数控机床的机械装调与维修1PPT

1、数控机床的机械装调与维修,数控机床装调维修工,本章主要内容,数控机床机械结构概述,主传动系统的装调与维修,进给传动系统的装调与维修,数控机床机械结构故障诊断,本章学习目标,目标1,目标2,目标3,目标4,掌握数车、数铣及加工中心机械结构的基本组成及特点,掌握数控机床主传动和进给传动的机械结构的拆装工艺,熟悉主传动的变速方式 熟悉进给丝杠螺母副的工作原理和特点,掌握数控机床主要机械部件的故障诊断和维护,第一节 数控机床机械结构概述,一、数控机床的机械结构组成,1.数控车床结构组成,2.数控铣床/加工中心的组成,知识回顾,输 入 装 置,输 出 装 置,计 算 机 数 控 装 置,PLC,主轴控制

2、单元,主轴,机床,伺服电机,位移、速度 控制单元,工 作 台,位置检测反馈装置,数控机床的组成,知识回顾,数控机床机械结构,是数控机床的机械结构实体，是用于完成各种切削加工的机械部分。 机床是被控制的对象，其运动的位移和速度以及各种开关量都是被控制的,知识回顾,主传动系统,一,二,三,进给传动系统,基础支承件,机械结构,数控车床结构组成,数控车床与普通车床相比较，其结构上仍然是由床身、主轴箱、刀架、进给传动系统、液压、冷却、润滑系统等部分组成。 数控车床是采用伺服电动机经滚珠丝杠，传到滑板和刀架，实现纵向(Z向)和横向(X向)进给运动。 数控车床进给传动系统的结构大为简化。,无防护装置 无自动

3、排屑功能 转速相对较低，有级变速 主、进给传动系统共用一台电机 劳动强度高 、 操作者技术要求高 、效率低、质量靠个人技术,普通机床,从普车 到数车,采用全封闭防护装置 采用自动排屑装置 主轴转速高，能实现无极变速 主、进给传动系统采用各自独立的伺服电机 劳动强度相对低 、质量稳定,数控机床,数控车床结构组成,数控车床结构组成,数控车床结构组成,底 座：整台机床的主体，支撑着机台的所有重量,主轴头：用来安放主轴,数控车床结构组成,鞍座,滑板,底座,鞍 座： 下面连接 着底座， 上面连接 滑板，用 于实现X 轴移动等 功能,数控车床结构组成,刀塔：用来安装刀具,动力刀塔,动力刀塔,数控车床结构组

4、成,主轴部分：夹持工件旋转,数控铣床/加工中心的组成,温故知新,相同点,不同点,加工中心是在数控机床的基础上发展起来的，都是通过程序控制多轴联动走刀进行加工的数控机床,加工中心具有刀库和自动换刀功能,数控铣床/加工中心的组成,数控铣削不仅可以加工各种平面、沟槽、螺旋槽、成型表面和孔，而且还能加工各种平面和空间等复杂型面。,铣槽,铣平面,铣台阶,数控铣床/加工中心的组成,一、主轴变速方式,二、电主轴结构,三、主轴部件的支承,四、数控车床主轴部件的调整,无级和分段变速方式,主要部件,轴承的类型及预紧方式,部件结构、拆卸与调整,第二节 主传动系统的装调与维修,主传动系统的装调与维修,一、主轴变速方式

5、,现代数控机床的主运动广泛采用无级变速传动，用交流调速电机或直流调速电机驱动，它们能方便地实现无级变速，且传动链短，传动件少，提高了变速的可靠性，其制造精度则要求很高。根据数控机床对主轴转速、变速范围和输出功率的要求不同，其主轴的变速方式主要有以下几种形式：,由调速电机直接驱动的主传动,实现方式：由主轴电机直接驱动 优点：这种方式大大简化主轴结构，有效地提高主轴刚度。 缺点：主轴输出扭矩小，电机的发热对主轴精度影响大。 适用场合：高速机床，可满足中、高档数控机床对速度的控制要求,内装电动机主轴（电主轴）,内装式主轴电机又称电主轴 实现方式：主轴电动机与机床主轴合而为一，传动链为零，又称“零传动

