横型マシニングセンタにおける主軸の発熱、高騒音、精度の低下、不安定な動作を考慮し、検出、分解、メンテナンスを通じて主軸の構造を理解し、メンテナンスプロセスを見直して整理し、主軸の分解、取り付け、検出、調整方法をまとめ、主軸の精度を回復し、今後同様の主軸を保守する際の信頼できるリファレンスを提供します。
1. はじめに あるマシニングセンタの主軸は発熱し、精度が悪く、騒音も大きいため、生産プロセスの関連要件を満たすことができません。メンテナンス前の主軸軸方向振れは0.02mm、主軸径方向円周振れは近端で0.02mm、近端から300mmの振れは0.05mmです。主軸の精度を回復するには、主軸を分解して一つ一つ確認し、磨耗したベアリングを交換して再組み立てし、デバッグして精度を回復する必要があります。現状では主軸保守のための専用の分解・組立工具や保守・点検台が存在せず、保守品質を保証することが困難です。分解、設置、調整が不適切な場合、短期間にスピンドルの修理が二度必要となり、設備の稼働率や加工効率に重大な影響を及ぼします。
工作機械のマニュアルを参照し、主軸構造図を注意深く観察し、主軸の内部構造を注意深く分析して理解し、保守計画を策定して実行し、保守プロセスを改良し、主軸の分解、取り付け、試験、調整に関する一連の保守アイデアを作成し、高品質で主軸の保守を完了することによって、主軸の保守が完了します。
2. マシニングセンタのコンポーネント紹介 2.1 主軸箱
スピンドルボックスは複柱柱のフレーム中央に取り付けられています。{0}}主軸は2本の直動案内装置と1対のボールねじにより上下(Y軸)に移動します。ボールねじペアの上端に取り付けられたサーボ モーターには、パワーオフ ブレーキ用のパワーオフ ブレーキが付いています。-主軸モータは主軸箱の後方に設置され、主軸工具リリース装置と主軸テーパ穴吹き付け装置も主軸箱の後方に設置され、主軸箱とともに上下に移動します。スピンドルの正確な停止は、スピンドルモーターに搭載されたエンコーダーによって実現されます。スピンドルボックスの上下動は油圧バランス方式を採用しています。バランス油圧シリンダとアキュムレータを使用してスピンドルボックスの上下バランスを完成させ、Y軸の移動精度を向上させ、Y軸サーボモータの負荷を軽減します。スピンドルベルトの締め付けは、調整ネジ[1]でモーター取り付けプレートを調整することによって実現されます。
2.2 スピンドルアセンブリ
スピンドルアセンブリは、スピンドル、スピンドルフロントベアリングアセンブリ、スピンドルリアベアリングアセンブリ、スピンドルベルトアンロードデバイス、スピンドルプルロッドデバイス（ツールクランプ）およびスピンドルサポートスリーブで構成されます。
主軸アセンブリは、主軸支持スリーブに組み込まれ、主軸支持スリーブのフランジ端面を介して主軸ボックスにねじ固定されます。主軸テーパ穴のテーパは7:24です。スピンドルアセンブリは精密に加工され、特別に組み立てられています。スピンドルの前後のベアリング アセンブリにはマークが付けられています。分解、取り付けの際は精度に影響を与えないようマークの位置に注意してください。スピンドルベアリングアセンブリの予圧とシャフトシステムの精度を確保するには、スピンドルアセンブリの前後ベアリングの内側スペーサーと外側スペーサーの平行度は0.003mm以下、内側スペーサーと外側スペーサーの平面度は0.002mm以下である必要があります。スピンドルサポートスリーブの端面とスピンドルボックス取り付けの端面を削り、研磨して、スピンドル軸が Z 軸に平行で X 軸に垂直になるようにします。
2.3 スピンドルドローバーブローチとツールリリース装置
