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1、,第二章 数控机床机械结构的故障诊断与维修,数控机床故障诊断与维修,舟山职业技术学校 舟山技师学院（筹）,舟山职业技术学校 舟山技师学院（筹）,第二章：数控机床机械结构的故障诊断与维修,2.1数控机床机械结构的主要组成 2.2数控机床的主传动系统 2.3数控机床的进给系统 2.4自动换刀装置 2.5回转工作台 2.6数控机床的液压与气动装置,舟山职业技术学校 舟山技师学院（筹）,第二章：数控机床机械结构的故障诊断与维修,2.1 数控机床机械结构的主要组成,1-主轴 2-溜板箱 3-刀架 4-防护罩 5-数控系统 6-机床控制操作面板 7-尾座 8-床身,CK6136型数控车床,舟山职业技术学校
2、 舟山技师学院（筹）,第一章：数控机床机械结构的故障诊断与维修,舟山职业技术学校 舟山技师学院（筹）,第二章：数控机床机械结构的故障诊断与维修,数控机床的机械结构：,1.机床基础部件 2.主传动系统 3.进给传动系统 4.实现工件回转、定位的装置和附件 5.实现某些部件动作和辅助功能的系统和装置 6.刀架或自动换刀 7.自动托盘交换装置 8.特殊功能装置 9.为完全自动化控制功能的各种反馈信号和元器件,舟山职业技术学校 舟山技师学院（筹）,第二章：数控机床机械结构的故障诊断与维修,2.2 数控机床的主传动系统,2.2.1 主轴变速方式 1无级变速，如图2-2所示,无级变速指可以连续获得变速范围
3、内任何传动比的变速系统。 一般采用直流或者交流主轴伺服电动机。 笼型异步电动机配置矢量变换变频调速系统。,舟山职业技术学校 舟山技师学院（筹）,第一章：数控机床机械结构的故障诊断与维修,图2-2 主轴功率转矩特性,主轴恒功率区域 主轴转速400-3500r/min 主轴传递的功率为11KW,主轴的最大输出转矩为245N.m，并随着主轴转速的增加而变小,舟山职业技术学校 舟山技师学院（筹）,第二章：数控机床机械结构的故障诊断与维修,2.2 数控机床的主传动系统,2.2.1 主轴变速方式 2分段无级变速，如图2-3所示。,图2-3 数控机床主传动的四种配置方式,为了确保数控机床主轴低速时可输出较大
4、扭矩的特性要求(特别是粗加工的场合)以及主轴的变速范围尽可能大，有的数控机床在交流或直流电动机无级变速的基础上增加齿轮变速，即为分段无级变速。,舟山职业技术学校 舟山技师学院（筹）,第二章：数控机床机械结构的故障诊断与维修,带有变速齿轮的主传动,通过带传动的主传动,舟山职业技术学校 舟山技师学院（筹）,第二章：数控机床机械结构的故障诊断与维修,用两个电动机分别驱动主轴,内装电动机的主轴驱动,舟山职业技术学校 舟山技师学院（筹）,第二章：数控机床机械结构的故障诊断与维修,2.2 数控机床的主传动系统,2.2.1 主轴变速方式 3液压拨叉变速机构，如图2-4所示,图2-4 三位液压拨叉工作原理图,
5、在带有齿轮传动的主传动系统中，齿轮的换挡主要靠液压拔叉来完成。,舟山职业技术学校 舟山技师学院（筹）,第二章：数控机床机械结构的故障诊断与维修,三位液压拨叉工作原理图 1、5液压缸 2活塞杆 3拨叉 4套筒,舟山职业技术学校 舟山技师学院（筹）,第二章：数控机床机械结构的故障诊断与维修,2.2 数控机床的主传动系统,2.2.1 主轴变速方式 4电磁离合器变速，如图2-5 2-6 2-7所示,电磁离合器是应用电磁效应接通或切断运动的元件，由于它便于实现自动操作，并有现成的系列产品可供选用，因而它已成为自动装置中常用的操纵元件。电磁离合器用于数控机床的主传动时，能简化变速机构，通过若干个安装在各传