6、”。 应用：超高速数控机床。（美国、德国、日本、瑞士、意大利等工业发达国家，都在高速数控机床上广泛采用了电主轴结构）,内装电动机主轴（电主轴）,电主轴有什么优点呢,分段无级变速,在大、中型数控机床上，为了使主轴在低速时获得大转矩和扩大恒功率调速范围，通常在使用无级变速传动的基础上，在增加两级或三级辅助机械变速机构作为补充。通过分段变速方式，确保低速时的大扭矩，扩大恒功率调速范围，满足机床重切削时对扭矩的要求。,带有变速齿轮的主传动,主轴电机经过二级齿轮变速，使主轴获得低速和高速两种转速系列，这种分段无级变速，确保低速时的大扭矩，满足机床对扭矩特性的要求。 滑移齿轮常用液压拨叉和电磁离合器来改变

7、其位置。,带有变速齿轮的主传动,为什么不采用主电机与主轴直联的变速方式，全部由主电机实现无级变速？,思考,原因,主轴电机的特性,当主轴转速小于额定转速时，主轴工作在恒扭矩区 当主轴转速大于额定转速时，主轴工作在恒功率区,带有变速齿轮的主传动,若主轴与主轴电机之间采用1:1的直联方式，虽然主轴电机的速度可以在零速度到标定的最大转速之间连续变化，但在额定功率之下的调速范围只能由额定转速到最大转速,带有变速齿轮的主传动,怎么解决呢？,主轴电机与驱动装置的体积、重量、成本大大增加,大功率电机,分段无级变速,可展宽恒功率范围，经济，但需要自动换挡机构,解决方法,增加减速机构,可满足低速大扭矩的要求，但降

8、低了恒功率调速范围,带有变速齿轮的主传动,带有变速齿轮的主传动,举一反三-参考汽车变速箱,通过带传动的主传动,这种传动主要用在转速较高、变速范围不大的小型数控机床上。电机本身的调整就能够满足要求，不用齿轮变速，可以避免由齿轮传动所引起的振动和噪声。它适用于高速低转矩特性的主轴，常用的有多楔带和同步齿形带。,通过带传动的主传动,主轴脉冲编码器,同步齿形带,主轴,二、电主轴结构,电主轴采用变频电机与机床的主轴合二为一的结构形式,即变频电机的空心转子与机床主轴零件过盈配合套装（热装）在一起，带冷却套的定子装配（热装）在主轴单元的壳体内直接与机床连接，成为集成式电机主轴电机的转子就是机床的主轴,机床主

9、轴单元的壳体就是电机座。,电主轴结构,转轴,支撑系统,电机定子,电机转子,轴壳,循环冷却系统,润滑系统,控制系统,电主轴结构,轴壳,壳体主要由外壳、前后大盖以及后轴承座等固定不动的零件组成，通常将轴承座孔直接设计在轴壳上。电主轴为加装电动机定子，必须开放一端。,电主轴结构,转轴,转轴是高速电主轴的主要回转体，且承受切削力，又属深孔轴，对于内外圆同轴度以及前锥孔相对支承面的径向跳动和端面跳动，均有极精密要求。,电主轴结构,轴承,高速电主轴的核心支撑部件是高速精密轴承。电主轴的轴承必须具有高速性能好、动负荷承载能力高、润滑性能好、发热量小等优点。近年来，相继开发研制了陶瓷轴承、磁浮轴承、液体动静压

10、轴承、气体静压轴承。,电主轴结构,定子与转子,电主轴的定子由具有高导磁率的优质硅钢片叠压而成，定子内腔带有冲制嵌线槽。定子通过一个冷却套固装在电主轴的壳体上。 转子由转子铁芯、鼠笼和转轴三部分组成。位于前后轴承之间，用热压装配法与主轴产生过盈配合，由过盈力传递扭矩。,三、主轴部件的支承,主轴支承：指主轴轴承、支承座及其他相关零件的组合体，其中核心元件是轴承。因此把采用滚动轴承的主轴支承称为主轴滚动支承；把采用滑动轴承的称为主轴滑动支承。 主轴滚动支承的主要设计内容：滚动轴承类型的选择、轴承的配置、轴承的精度及其选配、轴承的间隙调整、支承座的结构、轴承的配合及其配合零件的精度、轴承的润滑与密封等