スピンドルドローバーブローチは72枚の皿バネ板で構成されています。ドローバー端の弾性爪がツールハンドルのプルピンをスピンドルのテーパー穴にクランプします。クランプ力は約17800Nです。工具のクランプ力は主軸ドローバー後端のナットで調整します。主軸群後端に取り付けられた油圧シリンダが主軸ドローバーを前方に押して工具をリリースします。スピンドルドローバーツールリリースの位置は、油圧シリンダーの雄ねじによって調整され、調整ナットによってロックされます。スピンドルツールのクランプ位置とリリース位置は、2 つの近接スイッチによって受信され、フィードバックされます。注: 工作機械の主軸をオンにするときは、まず工具または工具ハンドルを主軸のテーパ穴にクランプしてから、主軸をオンにする必要があります。スピンドルの前群軸受、後群軸受、アンロードサポート軸受はすべてグリスで潤滑されています。主軸テーパ穴クリーニングエアは、空圧システム[2]により主軸タイロッドの中心穴からエアパイプを通って主軸テーパ穴に吹き込まれます。
2.4 主軸工具冷却装置
冷却システムは、スピンドルサポートスリーブの 5 方向冷却穴を通ってスピンドル先端の冷却ノズルに冷却空気を送り、工具を冷却します。
2.5 内冷主軸群（主軸軸受グリース潤滑）
内部冷却スピンドルグループのスピンドルベアリングはグリース潤滑されており、スピンドルは外部循環冷却されています。スピンドルテールにはロータリージョイントを介してクーラントと圧縮空気が供給されます。
2.6 ロボット
スピンドル工具と工具マガジン間の工具交換は、双爪ロボットによって行われます。-加工中、工具マガジンは加工する次の工具を事前に選択し、工具ホルダー (工具) を 90 度反転して位置決めし、工具交換コマンドを待ちます。-プログラムが完了すると各座標軸が工具交換位置に戻り、同時に主軸が停止します。工具交換コマンドが与えられると、工具交換ドアが開き、マニピュレータが伸びて工具をつかみます。工具が爪によってしっかりとクランプされた後、スピンドル工具リリース油圧シリンダが作動してスピンドル工具プーラー機構を解放し、スピンドルのテーパ穴が清掃され、吹き飛ばされます。工具のリリースが完了した後、マニピュレータは工具の油圧シリンダを挿抜してスピンドルのテーパ穴と工具スリーブのテーパ穴から工具を引き出し、油圧スイングシリンダはマニピュレータを180度回転させて工具を交換する。工具を所定の位置に配置した後、マニピュレータが工具油圧シリンダを抜き差しして、交換した工具を工具ライブラリの主軸テーパ穴または工具スリーブテーパ穴に再挿入します。主軸テーパ穴からエアが吹き付けられ、主軸工具リリース油圧シリンダがリセットされ、主軸工具プーラー機構が皿バネを介して主軸テーパ穴に工具を再クランプします。{7}}最後にマニピュレータが後退し、工具交換ドアが閉じて工具交換動作が完了します[3]。
Ⅲ．主軸の精度不良の解決方法と対策 3.1 主軸の保守計画
メンテナンス前に点検・分解を行い、スピンドル前端カバーのネジを外し、カバーを取り外してください。スピンドル緩めピストンの後端とそれに接続されているオイルとエアのパイプラインを取り外し、パイプライン内の作動油を排出し、ゴミやゴミがパイプ内に侵入しないようにパイプの口を包みます。スピンドルとギアボックスを接続しているカップリングを取り外し、スピンドルをギアボックスから外します。スピンドル後端のプルロッド調整用丸ナットを外し、組立時の参考として記録しておきます。スピンドル後端のプルロッドを前方にノックして外し、皿バネを取り出します。スピンドルスリーブを引き抜きます。スピンドルの後端にある軸方向位置決めスリーブを取り外します。スピンドルを左に引いて移動させます。主軸を引いて移動させながら、ラジアル円筒ころ軸受をノックして取り外します。アジャストリングを外し、ロックナットの止めネジ、フロントベアリンググループの順に外します。
分解したスピンドル、プルロッド等の細い部品は洗浄し、保護油を塗布し、曲がりや変形を防ぐために垂直に置きます。その後、残りの部品を分解して洗浄し、適切に保管してください。スピンドルの分解中にさらに観察し、元の組み立てベンチマークに注意を払い、対応するマークを付けて、障害点を見つけてみます。
組立前には各部品を厳重に洗浄し、組立時には事前に軸受に適量のグリスを塗布するよう注意してください。組み立て順序は上記の分解順序と逆になります。最後に、スピンドル アセンブリが無負荷でデバッグ、取り付け、テストされます。
3.2 スピンドルの分解
