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1、数控机床机械结构故障诊断,一. 数控机床机械故障诊断方法 二. 主传动系统的结构与维修 三. 进给系统机械传动结构与维修 四. 导轨副结构与维修 五. 自动换刀装置结构原理与维修 六. 辅助控制装置的维修,*,一、故障与故障诊断 数控机床在机械结构上和普通机床不同点在于传动链缩短，传动部件的精度高，机械维护的面更广。包括主轴、进给轴、导轨和丝杠、刀库和换刀装置、液压和气动等。 熟悉机械故障的特征，掌握数控机床机械故障的诊断的方法和手段。还要注意数控机床机电之间的内在联系。,数控机床机械结构故障诊断,*,数控机床机械故障诊断方法,1. 机械故障的原因 机床在运行过程中，机械零部件受到力、热、摩擦
2、以及磨损等诸多因素的作用，使其领部件偏离或丧失原有的功能。 2. 机械故障诊断 机床运行状态的识别、运行状态的信号获取、特征参数的分析，故障性质的判断和故障部位的确定。,*,数控机床机械故障诊断方法,二、 机械故障诊断的方法 实用诊断技术（问、听、看、闻、摸、查） 振动、噪声测试（幅值大小、频率结构） 油液分析（磨粒成分、型貌、数量） 温度测试（表面温度及变化规律） 超声、X射线探伤（机件内部缺陷） 专家诊断系统（专家的经验、数据）,*,数控机床机械故障诊断方法,1.实用诊断技术 问操作者（渐/突发、故障现象、加工件的情况、传动系统的运动和动力、润滑、保养和检修情况） 看机床的转速变化、工件的
3、表面粗糙度和振纹、颜色伤痕等明显症状 听机床运转声（强弱、频率高低等） 闻润滑油脂氧化蒸发油烟气焦糊气,*,数控机床机械故障诊断方法,1.实用诊断技术 触用手感来判别机床的故障（温升、 振动、伤痕和波纹、爬行、松紧） 实用诊断技术在机械故障的诊断中具有实用简便、快速有效的特点，但诊断效果的好坏在很大程度上要凭借维修技术人员的经验，而且有一定的局限性，对一些疑难故障难以奏效。,*,机械故障诊断的方法,2. 机械振动检测诊断法 以机床振动作为信息源，在机床运行过程中获取信号，对信号作各种处理和分析，通过某些特征量的变化来判别有无故障、根据由以往诊断经验形成的一些判据来确定故障的性质并综合一些其他依
4、据来进一步确定故障的部位。 具有实用可靠、判断准确的特点。,*,2. 机械振动检测诊断法,诊断过程 1）阅被诊断设备的技术资料，分析传动关系、计算传动件的特征值； 2）获取信号、信号调理与处理； 3）信号分析、故障判断（部位、性质）。 故障振动信号分类 1）平稳性故障信号 2）冲击性故障信号,*,2. 机械振动检测诊断法,1）平稳性故障信号机械结构在正弦 周期性力信号、复杂周期性力信号和准周 期性力信号（轴弯曲、偏心、滚子失圆等 渐变性故障）作用下产生的响应信号。 特点：响应信号的频率成分与激励信号 的频率成分相同。频谱为有限根谱线，而 且能量集中在故障的特征频率及其倍频上。,*,*,2. 机
5、械振动检测诊断法,2）冲击性故障信号 机械结构在周期性冲击力作用下的脉冲响 应，他与冲击信号本身有很大的不同。 特点：信号能量短时间释放，其频谱为无 穷根谱线，间隔等于脉冲发生的频率。能 量集中于基频。,*,2. 机械振动检测诊断法,信号分析方法 1)时域分析法（直观） 了解信号的幅值和时间的关系，确定振动的程度，设备是否有故障及严重程度。不能确定故障部位（特征量的统计分析、相关分析等、均值、有效值、均方根值、方差等）。,*,2. 机械振动检测诊断法,信号分析方法 2)频域分析法(了解信号的频率结构，寻找故障源) 幅值谱分析-应用傅里叶变换、傅里叶傅里叶积分将时域信号变为频域信号。 功率谱分析