11、。,主轴部件的支承,主轴部件支承的选择原则： 主轴轴承的选用对主轴组件的工作性能有很大的影响。 主轴较粗，轴承直径较大，因此轴承的负荷较轻。 一般，承载能力和疲劳寿命不是选择主轴轴承的主要指标，主轴轴承应根据精度、刚度和转速选择。 选择轴承的类型、组合以及配置型式。 为了提高精度和刚度，主轴轴承的间隙应该是可调的。,注意哦,主轴部件的支承,滚动轴承,液体动压轴承,液体静压轴承,磁悬浮轴承,空气静压轴承,支承类型,滚动轴承,滚动轴承的功用：支承轴类回转零件,滚动轴承属于标准零件，由专门厂家生产。,滚动轴承的特点（与滑动轴承相比）：,滚动轴承,组成：内圈、外圈、滚动体、保持架,最简单的轴承只有滚动

12、体；有些轴承除以上四件外，还增加有其他特殊零件。如止动环、密封盖等,滚动轴承,外圈：与轴承座相配；,保持架：防止滚动体直接接触。,内圈：与轴颈相配；,滚动体：将滑动摩擦转化为滚动摩擦；,常见的滚动体有六种形状,滚动轴承的类型,按滚动体形状分,球轴承：承载能力低，极限转速高,滚子轴承：承载能力高，极限转速低,圆柱滚子轴承,圆锥滚子轴承,球面滚子轴承,滚针轴承,滚动轴承的类型,按轴承的结构形式不同分,深沟球轴承,圆柱滚子轴承,推力球轴承,角接触球轴承,圆锥滚子轴承,调心球轴承,主轴部件常用滚动轴承的类型,选用轴承要考虑的因素：,轴承的载荷,轴承的转速,轴承的调心性能,轴承的安装和拆卸,经济性,主轴

13、部件常用滚动轴承的类型,轴承的载荷,方向,性质,大小,载荷大,载荷小,轴向力推力轴承,径向力向心轴承,轴、径向力向心推力轴承或组合轴承,有冲击载荷时宜用滚子轴承,四、数车主轴部件的调整,主轴为精密部件，选择好拆卸环境，轻拿轻放。 拆卸过程要注意拆卸顺序和使用适当的工具。 轴承的拆卸要注意使用适当的工具，在正确的部位加力。 角接触轴承要注意大口的开口方向，恢复时保持一致。 装配时，调整圆柱滚子轴承的间隙。,注意哦.,第三节 进给传动系统的装调与维修,温故知新,数控机床的进给传动系统是以数控机床的进给轴，即机床的移动部件（刀架或工作台）的位置和速度为控制量的，是以保证刀具和工件相对关系为目的，因此

14、，不仅要定性，还要定量。,定义：实现运动执行件进给的系统，即进给驱动装置。 特点：是数控装置的直接控制对象，以机床的移动部件的位置和速度作为控制矢量。 实现过程：（数控装置）指令信号（进给速度和位移） 伺服驱动装置（转换和放大）执行电机机械传动机构执行部件（工作台等） 实现工作进给或快速运动。,进给传动系统,温故知新,组成,伺服驱动装置：转换和放大指令信号（速度、位移）,执行电机：伺服系统执行件：步进电机、直流、交流伺服电机,机械传动装置：将动力源旋转运动变为直线运动的整个机械传动链,温故知新,传动机构 齿轮传动 同步齿形带 传动 联轴器,运动转换机构 丝杠螺母副 齿轮齿条副,导向机构 导轨

