数
图3 第二时段试验数据曲线图
鞋承i■停后飘度
轴承l运行后■座
承2■停厝曩崖
轴承2近行藉量度
承3■停后曩度
泰a运行后曩度
黼誓停后■度
lll@,~g抒詹曩度
图4为第三时段试验数据曲线图，转速继续
升高至3／4转速，从曲线上看不同的轴承温升在前
5次的循环中变化不大(轴承2例外)，在第6次
和第7次循环中，温升变化较为明显且基本保持
一致(轴承2例外)，主要原因是在第6次和第7
次循环中调整了变频器的参数，使得主轴在20 s
内很快到达3／4转速，暂停时间未做调整，以此对
比前5次的循环。
图5为第四时段试验数据曲线图，该时段是
究与开发
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第三时段试验数据曲线图
1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 6 7 8 l 2 3 4 5 6 7 8 9 10
循环次数
图5 第四时段试验数据曲线图
轴薏it■停詹鼍度
承I麓杼詹■虞
承2■停蓐鼍度
赣承2耀抒詹童度
拳}一停后量度
承a露杼晨■度
轴蘑 ■停詹量度
■承●运氍脖t度
辅承l霄捧蕊嚣魔
轴承l遂行嚣翟廑
轴隶2臀停露鼍寝
轴承2避杼震置瘦
轴承}暂降麝馥度
轴承}进行蓐It艘
轴蕊4暂停质强度
轴承4透仔后沮度
将速度升至满速，间歇跑合。从曲线变化趋势来
看，每次运行时间改变时，温升变化较大，停机
暂停期间，轴承与主轴系统温度会平衡调节，经
过几次循环，温升趋于稳定。
图6为第五时段试验数据曲线图，通过前四
个时段的跑合，后轴承温度在较短的时间内达到
热稳定并保持，达到了跑合的目的。
轴承懂舒艨温瘦
轴承攒行脐赫瘦
轴艰l避杼餍沮度
轴承如行船飘瘦
循环次曩
图6 第五时段试验数据曲线图
另外，通过每次循环停机检测前端轴孔温
度，发现前轴承的温度(参考点)较后轴承低
5℃左右，原因在于该试验用电主轴原设计方案
前轴承部位有冷却水腔，而后轴承没有。
根据以上分析可得出以下结论。
(1)不同品牌的高速密封角接触球轴承在电
主轴中的使用性能有细微差别，本次试验所使用
的前轴承的dmn达到了1．62~10 mm·r／min，前轴
承的转速甚至超过了样本所标注的极限转速，但
仅从轴承的高速性能、较低的工作温度等方面考
虑，本次试验所使用轴承的使用性能较为良好。
(2)从一些方面可以验证高速电主轴油雾润
滑改为油脂润滑的可行性，本试验中第五时段后
轴承温度甚至稳定在70℃左右，原因是一方面由
于试验环境较为恶劣(夏天)，并且冷却水箱为普
通水箱，第五时段过程中冷却水的温度甚至升至
35℃ ；另一方面该试验用电主轴本为油雾润滑，
前后轴承各有油雾通道，油雾不仅起到润滑轴承
的作用，而且具有一定冷却作用，并且前轴承部
位有冷却水腔，而后轴承没有，所以该主轴润滑
方式改为油脂润滑后跑合试验中后轴承温度较高。
随着高速、低发热轴承，高速、长寿命润滑
油脂，电主轴冷却技术、电机技术等相关技术的
发展，将节能环保的油脂润滑应用到高速电主轴
的使用中将是一个发展趋势。通过本系列试验，
开发出了转速48 000 r／min、60 000 r／min等高速油
脂润滑电主轴，其在高速性、低温升、较长寿
命、较长精度保持性等方面满足电主轴使用要
求，并取得了较好的使用效果。
3结束语
本文通过120MD48Y5．8电主轴(油雾润滑改
为油脂润滑)采用不同品牌的高速密封角接触球
轴承的进行跑合试验，对跑合数据进行分析，从
而验证高速电主轴油雾润滑改为油脂润滑的可行
性。同时，通过数据验证为高速油脂润滑电主轴
的开发提供参考。
参考文献：
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技术综述[J]．机械工程学报，2009，45 (9)：
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第一作者简介：李东亚，男，1987年生，河南商丘人，硕
士，助理工程师。研究领域：高速电主轴。已发表论文1
篇。 (编辑：向飞)
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