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1、 1烟台工程职业技术学院数控技术系 系 数控设备应用与维护 专业 08302 级毕业设计（论文）题 目: 数控机床主轴部件及其维护维修 姓名 学号 指导教师（签名） 二一年十月十二日 2烟台工程职业技术学院毕业设计（论文)诚 信 承 诺 书本人慎重承诺：我所撰写的设计（论文） 数控机床主轴部件及其维护维修 是在老师的指导下自主完成，没有剽窃或抄袭他人的论文或成果。如有剽窃、抄袭，本人愿意为由此引起的后果承担相应责任。毕业论文（设计）的研究成果归属学校所有。学生(签名)年 月 日 3摘要随着电子技术和自动化技术的发展，数控技术的应用越来越广泛。数控机床的主轴技术也是相当的重要，但往往也会出现故障
2、,外此给操作人员带来便,为了发挥数控机床的使用效率,本文中介绍了数控机床主轴常见的故障及对它的故障分析和解决的方法,结合原理图来加以说明。关键词： 数控技术，主轴结构，故障诊断。 4目 录第一章 数控系统与数控机床技术发展趋势51.1 数控系统发展趋势 5第二章 数控机床主轴结构 82.1 高速加工对机床主轴的要求 82.2 主轴的结构设计 8第三章 数控机床主轴的故障分析与维修 10第四章 数控机床运行中主轴的异常及案例 144.1 主轴发热现象 144.2 主轴出现异常噪音或振动 144.3 切削时主轴出现停转或旋转不稳现象 15结论15参考文献 16 5第一章 数控系统与数控机床技术发展
3、趋势1.1 数控系统发展趋势从 1952 年美国麻省理工学院研制出第一台试验性数控系统，到现在已走过了半个世纪历程。随着电子技术和控制技术的飞速发展，当今的数控系统功能已经非常强大，与此同时加工技术以及一些其他相关技术的发展对数控系统的发展和进步提出了新的要求。 1.1.1 数控系统向开放式体系结构发展 20 世纪 90 年代以来，由于计算机技术的飞速发展，推动数控技术更快的更新换代。世界上许多数控系统生产厂家利用 PC 机丰富的软、硬件资源开发开放式体系结构的新一代数控系统。开放式体系结构使数控系统有更好的通用性、柔性、适应性、可扩展性，并可以较容易的实现智能化、网络化。近几年许多国家纷纷研
4、究开发这种系统，如美国科学制造中心(NCMS)与空军共同领导的“下一代工作站/机床控制器体系结构”NGC，欧共体的“自动化系统中开放式体系结构”OSACA，日本的 OSEC 计划等。开放式体系结构可以大量采用通用微机技术，使编程、操作以及技术升级和更新变得更加简单快捷。开放式体系结构的新一代数控系统，其硬件、软件和总线规范都是对外开放的，数控系统制造商和用户可以根据这些开放的资源进行的系统集成，同时它也为用户根据实际需要灵活配置数控系统带来极大方便，促进了数控系统多档次、多品种的开发和广泛应用，开发生产周期大大缩短。同时，这种数控系统可随 CPU 升级而升级，而结构可以保持不变。 1.1.2
5、数控系统向软数控方向发展 现在，实际用于工业现场的数控系统主要有以下四种类型，分别代表了数控技术的不同发展阶段，对不同类型的数控系统进行分析后发现，数控系统不但从封闭体系结构向开放体系结构发展，而且正在从硬数控向软数控方向发展的趋势。 传统数控系统，如 FANUC 0 系统、MITSUBISHI M50 系统、SINUMERIK 810M/T/G 系统 6等。这是一种专用的封闭体系结构的数控系统。目前，这类系统还是占领了制造业的大部分市场。但由于开放体系结构数控系统的发展，传统数控系统的市场正在受到挑战，已逐渐减小。 “PC 嵌入 NC”结构的开放式数控系统，如 FANUC18i、16i 系统
6、、SINUMERIK 840D 系统、Num1060 系统、AB 9/360 等数控系统。这是一些数控系统制造商将多年来积累的数控软件技术和当今计算机丰富的软件资源相结合开发的产品。它具有一定的开放性，但由于它的 NC 部分仍然是传统的数控系统，用户无法介入数控系统的核心。这类系统结构复杂、功能强大，价格昂贵。 “NC 嵌入 PC”结构的开放式数控系统它由开放体系结构运动控制卡和 PC 机共同构成。这种运动控制卡通常选用高速 DSP 作为 CPU，具有很强的运动控制和PLC 控制能力。它本身就是一个数控系统，可以单独使用。它开放的函数库供用户在 WINDOWS 平台下自行开发构造所需的控制系统