15、滚动、静压直线导轨,温故知新,伺服电机,联轴器 减速器,丝杠螺母传动,齿轮齿条传动,蜗轮蜗杆传动,进给传动机构的类型,温故知新,进给传动机构的类型,联轴器直联的结构形式,1,滚珠丝杠,伺服电机,联轴器,联轴器座,温故知新,进给传动机构的类型,通过同步齿形带联接的结构形式,1,伺服电机,同步齿形带,温故知新,进给传动机构的类型,通过齿轮联接的结构形式,1,温故知新,一、联轴器,数控机床进给传动机构中，常采用电机经联轴器与丝杠螺母副直联的传动方式。 联轴器：用来把两轴联接在一起，以传递运动与转矩，机器停止运转后才能接合或分离的一种装置。,带式运输机传动简图,联轴器,联接不同部件的两轴，传递扭矩,联

16、轴器,功用,用于联接轴与轴，以传递运动与转矩； 补偿所联两轴的相对偏移； 可用作安全装置：作为一种安全装置用来防止被联接件承受过大的载荷，起到过载保护的作用。 吸振、缓冲。,联轴器,特点,用联轴器联接的两轴只有在机器停车后，经拆卸才能使两轴分开。,离合器：机器运转中，可根据需要将两轴分离或结合。,联轴器,分类,按结构特性分：,刚性联轴器：适用于两轴能严格对中，并在工作中 不发生相对位移的地方，如凸缘联轴器。 挠性联轴器：适用于两轴有偏斜或工作中有相对位移的地方,套筒联轴器,结构：用一个套筒通过键或销钉将两轴联接在一起。用紧定螺钉来实现轴向固定。,型式：,半圆键,普通平键,特点：结构简单、使用方

17、便、传递扭矩较大，但不能缓冲减振 。,套筒联轴器,结构简单，依靠锥销、键或螺钉与两轴联接并传递扭矩，无标准，需自行设计。,凸缘式联轴器,对中榫,绞制孔螺栓,凸缘式联轴器,a) 用凸肩和凹槽对中,工作时，靠两个半联轴器接合面间的摩擦力来传递转矩。,a）用凸肩与凹槽对中,凸缘式联轴器,工作时靠螺栓杆的剪切和螺栓杆与孔壁的挤压来传递转矩。这种方式传递转矩的能力较高。,b)用配合螺栓对中,有弹性元件挠性联轴器,锥环无键消隙联轴器,弹性环（锥环）联接：利用锥面贴合并挤紧在轴毂之间用摩擦力传递扭矩，有过载保护作用。,膜片联轴器,有弹性元件挠性联轴器,特点：结构简单、弹性元件的联接之间没有间隙，不需要润滑，

18、维护方便、质量小、对环境的适应性强。但扭转减振性能差。 应用：主要用于载荷平稳的高速传动，如直升机尾翼轴。,弹性套柱销联轴器,制造容易、装拆方便、价廉。但弹性套易磨损，寿命较短。 用于载荷平稳、起动频繁或需正反转中。,有弹性元件挠性联轴器,有弹性元件挠性联轴器,弹性柱销联轴器,结构简单，制造、装拆方便，价廉，耐久性好。 用于轴窜动大、起动频繁或需正反转变化较多中。,有弹性元件挠性联轴器,梅花形弹性联轴器,弹性元件为梅花形，装配时，花瓣部分加紧在两半联轴器端面的凸出齿在交错插进时所形成的齿侧空间，起到缓冲减振的作用。,有弹性元件挠性联轴器,轮胎式联轴器,富有弹性，具有良好的消振能力，能有效地降低

19、动载荷和补偿较大的轴向位移，且绝缘性能好，运转无噪音。 但径向尺寸较大，当转矩较大时，产生附加轴向载荷。,十字滑块联轴器,工作时,十字滑块随两轴转动,同时滑块上的两榫可在两半联轴器的凹槽中滑动，以补偿两轴的径向位移。 结构简单、成本低； 适用于两轴相对偏移量较大、转速不高、工作平稳的场合。,无弹性元件挠性联轴器,无弹性元件挠性联轴器,允许径向位移 适用于小功率、高转速、工作较平稳的场合,滑块联轴器,两面带有凸块的浮动盘,无弹性元件挠性联轴器,允许较大的角位移； 广泛应用与汽车、拖拉机、机床中。,十字轴式万向联轴器,无弹性元件挠性联轴器,较大的齿侧间隙,齿顶做成球面,有较多齿传递转矩承载高，用于