6、-在频域中对信号能量或功率分布情况的描述。 滤波谱-分析平稳性故障信号 解调谱-分析冲击性故障信号,*,2. 机械振动检测诊断法,测试仪器系统,*,2. 机械振动检测诊断法,诊断实例 1）了解设备的运行状态：设备在运行中有什么异常情况，不同速度档位有什么区别。 2）得到设备的有关资料：设备的传动系统图、轴承分布图等技术资料，并对其进行分析。 3）计算传动链和传动件的特征频率：计算传动链，计算各传动件的特征频率系数。,*,*,对设备进行诊断测试 1）放置测振、测速传感器（位置、信号要 求）（一般选振动或噪声较大的部位）； 2）连接仪器系统； 3）开动被测设备； 4）调节测速电平、显示主轴转速并记
7、录； 5）从较高频段开始测试，逐渐到较低频段， 并调节放大器的增益，使信号处于最佳状 态； 6）记录、打印测试结果。,*,传动链 30/60 27/30 27/57 特征系数 4.69 140. 2.35 63.33 2.1 57 1.0 特征频率 3.58 107.4 1.79 48.32 1.61 43.5 0.763 故障诊断分析 1）由主轴转频计算各传动件的特征频率； 2）对照计算值和测试结果，由前述机械故 障诊断知识进行分析，判断故障的部位和 故障性质。得出诊断结果。,*,*,二. 主传动系统的结构与维修,主轴部件的性能要求 高回转精度、足够的功率输出、刚度、抗振性、温升以及自动变速
8、、准停和自动换刀等要求。 主轴部件的结构 成组高精度轴承（滚动/静压/磁力/陶瓷）及其配置、轴承间隙调整和润滑密封以及满足工件的自动装夹要求,*,二. 主传动系统的结构与维修,主传动系统的配置方式 1.带有二级齿轮变速 2.带有定比传动 3.由主轴电机直接驱动 主轴部件 1.主轴轴承的配置形式 2.主轴内刀具的自动夹紧和切削消除装置 3.主轴准停装置 4.主轴润滑与密封,*,二. 主传动系统的结构与维修,主轴的维护特点 1.主轴润滑 减少摩擦、带走热量，（磨损和热变形） -循环润滑方式：液压泵供油强力润滑和 油脂润滑 -油气润滑方式：定时定量把油雾送进轴 承空隙中 -喷注润滑方式：较大流量的恒
9、温油喷注 到主轴轴承（大容量恒温油箱）,*,二. 主传动系统的结构与维修,2.防泄露,*,主轴故障诊断 故障现象故障原因 1.主轴发热轴承损伤或不清洁、轴承油 脂耗尽或油脂过多、轴承间 隙过小 2.主轴强力电机与主轴传动的皮带过松、 切削停转皮带表面有油、离合器松 3.润滑油泄漏润滑油过量、密封件损伤或 失效、管件损坏,*,主轴故障诊断 故障现象故障原因 4. 主轴噪声缺少润滑、皮带轮动平衡 （振动） 不佳、带轮过紧、齿轮磨 损或啮合间隙过大、轴承 损坏 5.主轴没有或 油泵转向不正确、油管或 润滑不足 滤油器堵塞、油压不足,*,二. 主传动系统的结构与维修,主轴故障诊断 故障现象故障原因 6
10、. 刀具不能 蝶形弹簧位移量太小、刀 夹紧 具松夹弹簧上螺母松动 7.刀具夹紧后 刀具松夹弹簧压合过紧、 不能松开 液压缸压力和行程不够 8.主轴无变速 液压压力不足、窜油或内泄；电磁阀卡死；变档开关失灵,*,*,三. 进给系统机械传动结构与维修,滚珠丝杠螺母副的机械结构及维护 1.滚珠丝杠特点 高传动效率、运动平稳、寿命长、运动精度高、可预紧消隙 2.常见滚珠丝杠结构和参数 P183，表6-2；公称直径、导程和接触角。 3.滚珠丝杠螺母副的维护,*,三. 进给系统机械传动结构与维修,滚珠丝杠螺母副的维护 1.滚珠丝杆螺母副传动间隙的调整 保证反向传动精度和轴向刚度（垫片调隙式、螺纹调隙式、齿
11、差调隙式）。 2.滚珠丝杠副的防护 有效的防护密封和保持润滑油的清洁。防止硬质灰尘或切屑污物的进入，可采用防护罩或防护套管等,*,*,*,三. 进给系统机械传动结构与维修,滚珠丝杠螺母副的维护 3.滚珠丝杠的润滑 润滑剂（油/脂）可提高耐磨性和传动效 率（工作前/半年）。 4.支承轴承的定期检查 定期检查丝杠支承与床身的连接是否有松动以及轴承是否损坏。,*,三. 进给系统机械传动结构与维修,滚珠丝杠螺母副常见故障及排除方法 1.加工工件表面粗糙度高 2.反向误差大 3.运动过程中转矩过大 4.丝杠螺母副润滑不良 5.滚珠丝杠副噪声 6.滚珠丝杠运动不灵活 7.传动状况不良,*,三. 进给系统机
