“四堵两通一兜”解决C 轴防水问题——一种五轴抛光机C 轴的主动防护和被动防护

彭革辉，郭克文

（湖南宇环精密制造有限公司，湖南 长沙 410100）

1 前言

数控五轴抛光机是3C 产品研磨抛光的主力设备。其C 轴是绕Z 轴方向旋转的伺服联动轴，由于是工件旋转轴，其密封属于动密封的范畴。尽管设计了迷宫密封和唇形油封等防水密封措施，但是在抛光工作和清洗机台过程中，需要经受抛光液和冲洗水的冲刷。由于抛光液种类有酸性和碱性，并且酸碱性强度比较强时，对于抛光的辅助作用更好，效率更高，因此，在抛光作业中，在安全可控的情况下，很多工艺倾向采用添加强酸强碱作为抛光液的辅助剂。这样的液体一旦进入C 轴的内部，那么安装在C 轴下面的导轨、丝杆、精密减速机、伺服电机等零部件必将承受严峻的腐蚀考验，上述零部件一旦被腐蚀，那么C 轴精度必然丧失，机床轻则需要大修，重则需要再制造或者报废，因此在五轴抛光领域，C 轴防护是一项很重要的课题[1]。

C 轴难防护是由其工作特点决定的，C 轴既要承担装夹工件的任务，还是旋转联动轴，涉及动密封，C 轴又与V 轴补偿轴相连，必须参与实时力控补偿，C 轴不能受无关外力影响，因此，不可能将C 轴动密封封死，只能采用缝隙较大的迷宫密封，那么，液体在喷射情况下，肯定会从迷宫间隙飞溅到C 轴内部，尽管可以将内部零件尽可能采用不锈钢防锈材质制造，但是，一系列需要精确运动和良好润滑的零件，仍然是防不胜防。

综上，经过全面考察和研究，我们发明了一种C轴主动防护和被动防护相结合的技术，简称为“四堵、两通、一兜”方案，解决了C 轴防水的难题。

2 结构及工作原理分析

2.1 设计原型

图1 是五轴抛光机C 轴的中心拉杆结构。零件1是治具连接板，需要加工的产品和治具就是安装在其上，零件2 是安装在治具连接板里面的上油封，零件3是安装在治具连接板里的下油封，零件4 是拉杆，下部有气缸拉动，可以通过拉杆将产品紧固定在治具连接板和治具上，零件6 是支撑柱，下部安装在零件13精密减速机上，伺服电机驱动精密减速机，带动支撑柱和治具以及产品旋转，实现产品数控仿形加工。整个减速机和伺服电机又安装在零件12 测力传感器的上平面。零件12 测力传感器的组件，又受零件10 伺服电机和零件11 丝杆精确推动，实现力控补偿[2]。

图1

零件4 拉杆下部在支撑柱里面，并且穿过治具连接板，是上下运动的零件，上部暴露在外面，所以会经受抛光液的冲刷，并且抛光液会顺着拉杆向下流动。因此在拉杆通过治具连接板的位置设计了上油封，既防尘防杂质，又起到一定的密封防水作用，为了保证密封效果，还设计了下油封，起到双重保险作用。为了运动顺畅设计了零件5 自润轴承。零件7 迷宫罩和零件8 工作台护罩形成60mm 高的迷宫结构，使得零件8 工作台护罩下面的零件都得到了保护[3]。

纵观上述设计，初看没有不妥，但是经过时间的洗礼，就出现了两个致命的问题。第一，迷宫这里有隐患，因为在工作中，操作工人经常需要清洁机台，会使用气枪和水枪冲洗工作台，高压水流和压缩空气吹得飞溅的水花都会透过迷宫窜到C 轴内部，从而使得内部生锈腐蚀；第二，随着时间的流逝，上油封和下油封都会损坏，当损坏的时候，腐蚀液体就会顺着拉杆进入C 轴中心，从而腐蚀下部的精密减速机等关键零部件。尽管可以要求定期更换油封，但是油封损坏带有不确定性[4]。

2.2 改进后的设计

图2 是改进后的设计结构，增加了防护措施，组合成多道组合密封，完美地解决了相关问题。

图2

从图2 中可以看到：新的结构比原设计好了很多。

首先，密封作用得到了增强，在原来的下油封中，增加了零件10 拉杆封和零件11 塑料王压盖，因为唇形油封一般运用于旋转场合效果比较好，这里拉杆既要进行旋转，又要上下动作，因此，唇形油封不能很好地完成使命。因此，设计了拉杆封和塑料王压盖，起到第三次密封作用。前述一共对漏水的可能性进行了三次防范。同时，在零件治具连接板上，在上下油封的中间设计了一个朝下的排水通道100，这是第一次疏通。如果最上面的油封出现泄漏，那么渗漏进来的水首先大部分会从排水孔排出，减小下面油封的压力。就算泄露，下面还有一个拉杆封[5]。

其次，增设了零件17 挡水帽和零件6 兜水帽，这两个零件组合是一组非常重要的零件，这两个零件互相成就，挡水帽和拉杆通过O 型圈形成静密封，达到稳定的密封效果。兜水帽和支撑柱也通过O 型圈形成静密封，达到良好的密封效果。这对交错的挡水帽和兜水帽形成一个零件罩住另一个零件，就像兜水帽带了一个帽子，这里又形成了一次对渗漏水的堵截，属于第四次“堵”。其中挡水帽和拉杆上下移动，上面一旦有水渗漏下来，首先流到挡水帽上，不会渗漏到中央内部去，至多在此聚集。同时，在这对零件交错的位置，零件5 支撑柱侧壁上，即标示200 的位置，又开了一个中心通往外部的排水孔，这是第二次疏通。当突破层层阻挡而来的水流到这里时，大部分将被从这个排水孔流出，顺着零件5 支撑柱外壁往下流。当流到零件3 支柱密封环上，被该零件阻挡，由于支柱密封环和支撑柱中间有O型圈形成静密封，密封效果好，水也不能渗透到下部的减速机内部，只能往支柱密封环外表面散开流，而再往下流，尽头就是零件1 接水盘了，接水盘在这里起到了一个被动防护的作用，我们称之为“一兜了之”的作用。至此，这些“漏网之鱼”的水，经过重重险阻，冲破道道光卡，最终却是到了零件1 接水盘里，接水盘收集来的水，最终经过导水管排到机舱水道，和水的大部队汇合进入冷却水箱。

另外，在零件4 迷宫罩零件19 工作台护罩之间的迷宫缝隙，在前面有叙述，清洗机台时，会有操作工人使用气枪和水枪冲洗工作台，水汽会透过迷宫窜到C轴内部，但是，当从这个迷宫进去之后，由于迷宫狭缝构造，并且有一定的高度，不会到处飞散，最后的归宿也是零件1 接水盘里，也是被“一兜了之”。

从上述可以看出，这个新的设计，既增加了2 道围追堵截，形成“四道堵截”功能，又增加了“两道疏浚”引导，形成两道疏通，最后来个乾坤大兜底——“一兜了之”，形成多道主动防护和被动防护相结合，彻底解决了密封问题，就算出现密封件老化，突破层层关卡的水，最终也很难对关键零部件进行侵蚀，对内部零件进行了很好的保护。

3 结语

这种五轴抛光机C 轴主动防护和被动防护相结合的技术，即“四堵、两通、一兜”的方案，完美地解决了C轴的防水问题，经过几百台设备的实际应用案例，证明延长了几倍以上的C 轴维护保养周期时间，降低了维修费用，提高了设备的可靠性，最终为客户创造了不菲的经济价值。