1) 分解前に主軸を確認してください。現場で主軸の動作を確認してください。主軸回転数が1000r/minの時、主軸後端から明らかな異音が発生します。主軸が停止し、磁気メータホルダがワークテーブルに吸着され、同時にY軸が下降します。スピンドル外周には0.01mm精度のダイヤルインジケータ接点が圧入されています。ハンドルギアを使用して X 軸を移動し、最高点を見つけます。ダイヤルインジケータの接点は、スピンドルの外面の最高点、つまり上部母線の位置に押し付けられます。主軸を手動で回転させて主軸を 1 回転させます。ダイヤルインジケーターポインターは 2 つのグリッドを 0.02mm 偏向させます。同様の方法で、スピンドルコアロッド端面のダイヤルインジケータ接点を押し、Z軸を動かし、メーターを押し、メーターをゼロに合わせた後、手動でスピンドルを回転させます。ダイヤルインジケータポインタは 2 つのグリッドを偏向させます。つまり、スピンドルの軸方向の移動は 0.02 mm です。スピンドル前端カバーを開けて確認してください。すべて正常で、ベアリングは見つかりません。 Y 軸を最下端に移動すると、スピンドル ボックスの内部伝達構造が表示されます。スピンドルボックスの上端には、左から右へ3本の黒いゴムチューブがあります。左側の2本はスピンドル冷却装置を繋ぐオイルパイプです。オイルパイプの継手を開くと、オイルパイプ内にオイルは流れていません。油管をたどってみると、この２本の油管はスピンドル冷凍機の循環油管で、もう１本のゴム管は冷却水管であることがわかります。
冷蔵庫の動作状況を確認したところ、冷蔵庫の電源は正常でした。さらに表示パネルを観察したところ、冷蔵庫のポンプが作動しておらず、冷凍装置も作動していないことが判明した。冷蔵庫の背面カバーを開け、冷却ポンプモーターのファンブレードが回転せず、冷却ファンも回転しないことを確認します。マルチメーターを使用して 3 つの回路上のガラス管ヒューズを測定します。すべて無傷です。ドライバーを使用して左側のコンタクタを強く押すと、冷却モーターが回転することを確認します。ただし、ドライバーを外すとコンタクタの接点がリセットされ、冷却モータが停止します。同じ方法で右側のコンタクタを強く押して、冷蔵庫の冷却ファンが動作していることを確認します。圧力が停止すると、コンタクタの接点がリセットされ、冷却ファンが停止します。上記作業の結果、冷蔵庫の制御回路に問題があることが判明しました。さらに検査を行ったところ、左下隅の制御回路基板に問題があることが判明しました。同仕様の基板に交換後、冷凍機は正常に動作し、スピンドル冷凍装置も正常に循環しました。
主軸回転数が1000r/minの場合、30分間アイドル状態にしても異音が発生しました。速度を800r/minに変更すると騒音が大きくなりました。包括的な分析の結果、スピンドル アセンブリを分解し、ベアリングを交換し、ベアリングを事前に締める必要があることがわかりました [4]。
2) スピンドルボックスの周囲のガードプレートと、スピンドル上の周囲の石油およびガスのパイプラインおよびラインを取り外します。主軸の分解に便利な位置で工作機械を停止し、非常停止ボタンを押して主電源を遮断し、主軸ボックスの隔壁やシールド、その他分解を妨げる周辺付属品を分解し、工具を掴んだり放したりする際に石油やガスのパイプラインや検出スイッチの位置に印を付けて取り外します。工具リリース用油圧シリンダを外すと主軸後端カバーが露出します。
3) スピンドルプーリーのベルトを緩めます。スピンドルモーターの固定ボルトを緩め、ベルトを緩めてプーリーをベルトから外した後、スピンドルテーパ穴端面の止めねじを緩め、スピンドル後端にアルミ棒を当ててスピンドルを叩き出し、スピンドルを分解します。
3.3 スピンドルの分解
スピンドルの構造を図1に示します。後カバーを外し、ナットを緩め、前端からプッシュロッドを取り出し、後端から皿バネを取り出し、点検、清掃し、整理します。
図1 スピンドル構造
1-軸コア 2-フロントエンドカバー 3-アクスルシート 4、8-ベアリング 5-第一ロックナット 6-貫通穴
7-皿バネ 9-ダストカバー 10-第一円弧歯プーリー 11-第二ロックナット
