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1、第7章 数控机床常见机械故障及其维修数控机床机械部分的故障与普通机床机械部分的故障有许多共同点，因此在对机械故障进行诊断及维修时，有许多地方是相通的。但是，数控机床大量采用电气控制与电气驱动，这就使得数控机床的机械结构与普通机床的机械结构相比有很大的简化，使其机械结构的故障呈现出一些新的特征。在实际中，机械故障的种类繁多，本章只能介绍一些共性的部件故障，如主传动系统、进给系统、机床导轨等。本章首先介绍数控机床主传动系统与主轴部件的故障诊断与维修；然后介绍进给系统的二个主要部件滚珠丝杠副和导轨副的故障诊断与维修。由于滚珠丝杠副和导轨副时为适应数控机床的特殊要求而特有的，因此对它们的结构及材料性能
2、作了一些介绍，以便读者了解；最后介绍刀库及换刀装置的故障及维修。7.1数控机床主传动系统与主轴部件的故障诊断与维修数控机床的主传动承受主切削力，它的功率大小与回转速度直接影响着机床的加工效率。而主轴部件是保证机床加工精度和自动化程度的主要部件，它们对数控机床的性能有着决定性的影响。由于数控机床的主轴驱动广泛采用交、直流主轴电动机，这就使得主传动的功率和调速范围较普通机床大为增加。同时为了进一步满足对主传动调速和转矩输出的要求，在数控机床上常采用机电结合的方法，即同时采用电动机调速和机械齿轮变速这两种方法。7.1.1主传动系统数控机床的主传动系统常采用的配置形式有：1、带有变速齿轮的主传动滑移齿
3、轮的换挡常采用液压拨叉或直接由液压缸带动，还可通过电磁离合器直接实现换挡。这种配置方式在大、中型数控机床中采用较多。2、电动机与主轴直联的主传动其特点是结构紧凑，但主轴转速的变化及转矩的输出和电动机的输出特性一致，因而使用受到一定的限制。3、采用带传动的形式这种形式可避免齿轮传动引起的振动和噪声，但只能用在低扭矩的情况下。这种配置在小机床中经常使用。4、电主轴电主轴通常作为现代机电一体化的功能部件，采用在高速数控机床上，其主轴部件结构紧凑，重量轻，惯量小，可提高起动、停止的响应特性，有利于控制振动和噪声，缺点是制造和维护困难且成本较高。7.1.2主轴部件数控机床主轴部件是影响机床加工精度的主要
4、部件，要求主轴部件具有与本机床工作性能相适应的高回转精度、刚度、抗振性、耐磨性、和低的温升，其结构必须很好的解决刀具和工具的装夹、轴承的配置、轴承间隙调整和润滑密封等问题。数控机床的主轴部件主要有以下几个部分：主轴本体及密封装置、支承主轴的轴承、配置在主轴内部的刀具卡进及吹屑装置、主轴的准停装置等。主轴的结构根据数控机床的规格、精度采用不同的主轴轴承。一般中小规格的数控机床的主轴部件多采用成组的高精度滚动轴承；重型数控机床采用液体静压轴承；高精度数控机床采用气体静压轴承；转速达20000r/min的主轴采用磁力轴承或氮化硅材料的陶瓷滚珠轴承。1、主轴润滑 为了保证主轴有良好的润滑，减少摩擦发热
5、，同时又能把主轴组件的热量带走，通常采用循环式润滑系统。用液压泵供油强力润滑，在油箱中使用油温控制器控制油液温度。现在许多数控机床的主轴采用高级锂基润滑脂封闭方式润滑，每加一次油脂可以使用710年，简化了结构，降低了成本且维护保养简单，但是需要防止润滑油和油脂混合，通常采用迷宫式密封方式。为了适应主轴转速向更高速化发展的需要，新的润滑冷却方式相继开发出来。这些新的润滑冷却方式不单要减少轴承温升，还要减少轴承内外圈的温差，以保证主轴热变形小。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的把油雾送进轴承空隙中，这样既实现了油雾润滑，又不至于油雾太多而污染周围空气；
