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1、项目3 数控机床机械装置故障诊断与维修,【项目目标】 重点掌握数控机床机械部件的结构。 【项目导读】 本章介绍数控机床主轴部件、进给运动部件 、刀库及自动换刀装置、机床辅助装置的典型 结构及工作原理、常见故障现象及故障排除方 法。,任务3.1 数控机床机械装置故障概述,3.1.1 数控机床机械故障的特点,数控机床机械故障：指机械系统（零件、 组件、部件或整台设备乃至一系列的设备组 合）因偏离其设计状态而丧失部分或全部功 能的现象。 如机床运转不平稳、轴承噪声过大、机 械手夹持刀柄不稳定等现象,机械故障的分类： 功能型故障 动作型故障 结构型故障 使用型故障,3.1.2 机械部件故障常见类型,按
2、照故障发生的原因分,磨损性故障；错用性故障；先天性故障,按照故障的性质分,间歇性故障；永久性故障,按照故障发生后的影响程度分,部分性故障；完全性故障,机械部件故障常见类型,按照故障造成的后果分,危害性故障；安全性故障,按照故障发生的快慢分,突发性故障；渐发性故障,按照故障发生的频次,偶发性故障多发性故障,按照故障发生、发展的规律分,随机性故障；有规则故障,3.1.3 数控机床各典型部件可能出现的主要故障,1.进给传动链故障 定位精度下降、反向间隙过大、机械爬行 2.主轴部件故障 刀杆拉紧机构、自动换挡机构 故障 3.自动换刀装置（ATC）故障 刀库运动故障、定位误差过大、机械手夹持刀柄不稳定
3、4.各级运动位置检查的行程开关压合故障 运动部件运动特性的变化、压合行程开关的机械装置可靠性 5.配套附件的可靠性 切削液装置、排屑装置、导轨防护罩 故障,任务3.2 数控机床主轴部件 的故障诊断与维修,3.2.1数控机床的主轴部件,主轴部件是机床的一个关键部件，它包括主轴、主轴轴承、安装在主轴上的传动零件、工件或刀具自动松夹机构等，对于加工中心还有定向准停机构。,主轴端部的结构形状,车床,镗、铣床,磨床,主轴部件的支承,主轴部件常用的滚动轴承类型,圆锥滚子轴承,锥孔双列圆柱滚子轴承,同时承受径向和轴向载荷，通常用作主轴的前支承,只能承受径向载荷。,双列推力角接触轴承,带凸肩的双列圆柱滚子轴承
4、,该轴承一般与双列圆柱滚子轴承配套用作主轴的前支承，并将其外圈外径作成负偏差，保证只承受轴向载荷,可用作主轴前支承，空心滚子承受冲击载荷时刻产生微小变形，能增大接触面积并有吸振和缓冲作用,主轴滚动轴承的配置,前支承采用圆柱滚子轴承和60双列推力角接触球轴承组合，后支承采用成对向心推力球轴承的配置形式,前、后支承采用高精度向心推力球轴承,前支承采用双列圆锥滚子轴承，后支承采用单列圆锥滚子轴承,滚动轴承的精度,有高级E、精密级D、特精级C和超精级B,主轴滚动轴承的预紧,轴承内圈移动,修磨座圈或隔套,修磨座圈,隔套的应用,主轴的润滑与密封,油气润滑方式：定时定量 地把油雾送进轴承空隙中,喷注润滑方式
5、 ：用较大流 量的恒温油（每个 轴承 3 4L/min） 喷注到主 轴轴承,主轴密封,卧式加工中心主轴前支承的密封结构 1进油口 2轴承 3箱体 4、5法兰盘 6主轴 7泄漏孔 8回油斜孔 9泄油孔,3.2.2数控机床主轴准停装置,主轴准停方式,电气准停控制定位的三种方式：,1.主轴电动机内装传感器实现主轴准停控制,利用内装传感器发出的主轴速度、位置信号及一转信号实现主轴准停控制，适用于主轴电动机与主轴直联或1:1传动的场合，内装MZ/MZi系列内装编码器。,2.主轴外接主轴独立编码器实现主轴准停控制,利用与主轴1:1连接的主轴编码器发出的主轴速度、位置信号及一转信号实现主轴准停控制，适用于主
