数控机床常见机械课件

1、数控机床常见机械故障及其维修 2010.5.27 数控机床机械部分的故障与普通机床机械部分的故障有许多共同点，因此在对机械故障进行诊断及维修时，有许多地方是相通的。但是，数控机床大量采用电气控制与电气驱动，这就使得数控机床的机械结构与普通机床的机械结构相比有很大的简化，使其机械结构的故障呈现出一些新的特征。在实际中，机械故障的种类繁多，此处只介绍一些共性的部件故障，如主传动系统、进给系统、机床导轨等。 首先介绍数控机床主传动系统与主轴部件的故障诊断与维修；然后介绍进给系统的二个主要部件滚珠丝杠副和导轨副的故障诊断与维修；最后介绍刀库及换刀装置的故障及维修。 一、数控机床主传动系统与主轴部件的故

2、障诊断与维修 数控机床的主传动承受主切削力，它的功率大小与回转速度直接影响着机床的加工效率。而主轴部件是保证机床加工精度和自动化程度的主要部件，它们对数控机床的性能有着决定性的影响。 由于数控机床的主轴驱动广泛采用交、直流主轴电动机，这就使得主传动的功率和调速范围较普通机床大为增加。同时为了进一步满足对主传动调速和转矩输出的要求，在数控机床上常采用机电结合的方法，即同时采用电动机调速和机械齿轮等变速这两种方法。 2、主轴部件 数控机床主轴部件是影响机床加工精度的主要部件，要求主轴部件具有与本机床工作性能相适应的高回转精度、刚度、抗振性、耐磨性、和低的温升，其结构必须很好的解决刀具和工具的装夹、

3、轴承的配置、轴承间隙调整和润滑密封等问题。 数控机床的主轴部件主要有以下几个部分： 主轴本体及密封装置、支承主轴的轴承、配置在主轴内部的刀具卡进及吹屑装置、主轴的准停装置等。 主轴的结构根据数控机床的规格、精度采用不同的主轴轴承。一般中小规格的数控机床的主轴部件多采用成组的高精度滚动轴承；重型数控机床采用液体静压轴承；高精度数控机床采用气体静压轴承；转速达20000r/min的主轴采用磁力轴承或氮化硅材料的陶瓷滚珠轴承。 为了保证主轴有良好的润滑，减少摩擦发热，同时又能把主轴组件的热量带走，通常采用循环式润滑系统，主要有油气(油雾 )润滑方式 和喷注润滑方式 。同时就必须采用有效的方式防泄露。

4、 在自动换刀机床(加工中心)的刀具自动夹紧装置中，刀具自动夹紧装置的刀杆常采用7：24的大锥度锥柄，既利于定心，也为松刀带来方便。用蝶形弹簧通过拉杆及夹头拉住刀柄的尾部，使刀具锥柄和主轴锥孔紧密配合，夹紧力达10000N以上。松刀时，通过液(气)压缸活塞推动拉杆来压缩蝶形弹簧，使夹头张开，夹头与刀柄上的拉钉脱离，刀具就可拔出进行新、旧刀具的更换，新刀装入后，液(气)压缸活塞后移，新刀具又被蝶形弹簧拉紧。在活塞推动拉杆松开刀柄的过程中，压缩空气由喷气头经过活塞中心孔和拉杆中的孔吹出，将锥孔清理干净，防止主轴锥孔中掉入切屑和灰尘，把主轴锥孔表面和刀杆的锥柄划伤，同时保证刀具的正确位置。 3、主传动

5、系统的常见故障及排除方法 序号故障现象故障原因排除方法1主轴发热 主轴轴承损伤或轴承不清洁 更换轴承，清除脏物 主轴前端盖与主轴箱体压盖研伤 修磨主轴前端盖，使其压紧主轴前轴承，轴承与后盖有0.020.05mm间隙 轴承润滑油脂耗尽或润滑油脂涂抹过多 涂抹润滑油脂，每个3ml 2主轴在强力切削时停转 电动机与主轴连接的皮带过松移动电动机座，拉紧皮带，然后将电动机座重新锁紧皮带表面有油用汽油清洗后擦干净，再装上皮带使用过久而失效更换新皮带摩擦离合器调整过松或磨损调整摩擦离合器，修磨或更换摩擦片3主轴噪声 缺少润滑涂抹润滑脂保证每个轴承涂抹润滑脂量不得超过3ml小带轮与大带轮传动平稳情况不佳带轮上

6、的平衡块脱落，重新进行动平衡主轴与电动机连接的皮带过紧移动电动机座，使皮带松紧度合适齿轮啮合间隙不均匀或齿轮损坏调整啮合间隙或更换新齿轮传动轴承损坏或传动轴弯曲修复或更换轴承，校直传动轴4主轴没有润滑油循环或润滑不足油泵转向不正确，或间隙太大改变油泵转向或修理油泵吸油管没有插入油箱的油面下面将吸油管插入油面以下2/3油管和滤油器堵塞清除堵塞物润滑油压力不足调整供油压力5润滑油泄漏润滑油过量调整供油量密封件损坏更换密封件管件损坏更换管件4、主传动系统维修实例 略1、滚珠丝杠副的安装 数控机床的进给系统要获得较高的传动刚度，除了加强滚珠丝杠螺母本身的刚度之外，滚珠丝杠正确的安装及其支承的结构刚度也