6、动轴上的离合器的吸合和分离的不同组合来改变齿轮的传动路线，实现主轴的变速。,舟山职业技术学校 舟山技师学院（筹）,第二章：数控机床机械结构的故障诊断与维修,图2-5 THL6380型自动换刀数控铣镗床的主传动系统,该机床采用双速电动机和六个电磁离合器完成18级变速,舟山职业技术学校 舟山技师学院（筹）,第二章：数控机床机械结构的故障诊断与维修,图2-6 无集电环摩擦片式电磁离合器,1传动齿轮 2连接器 3套筒 4外摩擦片 5内摩擦片 6挡环 7滚动轴承 8铁心 9衔铁 10螺钉,舟山职业技术学校 舟山技师学院（筹）,第二章：数控机床机械结构的故障诊断与维修,1线圈 2衔铁 3螺钉 4弹簧 5定
7、位环 6隔离环 7连接螺钉 8旋转集电环 9磁轭,图27 啮合式电磁离合器,舟山职业技术学校 舟山技师学院（筹）,第二章：数控机床机械结构的故障诊断与维修,2.2 数控机床的主传动系统,2.2.1 主轴变速方式 5内装电动机主轴变速，如图2-8所示,图2-8内装电动机主轴,电动机直接带动主轴旋转，大大简化了主轴箱体与主轴的结构，有效地提高了主轴部件的刚度，但主轴输出转矩小，电动机发热对主轴的精度影响较大。,舟山职业技术学校 舟山技师学院（筹）,第二章：数控机床机械结构的故障诊断与维修,2.2.2 主轴部件 主轴部件是机床的一个关键部件，它包括主轴的支承、安装在主轴上的传动零件等。主轴部件质量的
8、好坏直接影响加工质量。 主轴端部的结构形状如图2-9所示,舟山职业技术学校 舟山技师学院（筹）,第二章：数控机床机械结构的故障诊断与维修,图2-9 主轴端部的结构形式,车床主轴端部,钻床、普通镗干端部,快速钻套,外圆磨床砂轮主轴端部,铣、镗床主轴端部,内圆磨床砂轮主轴端部,舟山职业技术学校 舟山技师学院（筹）,第二章：数控机床机械结构的故障诊断与维修,2.2.3主轴部件的支承 机床主轴带着刀具或夹具在支承中作回转运动，应能传递切削转矩承受切削抗力，并保证必要的旋转精度。机床主轴多采用滚动轴承作为支承，对于精度要求高的主轴则采用动压或静压滑动轴承作为支承。,舟山职业技术学校 舟山技师学院（筹）,
9、第二章：数控机床机械结构的故障诊断与维修,1主轴部件常用滚动轴承的类型如图2-10所示,图2-10 主轴常用的滚动轴承,锥孔双列圆柱滚子轴承 双列推力接触球轴承 双列圆锥滚子轴承 带凸肩的双列圆柱滚子轴承 带预紧弹簧的圆锥滚子轴承,舟山职业技术学校 舟山技师学院（筹）,第二章：数控机床机械结构的故障诊断与维修,2滚动轴承的精度 主轴部件所用滚动轴承的精度有高级6、精密级5、特精级4和超精级2。前支承的精度一般比后支承的精度高一级，也可以用相同的精度等级。普通精度的机床通常前支承取4、5级，后支承用5、6级。,舟山职业技术学校 舟山技师学院（筹）,第二章：数控机床机械结构的故障诊断与维修,3主轴
10、滚动轴承的配置如图2-11所示,图2-11 数控机床主轴轴承配置形式,能使主轴获得较大的径向和轴向刚度，可以满足机床强力切削的要求，普遍应用于各类数控机床的主轴，如数控车床、数控铣床、加工中心等。 这种配置的后支承也可用于圆柱滚子轴承，进一步提高后支承径向刚度。,该配置没有图a所示的主轴刚度 大，但这种配置提高了主轴的转速，适合主轴要求在较高转速下工作的数控机床。,c) 能使主轴承受较重载荷（尤其是承受较强的动载荷），径向和轴向刚度高，安装和调整性好。但这种配置相对限制了主轴最高转速和精度。,舟山职业技术学校 舟山技师学院（筹）,第二章：数控机床机械结构的故障诊断与维修,4主轴滚动轴承的预紧
11、所谓轴承预紧，就是使轴承滚道预先承受一定的载荷，不仅能消除间隙而且还使滚动体与滚道之间发生一定的变形，从而使接触面积增大，轴承受力时变形减少，抵抗变形的能力增大。 因此，对主轴滚动轴承进行预紧和合理选择预紧量，可以提高主轴部件的旋转精度、刚性和抗振性，机床主轴部件在装配时要对轴承进行预紧，使用一段时间以后，间隙或过盈有了变化，还得重新调整，所以要求预紧结构便于进行调整。,舟山职业技术学校 舟山技师学院（筹）,第二章：数控机床机械结构的故障诊断与维修,主轴滚动轴承的预紧常用的方法有以下几种： (1)轴承内圈移动 如图2-12所示，该方法适用于锥孔双列圆柱滚子轴承。,结构简单，但预紧量不宜控制，常