12-第 2 円弧歯付きプーリー 13-ナット 14-第 3 ロックナット 15-後端カバー 16-プッシュロッド
17-1番目のスペーサー 18-2番目のスペーサー 19-引き爪 20-ボルト プーリーを徐々に取り外し、ダストカバーを取り外します。主軸軸受を分解したところ、主軸先端の複列スラストラジアル玉軸受の保持器が破損していた。この現象が主軸の故障箇所です。ベアリングを交換して事前に締める必要があります。分解した部品を灯油で洗浄し、特に取り付け基準面とスペーサリング[5]の端面に凹みや摩耗がないか確認します。
3.4 スピンドルアセンブリ
スピンドルを作業台に固定し、スピンドルコアの外面に潤滑油を均一に塗布します。下部スペーサをスピンドルコア先端の外面に取り付けます。スペーサーリングの平行度は0.002mm以内に管理してください。リテーナとベアリングのボールとの隙間にグリスを均一に塗布した後、ベアリングを主軸コア先端外面に背中合わせに取り付けます。内側と外側のスペーサーを取り付けます。内外スペーサーの平行度は0.002mm以内です。ベアリングの組み合わせに応じてベアリングを取り付けていきます。最初にスピンドルフロントサポートベアリンググループを取り付け、次にスピンドルリアサポートベアリンググループを取り付けます。内輪スペーサーとロック ナットを取り付けて (図 2 を参照)、ベアリング アセンブリをあらかじめ締めて、分解寸法に従ってロック ナットを取り付けます。-
図2 前側軸受Ass'yに内輪間座とロックナットを取り付ける ロックナットの調整後、図3に示すように内輪間座と外間座が主軸中心点から0.01mm以内にあるか、軸受端面の平面度が0.002mm以内であるかをマイクロメータで確認してください。
図3 マイクロメータを使用した内外スペーサと軸受端面の平坦度の確認 軸受にマイクロメータを固定し、主軸自由端のラジアル振れが0.005mm以内であることを確認します。公差を外れている場合は、ロックナットの緩み止めネジで調整する必要があります。-リアエンドサポートベアリングを背中合わせに取り付けます。まず、冷却循環溝のあるスリーブの内面をきれいに拭き、スリーブ内面にグリースを均一に塗布してから、スピンドルコアと軸受アセンブリをスリーブにねじ込みます。つまり、スピンドルアセンブリの可動部と静止部を組み立てます[6]。
スペーサー リングとアセンブリ ロック ナットを順番に取り付け、スピンドルのリア サポート ベアリング グループを事前に締めます（図 4 を参照）。{0}}
図 4 スピンドルのリア サポート ベアリング グループの仮締めを図 5 に示します。スピンドルのフロント カバーを取り付け、スピンドルを V- ブロック上に水平に置き、隙間ゲージを使用して隙間を 0.03 mm 以内に調整します。スピンドルのラジアル振れをマイクロメーターで0.002mm以内で確認し、ロックナットで調整してください。ブローチ加工装置を組み立てます。工具緩め用油圧シリンダを組み立て、シンクロプーリを取り付け、スピンドルおよび周辺アクセサリを取り付けます。
図5 スピンドル前カバーの取り付けと調整 3.5 スピンドルテスト
スピンドルテストは低速から高速まで徐々に実行する必要があり、アイドリングは 2 時間を超え、高速回転は 30 分を超えてはなりません。-ベアリングの温度は、工作機械の稼働中いつでもチェックする必要があります。スピンドル転がり軸受の温度は最高速度で 70 度を超えてはなりません。運転中は機械の回転音に注意してください。正常に動作している場合、音は一定のヒューという音になります。異常がある場合には、ギヤノイズ、軽いノック音、かすれた摩擦音、金属衝突音等の様々な異音が発生する[7]。 IV.おわりに 継続的な練習と蓄積により、マシニングセンタの主軸を分解修理することで、装置の主軸加熱、精度不良、騒音の故障が解消され、主軸精度が回復しました。その過程で、工作機械主軸の機械構造を熟知し、修理・組立・調整方法を習得し、豊富なメンテナンス経験を蓄積し、今後の装置のメンテナンスに向けた信頼できる技術データを提供してきました。