7、。因而这种开放结构运动控制卡被广泛应用于制造业自动化控制各个领域。如美国 Delta Tau 公司用 PMAC 多轴运动控制卡构造的 PMAC-NC 数控系统、日本 MAZAK 公司用三菱电机的 MELDASMAGIC 64构造的 MAZATROL 640 CNC 等。SOFT 型开放式数控系统这是一种最新开放体系结构的数控系统。它提供给用户最大的选择和灵活性，它的 CNC 软件全部装在计算机中，而硬件部分仅是计算机与伺服驱动和外部 I/O 之间的标准化通用接口。就像计算机中可以安装各种品牌的声卡和相应的驱动程序一样。用户可以在 WINDOWS NT 平台上，利用开放的 CNC 内核，开发所需
8、的各种功能，构成各种类型的高性能数控系统，与前几种数控系统相比，SOFT 型开放式数控系统具有最高的性能价格比，因而最有生命力。通过软件智能替代复杂的硬件，正在成为当代数控系统发展的重要趋势。其典型产品有美国MDSI 公司的 Open CNC、德国 Power Automation 公司的 PA8000 NT 等。1.1.3 数控系统控制性能向智能化方向发展 智能化是 21 世纪制造技术发展的一个大方向。随着人工智能在计算机领域的渗透和发展，数控系统引入了自适应控制、模糊系统和神经网络的控制机理，不但具有自动编程、前馈控制、模糊控制、学习控制、自适应控制、工艺参数自动生成、三维刀具补偿、运动参
9、数动态补偿等功能，而且人机界面极为友好，并具有故障诊 7断专家系统使自诊断和故障监控功能更趋完善。伺服系统智能化的主轴交流驱动和智能化进给伺服装置，能自动识别负载并自动优化调整参数。 世界上正在进行研究的智能化切削加工系统很多，其中日本智能化数控装置研究会针对钻削的智能加工方案具有代表性。1.1.4 数控系统向网络化方向发展数控系统的网络化，主要指数控系统与外部的其它控制系统或上位计算机进行网络连接和网络控制。数控系统一般首先面向生产现场和企业内部的局域网，然后再经由因特网通向企业外部，这就是所谓 Internet/Intranet 技术。 随着网络技术的成熟和发展，最近业界又提出了数字制造的
10、概念。数字制造，又称“e-制造”，是机械制造企业现代化的标志之一，也是国际先进机床制造商当今标准配置的供货方式。随着信息化技术的大量采用，越来越多的国内用户在进口数控机床时要求具有远程通讯服务等功能。 数控系统的网络化进一步促进了柔性自动化制造技术的发展，现代柔性制造系统从点(数控单机、加工中心和数控复合加工机床)、线(FMC、FMS、FTL、FML)向面(工段车间独立制造岛、FA)、体(CIMS、分布式网络集成制造系统)的方向发展。柔性自动化技术以易于联网和集成为目标，同时注重加强单元技术的开拓、完善，数控机床及其构成柔性制造系统能方便地与CAD、CAM、CAPP、MTS 联结，向信息集成方
11、向发展，网络系统向开放、集成和智能化方向发展。1.1.5 数控系统向高可靠性方向发展随着数控机床网络化应用的日趋广泛，数控系统的高可靠性已经成为数控系统制造商追求的目标。对于每天工作两班的无人工厂而言，如果要求在 16 小时内连续正常工作，无故障率在 P(t)99%以上，则数控机床的平均无故障运行时间 MTBF就必须大于 3000 小时。我们只对某一台数控机床而言，如主机与数控系统的失效率之比为 10:1(数控的可靠比主机高一个数量级)。此时数控系统的 MTBF 就要大于33333.3 小时，而其中的数控装置、主轴及驱动等的 MTBF 就必须大于 10 万小时。如果对整条生产线而言，可靠性要求
12、还要更高。 8当前国外数控装置的 MTBF 值已达 6000 小时以上，驱动装置达 30000 小时以上，但是，可以看到距理想的目标还有差距。1.1.6 数控系统向复合化方向发展在零件加工过程中有大量的无用时间消耗在工件搬运、上下料、安装调整、换刀和主轴的升、降速上，为了尽可能降低这些无用时间，人们希望将不同的加工功能整合在同一台机床上，因此，复合功能的机床成为近年来发展很快的机种。柔性制造范畴的机床复合加工概念是指将工件一次装夹后，机床便能按照数控加工程序，自动进行同一类工艺方法或不同类工艺方法的多工序加工，以完成一个复杂形状零件的主要乃至全部车、铣、钻、镗、磨、攻丝、铰孔和扩孔等多种加工工
13、序。普通的数控系统软件针对不同类型的机床使用不同的软件版本，比如 Siemens的 810M 系统和 802D 系统就有车床版本和铣床版本之分。复合化的要求促使数控系统功能的整合。目前，主流的数控系统开发商都能提供高性能的复合机床数控系统。1.1.7 数控系统向多轴联动化方向发展由于在加工自由曲面时，3 轴联动控制的机床无法避免切速接近于零的球头铣刀端部参与切削，进而对工件的加工质量造成破坏性影响，而 5 轴联动控制对球头铣刀的数控编程比较简单，并且能使球头铣刀在铣削 3 维曲面的过程中始终保持合理的切速，从而显着改善加工表面的粗糙度和大幅度提高加工效率，因此，各大系统开发商不遗余力地开发 5 轴、6 轴联动数控