12、用于轻载 机床主轴部件。 用右端螺母限制内圈的移动量，易于控制预警量。 在主轴凸缘上均布数个螺钉以调整内圈的移动量，调整方便，但是用几个螺钉调整，易使垫圈歪斜。 将紧靠轴承右端的垫圈做成两个半环，可以径向取出，修磨其厚度可控制预紧量的大小，调整精度较高，调整螺母一般采用细牙螺纹，便于微量调整，而且在调好后要能锁紧防松。,舟山职业技术学校 舟山技师学院（筹）,第二章：数控机床机械结构的故障诊断与维修,(2)修磨座圈或隔套 如图2-13和图2-14所示,图2-14 隔套的应用,将两个厚度不同的隔套放在两轴承内、外圈之间，同样将两个轴承轴向相对压紧，使滚道之间产生预紧。,舟山职业技术学校 舟山技师学
13、院（筹）,第二章：数控机床机械结构的故障诊断与维修,(2)修磨座圈或隔套 如图2-13和图2-14所示,图2-13 修磨座,为轴承外圈宽边相对（背对背）安装，这时修磨轴承内圈的内侧。 为轴承外圈窄边相对（面对面）安装，这时修磨轴承外圈的窄边。 在安装时按图示的相对关系装配，并用螺母或法兰盖将两个轴承轴向压拢，使两个修磨过的端面贴紧，这样在两个轴承的滚道之间产生预紧。,舟山职业技术学校 舟山技师学院（筹）,第二章：数控机床机械结构的故障诊断与维修,2.2.4主轴的材料和热处理 主轴材料可根据强度、刚度、耐磨性、载荷特点和热处理变形大小等因素来选择。主轴刚度与材质的弹性模量E有关。无论是普通钢还是
14、合金钢其E值基本相同。因此，对于一般要求的机床其主轴可用价格便宜的中碳钢、45钢，进行调质处理后硬度为2228HRC。,舟山职业技术学校 舟山技师学院（筹）,第二章：数控机床机械结构的故障诊断与维修,2.2.5主轴的润滑与冷却 主轴轴承润滑和冷却是保证主轴正常工作的必要手段。 为了尽可能减少主轴部件温升引起的热变形对机床工作精度的影响，通常利用润滑油循环系统把主轴部件的热量带走，使主轴部件和箱体保持恒定的温度。 有些主轴采用专门的冷却装置，有些主轴采用高级油脂润滑。,舟山职业技术学校 舟山技师学院（筹）,第二章：数控机床机械结构的故障诊断与维修,2.2.6主轴部件的维修 数控机床主轴部件是影响
15、机床加工精度的主要部件，它的回转精度影响工件的加工精度；它的功率大小和回转速度影响加工效率；它的自动变速、准停和换刀等影响机床的自动化程度。可以使用防泄漏法和刀具夹紧法来进行维修。,舟山职业技术学校 舟山技师学院（筹）,第二章：数控机床机械结构的故障诊断与维修,2.2.7主传动链的维修 熟悉数控机床主传动链的结构、性能参数，严禁超性能使用。 主传动链出现不正常现象时，应立即停机排除故障。 操作者应注意观察主轴油箱温度，检查主轴润滑恒温油箱，调节温度范围，使油量充足。 使用带传动的主轴系统，需定期观察调整主轴传动带的松紧程度，防止因主轴传动带打滑造成的丢转现象。 由液压系统平衡主轴箱重量的平衡系
16、统，需定期观察液压系统的压力表，当油压低于要求值时，要进行补油。 使用液压拔叉变速的主传动系统，必须在主轴停车后变速。 使用啮合式电磁离合器变速的主传动系统，离合器必须在低于12r/min的转速下变速。 注意保持主轴与刀柄连接部位及刀柄的清洗，防止对主轴的机械碰击。,舟山职业技术学校 舟山技师学院（筹）,第二章：数控机床机械结构的故障诊断与维修,2.2.7主传动链的维修 9） 每年对主轴润滑恒温油箱中的润滑油更换一次，并清洗过滤器。 10）每年清理润滑油池底一次，并更换液压泵滤油器。 11）每天检查主轴润滑恒温油箱，使其油量充足，工作正常。 12）防止各种杂质进入润滑油箱，保持油液清洁。 13）经常检查轴端及各处密封，防止润滑油液的泄漏。 14）刀具夹紧装置长时间使用后，会使活塞杆和拉杆间的间隙加大，造成拉杆位移量减少，蝶形弹簧 张闭伸缩量不够，影响刀具的夹紧，故需及时调整液压缸活塞的位移量。 15）经常检查压缩空气气压，并调整到标准要