6、轴电动机与主轴之间有机械齿轮传动的场合、内装M/Mi系列编码器。,3.主轴电动机内装传感器和外接一转检测元件（接近开关）实现主轴准停控制,利用主轴外接一转信号开关（接近开关）发出的主轴一转信号和主轴电动机内装传感器发出的主轴速度和位置反馈信号实现主轴准停控制，适用于主轴电动机与主轴之间有机械齿轮传动的场合 ，内装M/Mi系列编码器。,任务3.3 数控机床进给运动部件 的故障诊断与维修,3.3.1 数控机床进给运动部件机械结构,滚珠丝杠螺母副,工作原理,滚珠丝杠螺母副的结构原理示意图 1螺母 2滚珠 3丝杠,在丝杠3和螺母1上有螺旋槽，套装在一起时形成了螺旋滚道。螺母上有滚珠回路管道b，将几圈螺
7、旋滚道的两端连接起来构成封闭的循环滚道，并在滚道内装满滚珠2，当丝杠旋转时，滚珠在滚道内既自转又沿滚道循环转动，迫使螺母（或丝杠）轴向移动,循环方式,每一列钢珠转几圈后经插管式回珠器返回。插管式回珠器位于螺母之外，称为外循环,外循环,插管式 回珠器,插管式 回珠器,外循环方式,内循环,内循环方式 1丝杠 2反向器 3滚珠 4螺母,滚珠丝杠螺母副预紧,垫片调隙法,螺母调隙法,1、2螺母,齿差调整法,滚珠丝杠螺母副的支承形式和制动方式,支承方式,一端装推力轴承,一端装推力轴承，另一端装深沟球轴承,两端装推力轴承,两端装推力轴承及深沟球轴承,支承方式,制动方式,用具有刹车作用的制动电动机 在传动链中
8、配置逆转效率低的高减速比系统， 如齿轮、蜗杆减速器等 采用超越离合器,导轨,导轨主要用来支承和引导运动部件沿一定的导轨运动。在导轨副中运动的一方称动导轨，不动的一方称支承导轨,直线滑动导轨的截面形状,常用直线滑动导轨有矩形、三角形、燕尾形及圆形截面,矩形导轨,三角形导轨,燕尾形导轨,圆柱形导轨,直线导轨的组合,双三角形导轨 为双V型导轨，导轨面同时起支承和导向作用，适用于精度要求高的机床,双矩形导轨 这种导轨易加工制造，承载能力大，但导向精度差，常用于普通精度的机床,三角形平导轨组合 为V形平导轨组合，不需用镶条调整间隙，导轨精度高，通常用于磨床、精密镗床,三角形矩形导轨组合 卧式车床的导轨,
9、平-平-三角形导轨组合,【例1】某加工中心运行时，工作台Y轴方向位移接近行程终端过程中丝杠反向间隙明显增大，机床定位精度不合格。 故障分析及处理：故障部位明显在X轴伺服电机与丝杠传动链一侧，拆卸电动机与滚珠丝杠之间的弹性联轴器，用扳手转动滚珠丝杠进行手感检查。通过手感检查，发现工作台X轴方向位移接近行程终端时，感觉到阻力明显增加。拆下工作台检查，发现Y轴导轨平行度严重超差，故而引起机械转动过程中阻力明显增加，滚珠丝杠弹性变形，反向间隙增大，机床定位精度不合格。经过认真修理、调整后，重新装好后，故障排除,【例2】某一数控车床，经常出现Z轴伺服电动机过电流报警。 故障分析及处理：开式以为是电气故障
10、，调整了一下过电流限定值，就好了一些。但不久，Z轴伺服电机出现过热。 将Z轴伺服电动机拆下，发现换向器表面已变色。这时用手搬Z轴丝杠，搬不动，并且整个丝杠上没有任何划痕。但螺母搬不动。随之把整个丝杠拆下，飞了很大劲才把螺母拆下，螺母滚珠是外循环的，在螺母的滚道有很多油垢，还有类似棉纱之类的东西，很硬粘在滚道上，所有的滚珠一动不动。将油垢和棉纱之类的东西都清理后，重新装回到机床后，故障现象消失。,任务3.4 数控机床自动换刀装置的 故障诊断与维修,3.4.1 数控机床常见自动换刀方式,电动刀架自动换刀装置,普通型数控车床中，自动换刀装置采用电动刀架，有4工位和6工位两种形式，机床标准配置为4工位
11、,电动刀架采用蜗杆传动，上下齿盘啮合，螺杆夹紧的工作原理，具有转未快，定位精度高，切向力矩大的优点，同时采用无触点霍尔开关发信，使用寿命长。该工作过程包括刀架抬起、刀架转位、刀架定位和夹紧刀架4个过程,四工位电动刀架结构示意图 1刀架底座 2蜗轮丝杠 3粗定位盘 4刀架体 5球头销 6转位套 7瓷缸 3刀位检测盘（霍尔开关） 9粗定位销 10刀架电动机,刀架抬起 当数控系统发出换刀指令后，刀架电动机10起动正传，通过联轴器使刀架蜗杆转动。从而带动涡轮丝杠2转动，刀架体4的内孔加工有螺纹，与丝杠轴连接,涡轮与丝杠为整体结构。当涡轮开始转动时，由于刀架底座1和刀架体4上的端面齿合状态且涡轮丝杠轴向
