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1、摘 要传动系统要求快速精密，不容许出现任何的故障，因其长时间的运行或人为误操作而使其精度下降导致其发生故障需进行排除，但我国数控业发展时间比制造业先进国家晚、维修水平也较低，维修人员综合技术技能较低，针对现阶段我国数控机床维修现状有必要深入研究数控机床的构造原理及其运行过程中可能发生的故障，以便更快、更好的提高数控机床的维修技能。本文主要论述数控机床传动系统的故障及消除措施的相关内容。深入研究了数控机床主传动系统故障并对数控机床主传动系统的组成和进给传动系统的组成、及其工作原理进行了深入探究。并根据其组成结构和工作特点，分析了对数控传动系统长期运行或人为误操作而引发的各种常见故障。通过典型故障
2、实例进一步论证其理论依据。本文将对数控机床传动系统进行较深入研究探讨，对可能发生的故障进行理论论证。本文对数控机床维修业有一定的参考价值，对数控机床维修人员技能提高有一定的理论指导作用。关键词：数控机床传动系统，故障，诊断，维修目 录引言1第一章数控机床主传动系统主要部件的介绍及维护21.1主轴的介绍21.2 主轴的结构31.3 主轴的工作原理.41.4 FANUC系统模拟量主轴驱动装置与维护61.5 FANUC系列串行数字主轴驱动系统与维护12本章小结16第二章数控机床主传动系统常见故障诊断与维修172.1 数控机床主传动系统常见故障诊断与维修的一般步骤172.2 数控机床主传动系统常见故障
3、诊断与维修182.3 常见故障实例分析.20本章小结24第三章进给传动的故障诊断253.1 进给系统的结构253.2进给系统的工作原理263.3进给驱动系统故障诊断263.4 进给系统常见故障及排除313.5进给系统故障实例41本章小结45结论46参考文献47谢词48 - 48 - 引言数控车床又称数字控制（Numerical control，简称NC）机床。它是基于数字控制的，采用了数控技术，是一个装有程序控制系统的机床。它是由主机，CNC，驱动装置，数控机床的辅助装置，编程机及其他一些附属设备所组成。数控车床是基于数字控制的，它与普通车床不同，因此数控车床机械结构上应具有以下特点：1)由于
4、大多数数控车床采用了高性能的主轴，因此，数控机床的机械传动结构得到了简化。2)为了适应数控车床连续地自动化加工，数控车床机械结构，具有较高的动态刚度，阻尼精度及耐磨性，热变形较小。3)更多地采用高效传动部件，如滚动丝杆副等。CNC装置是数控车床的核心，用于实现输入数字化的零件程序，并完成输入信息的存储，数据的变换，插补运算以及实现各种控制功能。 数控技术是现代机械制造工业的重要技术装备，也是先进制造技术的基础技术装备。随着电子技术的不断发展，数控机床在我国的应用越来越广泛，但由于数控机床系统及其复杂，又因大部分具有技术专利，不提供关键的图样和资料，所以数控机床的维修成为了一个难题。论文将涉及数
5、控机床简单介绍、故障现象描述或给出典型实例、故障的成因的分析和论证、故障诊断过程及消除故障的措施等内容。第一章数控机床主传动系统主要部件的介绍及维护1.1主轴的介绍1.1.1 数控机床主传动系统大致可以分为以下四类(1)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。数控机床电动机运转产生的热量直接影响主轴，主轴的热变形严重影响机床的加工精度，因此合理选用主轴轴承以及润滑、冷却装置十分重要。(2)带有变速齿轮的主传动：这种配置方式大、中型数控机床采用较多。
6、数控机床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。(3)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。(4)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一致，因而使用上受到一定限制1.1.2 数控机床主传动系统的的要求数控机床的主轴驱动系统也就是主传动系统，它的性能直接决定了加工工件的表面质量，它结构复杂，机、电、气联动，故障率较高，它的可靠性将直接影响数控机
7、床的安全和生产率。因此，在数控机床的维修和维护中，主轴驱动系统显得很重要数控机床主轴驱动系统是数控机床的大功率执行机构，其功能是接受数控系统(CNC)的S码速度指令及M码辅助功能指令，驱动主轴进行切削加工。它包括主轴驱动装置、主轴电动机、主轴位置检测装置、传动机构及主轴。通常主轴驱动被加工工件旋转的是车削加工，所对应的机床是车床类；主轴驱动切削刀具旋转的是铣削加工，所对应的机床是铣床类1.1.3 全功能数控机床的主传动系统大多采用无级变速。目前，无级变速系统根据控制方式的不同主要有变频主轴系统和伺服主轴系统两种，一般采用直流或交流主轴电机，通过带传动带动主轴旋转，或通过带传动和主轴箱内的减速齿
