《数控机床故障诊断与维修 教学课件 PPT 作者 刘树青 5数控机床的机械结构》由会员分享，可在线阅读，更多相关《数控机床故障诊断与维修 教学课件 PPT 作者 刘树青 5数控机床的机械结构（50页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第5章 数控机床机械结构的故障 诊断及维修,5.1数控机床机械结构概述,数控机床是数控系统与传统机床结合的产物，早期的数控机床，包括目前部分改造、改装的数控机床，大都是在普通机床的基础上，通过对进给系统的数控化改造而成的。因此，在许多场合，普通机床的构成模式、故障模式、诊断方法在很大程度被数控机床所采用。 随着数控技术（包括伺服驱动、主轴驱动）的迅速发展，现代数控机床在机械结构上已经从普通机床的结构特征，逐步发展形成了自己独特的结构。特别是随着电主轴、直线电动机等新技术、新产品在数控机床上的推广应用，部分机械结构日趋简化，新的结构、功能部件不断涌现，数控机床的机械机构正在发生重大的变化，虚拟轴
2、机床的出现和实用化，使传统的机床结构发生了根本性的转变。,5.1.1 数控机床机械结构的组成及特点,1. 刀库 2. 换刀系统 3. 立柱 4. 液压系统 5. 主传动系统 6. 主轴头 7. 操纵台 8. 防护罩 9. 工作台 10. 底座（X、Z向进给系统）,5.1.2 数控车床机械结构故障的特点,数控机床是机电一体化的产物，技术先进、结构复杂。数控机床的故障也是多种多样、各不相同，故障原因一般都比较复杂，这给数控机床的故障诊断和维修带来不少困难。,数控机床机械部分常见故障,数控机床机械故障通常指组成数控机床的机械、润滑、冷却、排屑、液压、气动与防护等部分的故障。常见的故障主要有： （1）
3、因机械部件安装、调试、操作使用不当等原因引起的机械传动故障。 （2）因导轨、主轴等运动部件的干涉、摩擦过大等原因引起的故障。 （3）因机械零件的损坏、联结不良等原因引起的故障，等等。 机械故障主要表现为传动噪声大、加工精度差、运行阻力大、机械部件动作不进行、机械部件损坏等等。润滑不良、液压、气动系统的管路堵塞和密封不良，是主机发生故障的常见原因。数控机床的定期维护、保养，控制和根除“三漏”现象发生是减少主机部分故障的重要措施。,例1 一台数控沟槽磨床，在加工过程中偶尔出现问题，磨沟槽的位置发生变化，造成废品。,分析这台机床的工作原理，在磨削加工时首先测量臂向下摆动到工件的卡紧位置，然后工件开始
4、移动，当工件的基准端面接触到测量头时，数控装置记录下此时的位置数据，然后测量臂抬起，加工程序继续运行。数控装置根据端面的位置数据，在距端面一定距离的位置磨削沟槽，所以沟槽位置不准与测量的准确与否有非常大的关系。因为不经常发生，所以很难观察到故障现象。因此根据机床工作原理，对测量头进行检查并没有发现问题；对测量臂的转动检查时发现旋转轴有些紧，可能测量臂有时没有精确到位，使测量产生误差。将旋转轴拆开检查发现已严重磨损，制作新备件，更换上后再也没有发生这个故障。,5.2主传动系统与主轴部件的故障诊断及维修,5.2.1 主传动系统,主传动系统是用来实现机床主运动的，它将主电动机的原动力变成可供主轴上刀
5、具切削加工的切削力矩和切削速度。为适应各种不同的加工及各种不同的加工方法，数控机床的主传动系统应具有较大的调速范围，以保证加工时能选用合理的切削用量，同时主传动系统还需要有较高精度及刚度并尽可能降低噪声，从而获得最佳的生产率、加工精度和表面质量。,1）电动机与主轴直联的主传动,其优点是结构紧凑，但主轴转速的变化及转矩的输出和电动机的输出特性致，因而使用上受到一定限制。,2）经过一级变速的主传动,一级变速目前多用V带或同步带来完成，其优点是结构简单安装调试方便，且在一定程度上能够满足转速与转矩输出要求，但主轴调速范围比仍与电动机一样，受电动机调速范围比的约束。,3）带有变速齿轮的主传动,这种配置
6、方式大、中型数控机床采用较多。它通过少数几对齿轮降速，使之成为分段无极变速，确保低速大转矩，以满足主轴输出转矩特性的要求。,4）电主轴,电主轴通常作为现代机电一体化的功能部件，装备在高速数控机床上，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。,主传动系统的常见故障及排除方法,1.主轴轴承的配置形式,5.2.1数控机床主轴部件,在自动换刀机床的刀具自动夹紧装置中，刀杆常采用7：24的大锥度锥柄，既利于定心，也为松刀带来方便。用碟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
7、时，通过液压缸活塞推动拉杆来压缩碟形弹簧，使夹头涨开，夹头与刀柄上的拉钉脱离，刀具即可拔出进行新旧刀具的交换；新刀装入后，液压缸活塞后移，新刀具又被碟形弹簧拉紧。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，把主轴孔表面和刀杆的锥柄划伤，保证刀具的正确位置。,2主轴内刀具的自动夹紧和切屑的清除装置,3主轴准停装置,数控机床为了完成ATC(刀具自动交换)的动作过程，必须设置主轴准停机构。由于刀具装在主轴上，切削时切削转矩不可能仅靠锥孔的摩擦力来传递，因此在主轴前端设置一个突键，当刀具装入主轴时，刀柄上的键槽必须与突键
8、对准，才能顺利换刀：为此，主轴必须准确停在某固定的角度上。 通常主轴准停机构有2种方式，即机械式与电气式。,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。,4主轴润滑与密封,为了保证主轴有良好的润滑，减少摩擦发热，同时又能把主轴组件热量带走，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。,主轴部件的常见故障及排除方法,1.主轴定位不良 2.主轴出现噪声 3.变档滑移齿轮引起主轴停转的故障 4.