6、后者则是连续供给油雾。喷注润滑方式。 它用较大流量的恒温油（每个轴承34L/min）喷注到主轴轴承，以达到润滑冷却的目的。需要特别指出的是，较大流量的油，不是自然回流，而是用排油泵强制排油，同时，采用专用高精度大容量恒温油箱，油温变动控制在0.5。2、防泄漏 在密封件中，被密封的介质往往是以穿漏、渗透或扩散的形式越界泄漏到密封连接处的彼侧。造成泄漏的基本原因是流体从密封面上的间隙中溢出。或是由于密封部件内外两侧密封介质的压力差或浓度差，致使流体向压力或浓度低的一侧流动。 图7-1所示为卧式加工中心主轴前支承的密封结构。图7-1卧式加工中心主轴前支承的密封结构1、进油口；2、轴承；3、4、5、法
7、兰盘；6、主轴；7、泄漏孔；8、回油斜孔；9、泄油孔卧式加工中心主轴前支承处采用的双层小间隙密封装置。主轴前端车出两组锯齿形护油槽，在法兰盘4和5上开沟槽及泄漏孔，当喷入轴承2内的油液流出后被法兰盘4内壁挡住，并经过其下部的泄油孔9和套筒3上的回油斜孔7流回油箱，少量油液沿着主轴6流出时，主轴护油槽在离心力的作用下被甩至法兰盘4的沟槽内，经过回油斜孔7重新流回油箱，达到了润滑介质防泄漏的目的当外部切削液、切屑及灰尘等沿主轴6与法兰盘5之间的间隙进入时，经法兰盘5的沟槽由泄漏孔7排出，少量的切削液、切屑及灰尘进入前锯齿沟槽，在主轴6高速旋转的离心力作用下仍被甩至法兰盘5的沟槽内由泄油孔7排出，达
8、到了主轴端部密封的目的。要使间隙密封结构能在一定的压力和温度范围内具有良好的密封防泄漏性能，必须保证法兰盘4和5与主轴及轴承端面的配合间隙符合如下条件。法兰盘4与主轴6的配合间隙应控制在0.10.2mm（单边）范围内。如果间隙偏大，则泄漏量将按照间隙的3次方扩大；若间隙过小，由于加工及安装的误差，容易与主轴局部接触使主轴局部升温并产生噪声。+法兰盘4内端与轴承端面的间隙应控制在0.150.3mm之间。小间隙可使压力油直接被挡住并沿法兰盘4内端面下部的泄油孔9经回油斜孔7流回油箱。法兰盘5与主轴的配合间隙应控制在0.150.25mm（单边）范围内。间隙太大，进入主轴6内的切削液及杂物会显著增多，
9、间隙太小，则容易与主轴接触。法兰盘5沟槽深度应大于10mm（单边），泄漏孔7应大于6mm，并位于主轴下端靠近沟槽内壁处。法兰盘4的沟槽深度应大于12mm（单边），主轴上的锯齿尖而深；一般在57mm范围内，以确保具有足够的甩油空间。法兰盘4处的主轴锯齿向后倾斜，法兰盘5处的主轴锯齿向前倾斜，法兰盘4上的沟槽与主轴6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。套筒前端的回油斜孔7及法兰盘4的泄油孔9流量为进油孔1的23倍，以保证压力油能顺利地流回油箱。（3）刀具夹紧 在自动换刀机床的刀具自动夹紧装置中，刀具自动夹紧装置的刀杆常采用7：24的大锥度锥柄，既利于定心，也为松刀
10、带来方便。用蝶形弹簧通过拉杆及夹头拉住刀柄的尾部，使刀具锥柄和主轴锥孔紧密配合，夹紧力达10000N以上。松刀时，通过液压缸活塞推动拉杆来压缩蝶形弹簧，使夹头张开，夹头与刀柄上的拉钉脱离，刀具就可拔出进行新、旧刀具的更换，新刀装入后，液压缸活塞后移，新刀具又被蝶形弹簧拉紧。在活塞推动拉杆松开刀柄的过程中，压缩空气由喷气头经过活塞中心孔和拉杆中的孔吹出，将锥孔清理干净，防止主轴锥孔中掉入切屑和灰尘，把主轴锥孔表面和刀杆的锥柄划伤，同时保证刀具的正确位置。7.1.3主传动系统的常见故障及排除方法（见表7-1）表7-1 主传动系统的常见故障及排除方法序号故障现象故障原因排除方法1主轴发热主轴轴承损伤