20、重型机械。,齿式联轴器,无弹性元件挠性联轴器,滚子链联轴器,允许径向位移，小的角位移 结构简单、装拆方便 不适用于有逆转的情况,二、滚珠丝杠螺母副,丝杠螺母副将旋转运动转变成直线运动，用较小的驱动力矩就可获得较大的轴向牵引力。,1.工作原理,主要构成： 丝杠、丝杠螺母和滚动体（回珠装置）。 功能：实现旋转运动与直线运动之间相互转换或调整。 作用：用于机构之间能量的传递和运动形式的传递。,螺母,丝杠,滚珠,滚珠丝杠螺母副的工作原理,当丝杠作为主动体时，螺母就会随丝杠的转动角度按照对应规格的导程转化成直线运动，被动工件可以通过螺母座和螺母连接，从而实现对应的直线运动。,滚珠丝杠螺母副的特点,优点,

21、缺点,传动效率高 摩擦阻力小 传动精度高 有可逆性 使用寿命长,制造工艺复杂， 成本高 不能实现自锁 抗冲击能力差 承载能力不如滑 动丝杠传动大,滚珠丝杠螺母副的循环方式,按滚珠的循环方式分为,外循环,内循环,滚珠在循环过程中有时与丝杠脱离接触,滚珠在循环过程中始终与丝杠保持接触,内循环,外循环,外循环方式,滚珠在循环过程结束后，通过螺母外表面上的螺旋槽或插管返回丝杠螺母间重新进入循环。外循环采用多圈，常见的外循环式有插管式和螺旋槽式,外循环-插管式,结构：用弯曲成形的管子插入螺母工作圈始、末端孔内以引导滚珠通过插管，形成滚珠的多圈循环链。 优点：结构简单，流畅性好，有较好的工艺性，便于大量生

22、产 缺点：径向外形尺寸较大，挡珠用的端部耐磨性差,外循环-螺旋槽式,在螺母体的外圆柱上直接铣出螺旋槽作为滚珠的回程道。 特点：工艺简单，易于制造，故使用较广。,内循环,内循环采用单圈，即在一个循环回路中只有一圈滚珠。 在螺母的侧孔中，装入接通相邻两圈螺纹滚道的反向器，借助反向器上回珠槽实现循环。,三、数控机床用导轨,机床上的直线运动部件都是沿着它的床身、立柱、横梁等上的导轨进行运动的。 从广义上讲：导轨副是用来支承和引导运动部件沿一定的轨道运动。,数控机床的导轨,作用,导向：引导运动部件按给定运动轨迹准确运动 支承：即保证运动部件在外力的作用下(运动部件本身的重量、工件重量、切削力及牵引力等)

23、能准确地沿着一定方向的运动。,数控机床的导轨,组成,活动导轨,支承导轨,滑动导轨,特征：动导轨和支承导轨之间为直接接触，滑动导轨面之间呈混合摩擦,结构简单、制造方便和抗振性良好，便于保持精度、刚度，用于对低速均匀性及定位精度要求不高的机床。,摩擦系数大、磨损快、使用寿命短、低速易产生爬行。,滑动导轨,塑料导轨,分为：贴塑导轨和注塑导轨 优点：摩擦系数低而稳定，吸收振动、耐磨性好、化学稳定性好、维修方便、经济性好等。 缺点：易蠕变，在静载荷的长时间作用下，变形增加，且承载能力低，导热性差。,滚动导轨,型式：运动件（动导轨）和承导件（静导轨）之间放置滚动体（滚珠、滚柱、滚针等）,滚动导轨,特点：

24、滚动导轨由于滑动件与支承件之间是滚动摩擦，因此，摩擦系数小，且动、 静摩擦系数差别小，低速运动平稳，无爬行，运动灵活，定位精度高。 直线滚动导轨由专业生产厂家生产。,直线滚动导轨与平面导轨一样，有两个基本元件；一个作为导向的为固定元件（导轨体），另一个是移动元件（滑块）。它将支承导轨和导向导轨组合在一起。,滚动导轨的结构形式,直线滚动导轨,安装孔,安装孔,滚动体,导轨,滑块,直线滚动导轨,直线导轨被广泛用于中、小型精密数控机床上，特别是中小惯量的高速数控机床、激光切割机、数控车削中心等。,滚动导轨块,滚动体结构如图所示，使用时，导轨块装在运动部件上，每一导轨应至少用两块或更多块，导轨块的数目取