8、轮(以获得更大的转矩)带动主轴旋转。另外根据主轴速度控制信号的不同可分为模拟量控制的主轴驱动装置和串行数字控制的主轴驱动装置两类。模拟量控制的的主轴驱动装置采用变频器实现主轴电动机控制，有通用变频器控制通用电机和专用变频器控制专用电机两种形式。目前大部分的经济型机床均采用数控系统模拟量输出+变频器+感应（异步）电机的形式，性价比很高，这时也可以将模拟主轴称为变频主轴。串行主轴驱动装置一般由各数控公司自行研制并生产，如西门子公司的611系列，日本发那克公司的系列等。1.2 主轴的结构主轴部件是机床的关键部件，它包括主轴、主轴支承、传动件及刀具、工件夹紧机构等。机床工作时，由主轴夹持工件或刀具，直
9、接参加表面成形运动，所以主轴部件的结构 和性能对加工精度和生产率有重要的影响。1.2.1主轴轴承的配置每一个传动轴均要轴向径向定位，合理配置主轴的轴承，对提高主轴部件的精度和刚度，降低支承温升，简化支承结构有很大的作用。主轴的前后支承均应有承受径向载荷的轴承，承受轴向力的推力轴承的配置，则主要根据主轴部件的工作精度、二刚度、温升和支承结构的复杂程度等因素考虑。1.2.2主轴部件常用滚动轴承的类型 机床主轴用的轴承，有滚动和滑动两大类。滚动轴承能在转速和载荷变化幅度很大的条件下稳定地工作；可在无间隙，甚至在预紧(有一定的过盈量)的条件下工作；摩擦因数小，有利于减少发热；润滑容易，可以用脂润滑；滚
10、动轴承是由轴承厂生产的，可以外购。滚动轴承的缺点是：滚动体的数量有限，所以滚动轴承在旋转中的径向刚度是变化的，这是引起振动的原因之一；滚动轴承的阻尼较低；滚动轴承的径向尺寸比滑动轴承大。 数控机床的主轴多数采用滚动轴承。特别是立式主轴，用滚动轴承可以采用脂润滑以避免漏油。只有要求加工表面粗糙度数值很小，主轴又是水平的机床如外圆和平面磨床、高精度机床等才用滑动轴承。主轴组件的抗振性主要决定于前轴承。因此，也有的主轴前支承用滑动轴承，后支承和推力轴承用滚动轴承。主轴轴承，应根据精度、刚度和转速选择。为了提高精度和刚度，主轴轴承的间隙应该是可调的，这是主轴轴承主要的特点。线接触的滚子轴承，比点接触的
11、球轴承刚度高，但一定温升下允许的转速较低1.3主轴的工作原理采用直流或交流调速电动机的主运动无级变速系统中，主轴的正、反启动与停止制动是直接控制电动机来实现的，主轴转速的变换则由电动机转速的变换与齿轮有级变速机构的变换相配合来实现。为了获得主轴的某一转速，必须接通相应的分级变速级和电动机的调压变速或调磁变速。理论上说电动机的转速可以无级变换，但是，主轴转速的S二位代码最多只有99种，即使是使用S四位代码直接指定主轴转速，也只能分级递增，而且分级越多指令信号的个数越多，更难于实现。因此，实际上还是将主轴转速接等比数列分 成若干级（一般最多不超过99级），根据主轴转速的S代码发出的调速信号来实现主
12、轴的自动换速。电动机的调压或调磁变速，由电动机的驱动电路根据转速指令电压信号来变换。齿轮分级变速则采用液压或电磁离合器等自动变速机构实现1.3.1普通笼型异步电动机配齿轮变速箱这是最经济的一种方法主轴配置方式，但只能实现有级调速，由于电动机始终工作在额定转速下，经齿轮减速后，在主轴低速下输出力矩大，重切削能力强，非常适合粗加工和半精加工的要求。如果加工产品比较单一，对主轴转速没有太高的要求，配置在数控机床上也能起到很好的效果；它的缺点是噪音比较大，由于电机工作在工频下，主轴转速范围不大，不适合有色金属和需要频繁变换主轴速度的加工场合。1.3.2普通笼型异步电动机配简易型变频器 可以实现主轴的无
13、级调速，主轴电动机只有工作在约500转/分钟以上才能有比较满意的力矩输出，否则，特别是车床很容易出现堵转的情况，一般会采用两挡齿轮或皮带变速，但主轴仍然只能工作在中高速范围，另外因为受到普通电动机最高转速的限制，主轴的转速范围受到较大的限制。这种方案适用于需要无级调速但对低速和高速都不要求的场合，例如数控钻铣床。国内生产的简易型变频器较多。1.3.3通笼型异步电动机配通用变频器 目前进口的通用变频器，除了具有U/f曲线调节，一般还具有无反馈矢量控制功能，会对电动机的低速特性有所改善，配合两级齿轮变速，基本上可以满足车床低速（100200转/分钟）小加工余量的加工，但同样受最高电动机速度的限制。这是目前经济型数控机床比较常用的主轴驱动系统。1.3.4专用变频电动机配通用变频器 一般采用有反馈矢量控制，低速甚至零速时都可以有较大的力矩输出，有些还具有定向甚至分度进给的功能，是非常有竞争力的产品。以先马YPNC系列变频电动机为例，电压：三相200V、220V、380V、400V可选；输出功率：1.5-18.5KW；变频范围2-200Hz；（最高转速r/min）；30min150%过载能力；支持V/f控制、V/f+PG（编码器）控制、无PG矢量控制、有PG