11、或轴承不清洁更换轴承，清除脏物主轴前端盖与主轴箱体压盖研伤修磨主轴前端盖，使其压紧主轴前轴承，轴承与后盖有0.020.05mm间隙轴承润滑油脂耗尽或润滑油脂涂抹过多涂抹润滑油脂，每个3ml2主轴在强力切削时停转电动机与主轴连接的皮带过松移动电动机座，拉紧皮带，然后将电动机座重新锁紧皮带表面有油用汽油清洗后擦干净，再装上皮带使用过久而失效更换新皮带摩擦离合器调整过松或磨损调整摩擦离合器，修磨或更换摩擦片3主轴噪声缺少润滑涂抹润滑脂保证每个轴承涂抹润滑脂量不得超过3ml小带轮与大带轮传动平稳情况不佳带轮上的平衡块脱落，重新进行动平衡主轴与电动机连接的皮带过紧移动电动机座，使皮带松紧度合适齿轮啮合间
12、隙不均匀或齿轮损坏调整啮合间隙或更换新齿轮传动轴承损坏或传动轴弯曲修复或更换轴承，校直传动轴4主轴没有润滑油循环或润滑不足油泵转向不正确，或间隙太大改变油泵转向或修理油泵吸油管没有插入油箱的油面下面将吸油管插入油面以下2/3油管和滤油器堵塞清除堵塞物润滑油压力不足调整供油压力5润滑油泄漏润滑油过量调整供油量密封件损坏更换密封件管件损坏更换管件6刀具不能夹紧蝶形弹簧位移量较小调整蝶形弹簧行程长度刀具松紧弹簧上的螺母松动顺时针旋转松夹刀具弹簧上的螺母使其最大工作载荷不得超过13kN7刀具夹紧后不能松开松刀弹簧压合过紧逆时针旋转松夹刀具弹簧上的螺母使其最大工作载荷不得超过13kN液压缸压力和行程不够
13、调整液压压力和活塞行程开关位置7.1.4主传动系统维修实例例1. 主轴噪声的故障维修故障现象：车床CK6140在1200转时，主轴噪声变大分析及处理过程：CK6140采用的是齿轮变速传动。一般来讲主轴产生噪声的噪声源主要有：齿轮在啮合时的冲击和摩擦产生的噪声；主轴润滑油箱的油不到位产生的噪声；主轴轴承的不良引起的噪声。将主轴箱上盖的固定螺钉松开，卸下上盖，发现油箱的油在正常水平。检查该挡位的齿轮及变速用的拨叉，看看齿轮有没有毛刺及啮合硬点，结果正常，拨叉上的铜块没有摩擦痕迹，且移动灵活。在排除以上故障后，卸下皮带轮及卡盘，松开前后锁紧螺母，卸下主轴，检查主轴轴承，检查中发现轴承的外环滚道表面上
14、有一个细小的凹坑碰伤，更换轴承，重新安装好后，用声级计检测，主轴噪声降到73.5dB。例2主轴漏油故障现象：ZJK7532铣钻床加工过程中出现漏油分析及处理过程：该铣钻床为手动换挡变速，通过主轴箱盖上方的注油孔加入冷却润滑油。在加工时只要速度达到400rpm时，油就会顺着主轴流下来。观察油箱油标，油标显示在油在上限位置。拆开主轴箱上盖，发现冷却油已注满了主轴箱（还未超过主轴轴承端），游标也被油浸没。可以肯定是油加的过多，在达到一定速度时油弥漫所致。放掉多余的油后主轴运转时漏油问题解决。外部观察油标正常，是因为加油过急导致游标的空气来不及排出，油将游标浸没，从而给加油者假象，导致加油过多，从而漏
15、油。例3. 主轴箱渗油故障现象：CJK6032车床主轴箱部位有油渗出分析及处理过程：将主轴外部防护罩拆下，发现油是从主轴编码器处渗出。该CJK6032车床的编码器安装在主轴箱内，属于第三轴，该编码器的油密封采用O型密封圈的密封方式。拆下编码器，将编码器轴卸下，发现该O型密封圈的橡胶已磨损，弹簧已露出来，属于安装O型密封圈不当所致。更换密封圈后问题解决。例4. 加工件粗糙度不合格故障现象：CK6136车床车削工件粗糙度不合格分析及处理过程：该机床在车削外圆时，车削纹路不清晰，精车后粗糙度达不到。在排除工艺方面的因素后（如刀具、转速、材质、进给量、吃刀量等），将主轴挡位挂到空挡，用手旋转主轴，感觉主轴较松。打开主轴防护罩，松开主轴止退螺钉，收紧主轴锁紧螺母用手旋转主轴，感觉主轴合适后，锁紧主轴止退螺钉，重新精车削，问题得到解决。7.2数控机床进给系统的结构及维修数控机床的进给传动系统的任务是实现执行机构（刀架、工作台等）的运动。大部分数控机床的进给系统是由伺服电动机经过联轴器与滚珠丝杠直接相连，然后由滚珠丝杠螺母副驱动工作台运动，其机械结构比较简单。数控机床进给系统中的机械传动装置和器件具有高寿命、高刚度、无间隙、高灵敏度、和低摩擦阻力等特点。7.2.1滚珠