7、是不可忽视的因素。螺母座及支承座都应具有足够的刚度和精度。通常都适当加大和机床结合部件的接触面积，以提高螺母座的局部刚度和接触刚度，新设计的机床在工艺条件允许时常常把螺母座或支承座与机床本体做成整体来增大刚度。 2)、固定+支承方式：如图2所示，丝杆一端固定，另一端支承。固定端同时承受轴向力和径向力；支承端只承受径向力，而且能作微量的轴向浮动，可以减少或避免因丝杆自重而出现的弯曲，同时丝杆热变形可以自由地向一端伸长。图21电动机 2弹性联轴器 3轴承 4滚珠丝杆 5滚珠丝杆螺母 3)、两端固定方式：如图3所示，丝杆两端均固定。固定端轴承都可以同时承受轴向力，这种支承方式，可以对丝杆施加适当的预

8、紧力，提高丝杆支承刚度，可以部分补偿丝杆的热变形。 图3 1电动机 2弹性联轴器 3轴承 4滚珠丝杆 5滚珠丝杆螺母 2、滚珠丝杠副的防护及润滑 1)、滚珠丝杠副的防护：滚珠丝杠副和其他滚动摩擦的传动器件一样，应避免硬质灰尘或切屑污物进入，因此必须装有防护装置。根据不同的场合和要求，常采用如螺旋弹簧钢带套管、伸缩套管以及折叠式套管等封闭的防护罩和密封圈如迷宫式密封圈等防护 。 2)、轴向间隙的调整：为了保证反向传动精度和轴向刚度，必须消除轴向间隙。双螺母滚珠丝杠副消除间隙的方法是，利用两个螺母的相对轴向位移，使两个滚珠螺母中的滚珠分别贴紧在螺旋滚道的两个相反的侧面上。此外还要消除丝杆安装部分和

9、驱动部分的间隙。常用的双螺母丝杆间隙的调整方法有：垫片调隙式、螺纹调隙式及齿差调隙式。如图4所示。图（a）为垫片调隙式结构；图（b）为螺母调隙式结构；图（c）为齿差调隙式结构图。 a b c 图4 滚珠丝杠副调隙结构 滚珠丝杠副的最大特点是可以采用予紧结构来消除传动间隙，上述三图其基本原理都是使两个螺母间产生轴向位移，以达到消除间隙和产生预紧力的目的。但此时应切实控制好预紧力的大小。如预紧力过小，不能完全消除轴向间隙，起不到预紧的作用，如预紧力过大，又会使空载力矩增加，从而降低传动效率缩短使用寿命。有资料表明适当施加予紧力可以提高丝杠螺母副的刚度2040；但是过大的予紧力会加大驱动力矩.缩短丝

10、杠的使用寿命。通常在中，小型数控铣床的丝杠副予紧力取其轴向负荷的1/3。3、滚珠丝杠副的常见故障及排除方法 序号故障现象故障原因排除方法1滚珠丝杠螺母副噪声 丝杆支承轴承的压盖压合情况不好调整轴承压盖，使其压紧轴承端面丝杆支承轴承可能破损如轴承破损更换新轴承电动机与丝杆联轴器松动拧紧联轴器锁紧螺钉丝杆润滑不良改善润滑条件，使润滑油量充足滚珠丝杠螺母副滚珠有破损更换新滚珠2滚珠丝杠运动不灵活轴向预加载荷太大调整轴向间隙和预加载荷丝杆与导轨不平行调整丝杆支座的位置，使丝杆与导轨平行螺母轴线与导轨不平行调整螺母座的位置丝杆弯曲变形校直丝杆3滚珠丝杠螺母副传动状况不良滚珠丝杠螺母副润滑状况不良用润滑脂

11、润滑的丝杆需要移动工作台取下套罩，涂上润滑脂思考题：1、XK713加工过程中X轴出现跟踪误差过大报警，试分析其原因；2、某车床在Z向移动时有明显的机械抖动，试分析其原因。贴塑滑动导轨剖面图1-床身；2-工作台；3-下压板；4-导轨软带；5-贴有导轨软带的镶条2、导轨副的维护 1)、间隙调整 导轨副维护很重要的一项工作是保证导轨面之间具有合理的间隙。间隙过小，则摩擦阻力大，导轨磨损加剧；间隙过大，则运动失去准确性和平稳性，失去导向精度。下面介绍几种间隙的调整方法。镶条调整间隙。图2（a）所示为一种全长厚度相等、横截面为平行四边形（用于燕尾形导轨）或矩形的平镶条，通过侧面的螺钉调节和螺母锁紧，以其