25、决于导轨的长度和负载的大小。与之相对的导轨多用镶钢淬火导轨。,第四节 数控机床机械结构故障诊断,数控机床属于技术密集型和知识密集型设备，从系统 的基本观点和原理出发，考察研究对象，无论是机械或电气方面的问题，都要二者兼顾。,机械故障的处理是比较麻烦的，要大拆大卸，费很大力气。所以，维修人员一定要在诊断上有90以上把握时才可以请机修人员帮忙，特别是在道理上已想清楚，而实验对故障现象进行了必要的分析后，才可以进行拆卸。不允许轻易盲目拆卸。,机械结构故障诊断,1.主传动链故障诊断,噪声过大 主轴部件动平衡不良，使主轴回转时振动过大，引起工作噪声。 对于齿轮变速的形式，主轴传动齿轮磨损，使齿轮啮合间隙

26、过大，主轴回转时冲击振动过大，引起工作噪声。 主轴支承轴承拉毛或损坏，使主轴回转间隙过大，回转时冲击、振动过大，引起工作噪声。,主传动链故障诊断,主轴在强力切削时停转 主轴电动机与主轴连接的传动带过松。 传动带表面有油，造成主轴传动时传动带打滑。 传动带使用过久而失效，造成主轴电动机转矩无法传动，强力切削时主轴转矩不足。 主轴传动机构中的离合器、联轴器连接、调整过松或磨损，造成主轴电动机转矩传动误差过大，强力切削时主轴振动强烈。,主传动链故障诊断,主轴发热 主轴轴承预紧力过大，造成主轴回转时摩擦过大，引起主轴温度急剧升高。 主轴轴承研伤或损坏，造成主轴回转时摩擦过大，引起主轴温度急剧升高。 主

27、轴润滑油脏或有杂质，造成主轴回转时阻力过大，引起主轴温度升高。 主轴轴承润滑油脂耗尽或润滑油脂过多，造成主轴回转时阻力、摩擦过大，引起主轴温度升高。,主传动链故障诊断,刀具无法夹紧 碟形弹簧位移量太小，使主轴抓刀、夹紧装置无法到达正确位置，刀具无法夹紧。 弹簧夹头损坏，使主轴夹紧装置无法夹紧刀具。 碟形弹簧失效，使主轴抓刀、夹紧装置无法运动到达正确位置，刀具无法夹紧。 刀柄上拉钉过长，顶撞到主轴抓刀、夹紧装置，使其无法运动到达正确位置，刀具无法夹紧。,维修实例,故障现象：开机后主轴不转动。 故障可能原因及排除 主传动电动机烧坏，失去动力源 检查电动机电机运转良好； v带过长打滑，带不动主轴 调

28、整V带松紧程度主轴仍无法转动； 带轮的键或键槽损坏，带轮空转 检查传动键没有损坏； 传动轴上的齿轮或轴承损坏，造成了传动卡死 拆下传动轴发现轴承，因缺乏润滑而烧毁，将其拆下后，手动转动主轴正常,维修实例,故障现象：开机后主轴不转动。 处理过程： 将轴承装上后试验主轴运动正常，但主轴制动时间较长，这时就应调整摩擦盘和衔铁之间的间隙，将衔铁和摩擦盘间隙调至1mm之后，用螺母将其锁紧之后再试车，主轴制动迅速，故障全排除。,维修实例,故障现象：孔加工时表面粗糙度值太大。 故障可能原因及处理 主轴径向间隙大，轴向窜动大 应拆卸主轴，修磨垫片，拧紧螺母，保证其径向圆跳动误差和轴向窜动量合格。 主轴与轴瓦的接触精度差 应刮研轴瓦或更换新轴承，修复轴承配合精度 ； 传动V带过松或有破损现象 应调整、紧固电动机座使V带适当张紧或更换新V带 ； 电动机振动大 应紧固电动机座或更换