12、械传动结构与维修,故障现象故障原因 1.噪声大 丝杠支承轴承损坏或压盖压合 不好、联轴器松动、润滑不良 或丝杠副滚珠有破损 2. 丝杠运动 轴向预紧太大、丝杠或螺母轴不灵活 线与导轨不平行、丝杠弯曲,*,*,四. 导轨副结构与维修,导轨副的结构特点与分类 1.滑动导轨 优点：结构简单，制造方便，结构刚度大。 缺点：摩擦系数大，低速易爬行。（解决方法？） 2.滚动导轨 优点：摩擦系数小，精度高，寿命长，可预紧等。 3.液体静压导轨 优点：摩擦系数小，效率高。 缺点：结构复杂，成本高。,*,四. 导轨副结构与维修,导轨副的安装与维护 1.导轨副的安装 参考P191，表6-4. 2.间隙调整 压板调
13、整间隙，箱条调整间隙，压板箱条调整间隙 3.滚动导轨的预紧 作用：提高接触刚度和消除间隙。 方法：过盈配合法，调整法。 4.导轨的润滑 5.导轨的防护,*,四. 导轨副结构与维修,导轨副的维护 1.间隙调整保证导轨面之间合理的间隙， 小摩擦力大、磨损，大运动失去准确性和平 稳性、失去导向精度） 2.滚动导轨的预紧提高刚度、消除间隙 3.导轨的润滑降低摩擦系数、减少磨损、 防止导轨面锈蚀。 润滑方式：人工加油油杯供油、压力油润滑 润滑油：粘度变化小、润滑性好、油膜刚度,*,四. 导轨副结构与维修,导轨的防护 防止切屑、磨粒或冷却液散落在导轨上而 引起磨损、擦伤、和锈蚀，导轨面上应有 可靠的防护装
14、置。常用的有刮板式、卷帘 式和叠层式防护罩。需要经常进行清理和 保养。,*,*,*,*,*,故障现象 故障原因 1.导轨研伤 地基与床身水平有变化使局部 载荷过大、长期短工件加工局 部磨损严重、导轨润滑不良、 导轨材质不佳、刮研不符和要 求、导轨维护不良落入赃物,*,四. 导轨副结构与维修,故障现象 故障原因 2.移动部件 导轨面研伤、导轨压板研伤、 镶条与导轨间隙太小 3.加工面在 导轨直线度超差、工作台塞 接刀处不平 铁松动或塞铁弯度过大、机 床水平度差使导轨发生弯曲,*,四. 导轨副结构与维修,*,五. 自动换刀装置结构原理与维修,自动换刀装置的形式 1.数控车床换刀形式 四方回转刀架（
15、过程？） 六角回转刀架 转塔头式换刀装置 2.加工中心换刀形式 转盘式刀库 链式刀库等,*,五. 自动换刀装置结构原理与维修,刀库与换刀机械手的维护要点 1.严禁把超重、超长的刀具装入刀库，防止 机械手换刀时掉刀或发生碰撞 2.不管什么方式选刀时，刀具号要和刀库上 所需刀具一致 3.手动方式放往刀库上装刀时，要确保装到 位、装牢靠。刀座上的锁紧也要可靠,*,刀库与换刀机械手的维护要点 4.经常检查刀库的回零位置是否正确，主轴 回换刀点位置到位，及时调整 5.要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（行程开关、电磁 阀、液压系统的压力等）,*,五
16、. 自动换刀装置结构原理与维修,刀库与换刀机械手的故障诊断 故障主要表现在：刀库运动故障、定位误差过大、机械手夹持刀柄不稳定和机械手运动误差过大等 故障现象 故障原因 1.刀库刀套不 刀套上的调整螺母位置不对 能卡紧刀具 2.刀库不能旋转 电机和蜗杆轴联轴器松动,*,五. 自动换刀装置结构原理与维修,刀库与换刀机械手的故障诊断 故障现象 故障原因 3.刀具从机械 刀具超重、机械手卡紧销损 手中脱落 坏或没有弹出来 4.刀具交换时 换刀时主轴没有回到换刀点 掉刀 5.换刀速度过 气压太高或太低和节流阀开 快或过慢 口太大或太小,*,五. 自动换刀装置结构原理与维修,*,六. 辅助控制装置的维修,一、液压传动系统 1.驱动对象 液压卡盘 静压导轨 液压拨叉变速液压液压缸 主轴箱的液压平衡 液压驱动机械手和主轴上松刀液压缸等,*,一、液压传动系统 2.液压系统的维