12、横向位移调整间隙。由于收紧力不均匀，故在螺钉的着力点有挠曲。图2（b）所示为一种全长厚度变化的斜镶条及三种用于斜镶条的调节螺钉，以其斜镶条的纵向位移来调整间隙。斜镶条在全长上支承，其斜度为1：40或1：100，由于锲形的增压作用会产生过大的横向压力，因此调整时应细心。 （a）等厚度镶条 （b）斜镶条图2 镶条调整间隙压板镶条调整间隙。 如图3所示，T形压板用螺钉固定在运动部件上，运动部件内侧和T形压板之间放置斜镶条，镶条不是在纵向有斜度，而是在高度方面做成倾斜。调整时，借助压板上几个推拉螺钉，使镶条上下移动，从而调整间隙。三角形导轨的上滑动面能自动补偿，下滑动面的间隙调整和矩形导轨的下压板调整

13、底面间隙的方法相同；圆形导轨的间隙不能调整。 图3 压板镶条调整间隙 2)、滚动导轨的预紧 为了提高滚动导轨的刚度，对滚动导轨应进行预紧。预紧可提高接触刚度和消除间隙；在立式滚动导轨上，预紧可防止滚动体脱落和歪斜。常见的预紧方法有两种。 采用过盈配合。预加载荷大于外载荷，预紧力产生过盈量为23m，过大会使牵引力增加。若运动部件较重，其重力可起预加载荷作用，若刚度满足要求，可不施加预紧载荷。预紧载荷的大小，客户在订货时提出要求，由导轨制造厂商解决。 调整法。利于螺钉、斜块或偏心轮调整来进行预紧。4)、导轨的防护 为了防止切屑、磨粒或冷却液散落在导轨面上而引起磨损、擦伤和锈蚀，导轨面上应有可靠的防

14、护装置。常用的刮板式、卷帘式和叠层式防护罩，大多用于长导轨上。在机床使用过程中应防止损坏防护罩，对叠层式防护罩应经常用刷子蘸机油清理移动接缝，以避免碰壳现象的产生。3 、导轨副的常见故障及排除方法 影响机床正常运行和加工质量的主要环节是：导轨副间隙；滚动导轨副的预紧力；导轨的直线度和平行度以及导轨的润滑、防护装置。导轨副的常见故障及排除方法见下表。 序号故障现象故障原因排除方法1导轨研伤机床经长时间使用，地基与床身水平度有变化，使得导轨局部单位面积负荷过大定期进行床身导轨的水平调整，或修复导轨精度长期加工短工件或承受过分集中的负荷，使得导轨局部磨损严重注意合理分布短工件的安装位置，避免负荷过分

15、集中导轨润滑不良调整导轨润滑油量，保证润滑油压力导轨材质不佳采用电加热自冷淬火对导轨进行处理，导轨上增加锌铝铜合金板，以改善摩擦情况刮研质量不符合要求提高刮研修复的质量机床维护不良，导轨里面落入脏物加强机床保养，保护好机床防护装置2导轨上移动部件运动不良或不能移动导轨面研伤用170砂布修磨机床与导轨面上的研伤导轨压板研伤卸下压板，调整压板与导轨间隙导轨镶条与导轨间隙太小，调的太紧松开镶条防松螺钉，调整镶条螺栓，使得运动部件运动灵活，保证0.03mm的塞尺不得塞入，然后锁紧防松螺钉3加工面在接刀处不平导轨直线度超差调整或刮研导轨允差0.015/500工作台镶条松动或镶条弯度太大调整镶条间隙，镶条

16、弯度在自然状态下小于0.05mm/全长机床水平度差，使得导轨发生弯曲调整机床安装水平度，保证平行度、垂直度在0.02/1000思考题：1、车床X轴反向间隙过大，试分析其机械原因；2、车床运动过程中Z轴出现跟踪误差过大报警，试分析其机械原因。四、数控机床刀库及换刀装置1、自动换刀装置的形式 自动换刀装置目前的主要形式有回转刀架及刀库。 1）回转刀架换刀 数控车床上用的最多的就是电动回转刀架。主要有四工位转位刀架、六工位转位刀架及八工位转位刀架。其主要工作原理是选刀时刀架电动机正转，刀架转位，刀位信号到达后刀架电动机反转，刀架定位压紧。 2）刀库 刀库是加工中心机床的关键部件之一，在加工中心机床中用来存储和运送刀具的装置，其结构主要有盘式和链式两种。盘式刀库存储容量小（24把刀以下），链式刀库的存储量较大。2、刀架及刀库常见故障及维修序号故障现象故障原因排除方法1刀架在某个刀位不停磁钢磁极装反、磁钢与霍尔元件高度位置不准调整磁钢磁极方向、调整磁钢与霍尔元件的位置2刀库中的刀套不能卡紧刀具刀套上的调整螺母松动顺时针旋转刀套两边的调整螺母压