第3章 数控机床机械结构的维护

第3章数控机床机械结构的维护3.1主轴部件3.2滚珠丝杠螺母副 3.3导轨副 3.4刀库及换刀装置 3.5液压及气压传动装置

•了解数控机床机械结构部件的结构特点•熟悉数控机床机械部件结构的维护要点、方法•根据数控机床的机械部件维护要求，掌握数控机床机械部件的润滑、冷却、防护等方法、步骤知识目标3.1主轴部件 3.1.1结构特点 3.1.2主轴部件的维护要点3.1主轴部件

3.1.1结构特点1．主轴润滑（1）油气润滑方式。这种润滑方式近似于油雾润滑方式，所不同的是，油气润滑是定时定量地把油雾送进轴承空隙中，这样既实现了油雾润滑，又不致于油雾太多而污染周围空气；后者则是连续供给油雾。

它用较大流量的恒温油（每个轴承3～4L/min）喷注到主轴轴承，以达到润滑、冷却的目的。（2）喷注润滑方式。（1）法兰盘与主轴的配合间隙应控制在0.1～0.2mm（单边）范围内。（2）法兰盘内端面与轴承端面的间隙应控制在0.15～0.3mm。（3）法兰盘与主轴的配合间隙应控制在0.15～0.25mm（单边）范围内。（4）法兰盘的沟槽深度大于12mm（单边），主轴上的锯齿尖而深，一般在5～8mm范围内，以确保具有足够的甩油空间。2．主轴的密封（5）法兰盘上的沟槽与主轴上的护油槽对齐，以保证被主轴甩至法兰盘沟槽内腔的油液能可靠地流回油箱。（6）套筒前端的回油斜孔及法兰盘的泄油孔流量为进油孔的2～3倍，以保证压力油能顺利地流回油箱。对主轴部件而言，主要是以减少轴承发热，有效控制热源为主。3．主轴部件的冷却图3.2主轴部件的冷却结构图4．刀具夹紧3.1.2主轴部件的维护要点（1）熟悉数控机床主传动链的结构和性能参数，严禁超性能使用。（2）主传动链出现不正常现象时，应立即停机排除故障。（3）操作者应注意观察主轴箱温度，检查主轴润滑恒温油箱，调节温度范围，使油量充足。（4）使用带传动的主轴系统，需定期观察调整主轴驱动皮带的松紧程度，防止因皮带打滑造成的丢转现象。（5）由液压系统平衡主轴重量的平衡系统，需定期观察液压系统的压力表，当油压低于要求值时，要进行补油。（6）使用液压拨叉变速的主传动系统，必须在主轴停车后变速。（7）使用齿合式电磁离合器变速的主传动系统，离合器必须在低于1～2r/min的转速下变速。（8）注意保持主轴与刀柄连接部位及刀柄的清洁，防止对主轴的机械碰击。（9）每年对主轴润滑恒温油箱中的润滑油更换一次，并清洗过漏器。（10）每年清理润滑油池底一次，并更换液压泵漏油器。（11）每天检查主轴润滑恒温油箱，使其油量充足，工作正常。（12）防止各种杂质进入润滑油箱，保持油液清洁。（13）经常检查轴端及各处密封，防止润滑油液的泄露。（14）刀具夹紧装置长时间使用后，会使活塞杆和拉杆间的间隙加大，造成拉杆位移量减少，使碟形弹簧张闭伸缩量不够，影响刀具的夹紧，故需及时调整液压缸活塞的位移量。（15）经常检查压缩空气气压，并调节到标准要求值。足够的气压才能使主轴锥孔中的切屑和灰尘清理彻底。3.2滚珠丝杠螺母副3.2.1结构特点 3.2.2滚珠丝杠螺母副的维护要点3.2.1结构特点1．滚珠丝杠螺母副的优点（1）与滑动丝杠副相比驱动力矩为1/3。（2）高精度的保证。（3）微进给可能。（4）无侧隙、刚性高。（5）高速进给可能。2．滚珠丝杠副在丝母部分的构造上有独到之处图3.3滚珠丝杠螺母副结构图下面介绍几种常见的滚珠丝杠螺母副。图3.4FF型图3.5FFZD型图3.6FFZL型图3.7LR-CF（LR-CFZ）型3.2.2滚珠丝杠螺母副的维护要点1．支承轴承的定期检查应定期检查丝杠支承轴承与床身的连接是否有松动，以及支承轴承是否严重磨损或损坏等。如有以上情况发生，应及时紧固松动零部件或更换支承轴承。滚珠丝杠螺母副和其他滚动摩擦的传动元件一样，只要避免磨料微粒及化学活性物质进入即可认为这些元件几乎是在不产生磨损的情况下工作的。通常采用毛毯圈对螺母进行密封，毛毯圈的厚度为螺距的2～3倍，而且内孔做成螺纹的形状，使之紧密地包住丝杠，并装入螺母或套筒两端的槽孔内。2．轴向间隙的调整3．滚珠丝杠螺母副的润滑4．滚珠丝杠螺母副的保护3.3导轨副 3.3.1结构特点 3.3.2导轨副的维护要点3.3.1结构特点1．塑料滑动导轨（1）聚四氟乙烯导轨软带的特点。①摩擦特性好。②耐磨特性好。③减振性好。④工艺性好。