9、变档不能啮合的故障 5. 主轴箱异常噪声 6.常年使用的主轴箱噪声 7.电主轴高速旋转发热的,齿轮副间隙的消除,进给系统传动齿轮与齿条间隙的消除,5.3进给传动系统的故障诊断及维修,进给系统传动齿轮间隙的消除,偏心轴套式消除间隙结构 1 电机 2 偏心轴套,带锥度齿轮的消除间隙结构 1 、 2 齿轮 3 垫片,刚性调整法,斜齿轮消除间隙结构 1 、 2薄齿轮 3 垫片 4 厚齿轮构,柔性调整法,双齿轮错齿式消除间隙结 1 、2 薄齿轮 3 弹簧 4 、8 凸 耳 5 调节螺钉 6 、7 螺母,压力弹簧消除间隙结构 1 外圈 2 内圈 3 锥齿轮 4 凸 爪 5 螺钉 6 弹簧 7 镶块 8 圆
10、弧槽,碟形弹簧消除间隙结构 1 、2 斜齿轮 3 碟形弹簧 4 垫圈 5 螺母 6 宽齿轮,滚珠丝杠螺母副间隙调整及预紧,滚珠丝杠螺母副及间隙消除,滚珠丝杠螺母副,预紧方法消除滚珠丝杠副间隙,双螺母齿差调隙式结构,双螺母垫片调隙式结构,双螺母螺纹调隙式结构,滚珠丝杠的预紧,滚珠丝杠专用轴承,向心轴承和圆锥轴承组合使用,推力轴承或角接触球轴承和向心轴承组合使用,为提高支承的轴向刚度,滚珠丝杠的防护,钢带缠卷式丝杠防护装置 1 支承滚子 2 张紧轮 3 钢带,数控机床导轨,液体静压导轨,气体静压导轨,贴塑导轨结构,滚柱导轨,滚珠导轨,滚针导轨,5.4 刀库及自动换刀装置的故障诊断及维修,自动换刀装
11、置是加工中心的重要执行辅助机构，它的形式多种多样。,1）回转刀架换刀,2）更换主轴头换刀,3）带刀库的自动换刀系统,1.圆盘式,2.链式,3.鼓式,刀库及自动换刀装置常见故障,刀库不能转动 刀库转不到位 3.刀套不能夹紧刀具 4.刀套上下不到位 5.刀具夹不紧掉刀 6.刀具夹紧后松不开 7.刀具交换时掉刀 8. 回转刀架没有抬起动作 9. 刀架转位失去重复定位精度,液压技术在数控机床中的应用,主传动变速系统 主轴部件 回转工作台 静压导轨 伺服机构 自动换刀装置 刀套准停机构 主轴箱重量的平衡,5.5数控机床的液压系统,液压系统基本回路,单级调压回路,远程多级调压回路,1.压力控制回路,电液比
12、例溢流阀的无级调压回路,2.卸荷回路,二位二通电磁换向阀的卸荷回路,主换向阀中位机能的卸荷回路,限压式变量泵的流量卸荷,蓄能器保压的卸荷回路,减压回路,3.减压回路,4.平衡回路,单向顺序阀平衡回路,液控单向阀的平衡回路,遥控平衡阀平衡回路,5.保压回路,液控单向阀的保压回路,自动补油保压回路,进油节流调速回路,回油节流调速回路,6、调速回路,容积节流调速回路,限压式变量泵-调速阀调速回路,差压式变量泵-节流阀调速回路,压力反馈式变量泵-节流阀调速回路,常见故障表现形式,（1）液压泵常见故障形式 (i) 不出油、输油、量不足、压力上不去； (ii) 噪音严重压力波动厉害； (iii) 泵轴颈油封漏油。 （2）液压缸常见故障形式 (i) 爬行运动； (ii) 有冲击产生； (iii) 推力不足或工作速度逐渐下降甚至停止； (iv) 端高低压油腔互通，运行速度逐渐减慢直至停止。 （3）阀体的故障形式 (i) 压力波动； (ii) 调整无效； (iii) 漏油严重； (iv)噪音及振动。,液压系统常见故障诊断与维修,液压泵常见故障诊断与维修方法,液压缸或马达常见故障诊断及维护方法,换向阀的故障诊断及维护方法,油温过高的故障诊断和维护方法,