12、固定，因此这是刀架体4抬起，从而完成刀架抬起动作。 刀架转位 当刀架体抬起到一定距离后，端面齿脱开，转位套6用销钉与涡轮丝杠2连接，随涡轮丝杠一同转动，当端面齿完全脱开时，球头销5在弹簧力的作用下进入转位套6的槽中，到动刀架体转位，刀架体转位的同时带动磁缸7也转位，与刀号转位盘8（4个霍尔开关控制电路板）配合进行刀号的检查。,刀架定位 当系统程序的刀号与实际刀架检测刀号一致时，刀架电动机立即停止，并开始反转，球头销从转位套的槽中被挤出，使粗定位销9在弹簧的作用下进入粗定位盘3的凹槽中，由于粗定位销的限制，刀架体4能转动，使其在该位置垂直落下，刀架体4和刀座1上的端面齿啮合实现精确定位。 夹紧刀
13、架 电动机继续反转（反转时间由系统PLC程序控制），此时涡轮停止转动，蜗杆轴自身转动，当两个端面齿增加到一定夹紧力时，刀架电动机10立即断电停止。,电动转塔自动换刀装置,常用的有6工位、8工位和12工位。有电动转塔换刀装置、伺服转塔换刀装置和动力头转塔,电动转塔有下面四个特点：,采用行星轮系传动的减速机构、结构紧凑、传动效率高。 刀盘无需抬起就能实现转位松开和制动控制。 可双向回转和任意刀位就近选刀，最大限度的减少刀架转位的辅助时间。 分度工位由二进制绝对编码器识别，刀架定位与锁紧由接近开关发出信号，到位控制时通过系统PMC程序编制，安全可靠。,电动转塔结构简图 1-电动机 2-齿轮 3-电动
14、机齿轮 4-行星齿轮 5-空套齿轮 6-锁紧接近开关 7-预分度到位接近开关 8-电磁铁 9-插销 10-动齿盘 11-挡圈 12-定齿盘13-分度主轴 14-双联齿盘15-弹簧 16-滚轮架 17-滚轮 18-驱动齿轮 19-箱体 20-角度编码器 21-后盖 22-电动机刹紧装置,【例1】CK6140数控机床换刀时3号刀位转不到位故障分析：一般有两种原因，一是电动机相位接 反，但调整电动机相位线后故障不能排除。二是磁钢与霍尔元件高度位置不准。拆开刀架上盖，发现4号磁钢与霍尔元件高度位置距离相差较大，用尖嘴钳调整3号磁钢与霍尔元件高度与其它刀号基本一致，重新启动系统，故障排除。,【例2】某数
15、控车床在运行过程中出现刀架不转位（一般系统会提示刀架位置信号错误），有多种原因可以引起刀架不转动。 故障分析：刀架继电器过载后断开。 刀架电动机380V相位错误。由于刀架只能顺时针转动（刀架内部有方向定位机械机构），若三相位接错，刀架电动机一通电就反转，则刀架不能转动。 刀架电动机三相电缺相。 刀架位置信号所用的24V电源故障。 刀架体内中心轴上的推力球轴承被轴向定位盘压死，轴承不能转动，使得刀架电动机不能带动刀架转动。 拆下零件检查原因，发现由于刀架转位带来的振动，使得螺钉松动，定位键长时间承受正反方向的切向力，使得定位键损坏，螺母和定位盘向下移动，给轴承施加较大轴向力，使其转动不了。,任务
16、3.5 数控机床液压系统的 故障诊断与维修,3.5.1液压系统在数控机床上的应用,液压系统在数控机床中的辅助功能：,自动换刀所需的动作。 机床运动部件的平衡。 机床运动部件的制动和离合器的控制，齿轮拨叉挂档等。 机床的润滑冷却。 机床防护罩、板、门的自动开关。 工作台的松开夹紧，交换工作台的自动交换动作。 夹具的自动松开、夹紧。 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。,3.5.2液压系统基本构成及常见故障表现形式,液压系统的组成,能源部分 执行部分 控制调节部分 辅助部分 传动介质,液压系统的基本构成及其回路,压力控制回路,压力控制回路的功能是利用压力控制元件来控制整个液压系统（或局部油路）的工作压力，以满足执行元件对力（或力矩）的要求，或者达到合理利用功率、保证系统安全等目的,调压回路,调压回路 （a）单极调压回路 （b）远程调压回路 1-液压泵 2-溢流阀 3-主溢流阀 4-远程调压阀,调压回路的功能是控制系统的最高工作压力，使其不超过某一预先调定的数值（即压力阀的调整压力）,