（2）环氧型耐磨涂层是以环氧树脂和二硫化钼为基体，加入增塑剂，混合成液状或膏状为一组份和固化剂为另一组份的双组份塑料涂层。

（1）直线滚动导轨副的结构和特点。①摩擦因数小（0.003～0.005），运动灵活。②动、静摩擦因数基本相同，因而启动阻力小，不易产生爬行。③可以预紧，刚度高。④寿命长。⑤精度高。⑥润滑方便，可以采用脂润滑，一次填装，长期使用。⑦由专业厂生产，可以外购选用。2．滚动导轨目前数控机床常用的滚动导轨为直线滚动导轨。直线滚动导轨主要由导轨体、滑块、滚柱或滚珠、保持架、端盖等组成。图3.8直线滚动导轨副的外形与结构1—滑块；2—保持架；3—导轨；4—密封端盖；5—返向器；6—滚珠；7—油杯导轨安装步骤如下。①将导轨基准面紧靠机床装配表面的侧基面，对准螺孔，将导轨轻轻地用螺栓予以固定。②上紧导轨侧面的顶紧装置，使导轨基准侧面紧紧靠贴床身的侧面。③按表3.1所示的参考值，用测力矩扳手拧紧导轨的安装螺钉，可从中间开始按交叉顺序向两端拧紧。（2）直线滚动导轨的安装。表3.1 推荐的拧紧力矩螺钉规格M3M4M5M6M8M10M12M14拧紧力矩/（N·m）1.63.87.811.72860100150滑块座安装步骤如下。①将工作台置于滑块座的平面上，并对准安装螺钉孔，轻轻地压紧。②拧紧基准侧滑块座侧面的压紧装置，使滑块座基准侧面紧紧靠贴工作台的侧基面。③按对角线顺序拧紧基准侧和非基准侧滑块座上的各个螺钉。液体静压导轨是将具有一定压力的油液经节流器输送到导轨面的油腔，形成承载油膜，将相互接触的金属表面隔开，实现液体摩擦。3．液体静压导轨3.3.2导轨副的维护要点1．间隙调整①压板调整间隙，如图3.9所示。图3.9压板调整间隙图3.10镶条调整间隙②镶条调整间隙，如图3.10所示。图3.11压板镶条调整间隙③压板镶条调整间隙，如图3.11所示。滚珠导轨副的预紧如图3.12所示。2．滚珠导轨副的预紧图3.12滚珠导轨的预紧1—循环式直线滚动块；2—淬火钢导轨①采用过盈配合法，就是预加载荷大于外载荷，预紧力产生过盈量为2～3

m，过大会使牵引力增加。②采用调整法，就是利用螺钉、斜块或偏心轮调整进行预紧。导轨常用的润滑剂有润滑油和润滑脂，滑动导轨用润滑油，而滚动导轨既可用润滑油也可用润滑脂。3．导轨的润滑常用的有刮板式、卷帘式和叠层式防护罩，大多用于长导轨上。4．导轨的防护3.4刀库及换刀装置3.4.1结构特点 3.4.2刀库及换刀装置的维护要点 3.4.1结构特点1．刀库系统的主要构件根据刀库的容量、外型和取刀方式可分为以下几种。（1）斗笠式刀库。

图3.13斗笠式刀库（2）圆盘式刀库。图3.14圆盘式刀库（3）链条式刀库。图3.15链条式刀库自动换刀系统是CNC工具机的重要组成部分，主要是将加工所需刀具，从刀库中传送到主轴夹持机构上。数控工具机的自动换刀系统大概分为油压机构、气压机构和电气式凸轮机构。2．自动换刀系统图3.16立式加工中心的机械手图3.17卧式加工中心的机械手未来工具机产业的发展，均以追求高速、高精度、高效率为目标。3．刀库技术发展趋势3.4.2刀库及换刀装置的维护要点（1）严禁把超重、超长的刀具装入刀库，防止在机械手换刀时掉刀或刀具与工件、夹具等发生碰撞。（2）顺序选刀方式必须注意刀具放置在刀库上的顺序要正确。（3）用手动方式往刀库上装刀时，要确保装到位、装牢靠。检查刀座上的锁紧是否可靠。（4）经常检查刀库的回零位置是否正确，检查机床主轴回换刀点位置是否到位。（5）要注意保持刀具、刀柄和刀套的清洁。（6）开机时，应先使刀库和机械手空运行，检查各部分工作是否正常，特别是各行程开关和电磁阀能否正常动作。3.5液压及气压传动装置 3.5.1结构特点 3.5.2液压及气压传动装置的维护要点所用的液压和气压传动装置应结构紧凑、工作可靠、易于控制和调节。

3.5.1结构特点液压和气压传动系统在数控机床中具有如下辅助功能。（1）自动换刀所需的动作，如机械手的伸、缩、回转和摆动及刀具的松开和夹紧动作。（2）机床运动部件的平衡，如机床主轴箱的重力平衡，刀库机械手的平衡等。（3）机床运动部件的运动、制动和离合器的控制、齿轮拨叉挂挡等。1．液压和气压传动系统在数控机床中的功能（4）机床运动部件的支撑，如动、静压轴承，液压导轨等。（5）机床的润滑和冷却。（6）机床防护罩、板、门的自动开关。（7）工作台的夹紧、松开及其自动交换动作。（8）夹具的自动放松、夹紧。（9）工件、工具定位面和交换工作台的自动吹屑、清理、定位基准面等。液压和气压传动系统一般由以下5个部分组成。（1）动力装置。（2）执行装置。（3）控制与调节装置。（4）辅助装置。（5）传动介质。2．液压和气压传动系统的构成图3.18所示为TND360型数控车床液压系统原理。该机床液压系统由液压站和5条液压支路组成。分别是卡盘夹紧支路、尾架套筒移动支路、主轴变速支路和两条预留支路。3．数控车床的液压系统图3.18

TND360型数控车床液压系统原理图1—液压电动机；2—联轴器；3—变量泵；4—单向阀；5—蓄电器；6—溢流阀；7，11—手动换向阀；8—滤油器；9—减压阀；10，15，21，25，28—电磁换向阀；12，14，19，23—压力继电器；13，20，24，27，29—液压缸；16，22，26—单向减压阀；17—节流阀；18—液控单向阀（1）液压工作站。（2）卡盘夹紧支路。（3）尾架套筒移动支路。（4）主轴变速支路。（5）预留支路。4．H400型卧式加工中心的气压传动系统图3.19

H400型卧式加工中心气压传动系统原理图3.5.2液压及气压传动装置的维护要点1．液压系统的维护要点（1）控制油液污染，保持油液清洁，是确保液压系统正常工作的重要措施。（2）控制液压系统中油液温升是减少能源消耗、提高系统效率的一个重要环节。（3）控制液压系统泄漏极为重要，因为泄漏和吸空是液压系统常见的故障。（4）防止液压系统振动。（5）严格执行日常点检制度。（6）严格执行定期紧固、清洗、过滤和更换制度。（1）各液压阀、液压缸及管子接头处是否有外漏。（2）液压泵或液压马达运转时是否有异常噪声等现象。（3）液压缸移动时工作是否正常平稳。（4）液压系统的各测压点压力是否在规定的范围内，压力是否稳定。（5）油液的温度是否在允许的范围内。（6）液压系统工作时有无高频振动。2．液压系统的点检（7）电气控制或撞块（凸轮）控制的换向阀工作是否灵敏可靠。（8）油箱内油量是否在油标刻线范围内。（9）行程开关或限位挡块的位置是否有变动。（10）液压系统手动或自动工作循环时是否有异常现象。（11）定期对邮箱内的油液进行取样化验，检查油液质量，定期过滤或更换油液。（12）定期检查蓄能器的工作性能。（13）定期检查冷却器和加热器的工作性能。（14）定期检查和紧固重要部位的螺钉、螺母、接头和法兰螺钉。（15）定期检查和更换密封件。（16）定期检查、清洗或更换液压件。（17）定期检查、清洗或更换滤芯。（18）定期检查、清洗油箱和管道。（1）保证供给洁净的压缩空气。（2）保证空气中含有适量的润滑油。大多数气动执行元件和控制元件都要求适度的润滑。如果润滑不良将会发生以下故障：①由于摩擦阻力增大则造成汽缸推力不足，阀芯动作失灵；②由于密封材料的磨损而造成空气泄