數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)

第5章數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)的故障診斷及維修5.1數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)概述

數(shù)控機(jī)床是數(shù)控系統(tǒng)與傳統(tǒng)機(jī)床結(jié)合的產(chǎn)物，早期的數(shù)控機(jī)床，包括目前部分改造、改裝的數(shù)控機(jī)床，大都是在普通機(jī)床的基礎(chǔ)上，通過對進(jìn)給系統(tǒng)的數(shù)控化改造而成的。因此，在許多場合，普通機(jī)床的構(gòu)成模式、故障模式、診斷方法在很大程度被數(shù)控機(jī)床所采用。隨著數(shù)控技術(shù)（包括伺服驅(qū)動、主軸驅(qū)動）的迅速發(fā)展，現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床在機(jī)械結(jié)構(gòu)上已經(jīng)從普通機(jī)床的結(jié)構(gòu)特征，逐步發(fā)展形成了自己獨特的結(jié)構(gòu)。特別是隨著電主軸、直線電動機(jī)等新技術(shù)、新產(chǎn)品在數(shù)控機(jī)床上的推廣應(yīng)用，部分機(jī)械結(jié)構(gòu)日趨簡化，新的結(jié)構(gòu)、功能部件不斷涌現(xiàn)，數(shù)控機(jī)床的機(jī)械機(jī)構(gòu)正在發(fā)生重大的變化，虛擬軸機(jī)床的出現(xiàn)和實用化，使傳統(tǒng)的機(jī)床結(jié)構(gòu)發(fā)生了根本性的轉(zhuǎn)變。5.1.1數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)的組成及特點數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)的基本組成機(jī)械部分電氣控制部分主運動系統(tǒng)進(jìn)給系統(tǒng)支撐系統(tǒng)自動換刀系統(tǒng)輔助裝置1.刀庫2.換刀系統(tǒng)3.立柱4.液壓系統(tǒng)5.主傳動系統(tǒng)6.主軸頭7.操縱臺8.防護(hù)罩9.工作臺10.底座（X、Z向進(jìn)給系統(tǒng)）按數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)故障按性質(zhì)分類系統(tǒng)性故障隨機(jī)故障5.1.2數(shù)控車床機(jī)械結(jié)構(gòu)故障的特點

數(shù)控機(jī)床是機(jī)電一體化的產(chǎn)物，技術(shù)先進(jìn)、結(jié)構(gòu)復(fù)雜。數(shù)控機(jī)床的故障也是多種多樣、各不相同，故障原因一般都比較復(fù)雜，這給數(shù)控機(jī)床的故障診斷和維修帶來不少困難。數(shù)控機(jī)床機(jī)械部分常見故障數(shù)控機(jī)床機(jī)械故障通常指組成數(shù)控機(jī)床的機(jī)械、潤滑、冷卻、排屑、液壓、氣動與防護(hù)等部分的故障。常見的故障主要有：（1）因機(jī)械部件安裝、調(diào)試、操作使用不當(dāng)?shù)仍蛞鸬臋C(jī)械傳動故障。（2）因?qū)к?、主軸等運動部件的干涉、摩擦過大等原因引起的故障。（3）因機(jī)械零件的損壞、聯(lián)結(jié)不良等原因引起的故障，等等。機(jī)械故障主要表現(xiàn)為傳動噪聲大、加工精度差、運行阻力大、機(jī)械部件動作不進(jìn)行、機(jī)械部件損壞等等。潤滑不良、液壓、氣動系統(tǒng)的管路堵塞和密封不良，是主機(jī)發(fā)生故障的常見原因。數(shù)控機(jī)床的定期維護(hù)、保養(yǎng)，控制和根除“三漏”現(xiàn)象發(fā)生是減少主機(jī)部分故障的重要措施。例1

一臺數(shù)控溝槽磨床，在加工過程中偶爾出現(xiàn)問題，磨溝槽的位置發(fā)生變化，造成廢品。

分析這臺機(jī)床的工作原理，在磨削加工時首先測量臂向下擺動到工件的卡緊位置，然后工件開始移動，當(dāng)工件的基準(zhǔn)端面接觸到測量頭時，數(shù)控裝置記錄下此時的位置數(shù)據(jù)，然后測量臂抬起，加工程序繼續(xù)運行。數(shù)控裝置根據(jù)端面的位置數(shù)據(jù)，在距端面一定距離的位置磨削溝槽，所以溝槽位置不準(zhǔn)與測量的準(zhǔn)確與否有非常大的關(guān)系。因為不經(jīng)常發(fā)生，所以很難觀察到故障現(xiàn)象。因此根據(jù)機(jī)床工作原理，對測量頭進(jìn)行檢查并沒有發(fā)現(xiàn)問題；對測量臂的轉(zhuǎn)動檢查時發(fā)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)軸有些緊，可能測量臂有時沒有精確到位，使測量產(chǎn)生誤差。將旋轉(zhuǎn)軸拆開檢查發(fā)現(xiàn)已嚴(yán)重磨損，制作新備件，更換上后再也沒有發(fā)生這個故障。主傳動系統(tǒng)電動機(jī)與主軸直聯(lián)的主傳動經(jīng)過一級變速的主傳動帶有變速齒輪的主傳動電主軸5.2主傳動系統(tǒng)與主軸部件的故障診斷及維修5.2.1主傳動系統(tǒng)

主傳動系統(tǒng)是用來實現(xiàn)機(jī)床主運動的，它將主電動機(jī)的原動力變成可供主軸上刀具切削加工的切削力矩和切削速度。為適應(yīng)各種不同的加工及各種不同的加工方法，數(shù)控機(jī)床的主傳動系統(tǒng)應(yīng)具有較大的調(diào)速范圍，以保證加工時能選用合理的切削用量，同時主傳動系統(tǒng)還需要有較高精度及剛度并盡可能降低噪聲，從而獲得最佳的生產(chǎn)率、加工精度和表面質(zhì)量。1）電動機(jī)與主軸直聯(lián)的主傳動

其優(yōu)點是結(jié)構(gòu)緊湊，但主軸轉(zhuǎn)速的變化及轉(zhuǎn)矩的輸出和電動機(jī)的輸出特性致，因而使用上受到一定限制。2）經(jīng)過一級變速的主傳動一級變速目前多用V帶或同步帶來完成，其優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單安裝調(diào)試方便，且在一定程度上能夠滿足轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩輸出要求，但主軸調(diào)速范圍比仍與電動機(jī)一樣，受電動機(jī)調(diào)速范圍比的約束。3）帶有變速齒輪的主傳動這種配置方式大、中型數(shù)控機(jī)床采用較多。它通過少數(shù)幾對齒輪降速，使之成為分段無極變速，確保低速大轉(zhuǎn)矩，以滿足主軸輸出轉(zhuǎn)矩特性的要求。4）電主軸電主軸通常作為現(xiàn)代機(jī)電一體化的功能部件，裝備在高速數(shù)控機(jī)床上，其主軸部件結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕，慣量小，可提高起動、停止的響應(yīng)特性，有利于控制振動和噪聲，缺點是制造和維護(hù)困難且成本較高。

序號故障現(xiàn)象故障原因排除方法

1

主軸發(fā)熱主軸軸承預(yù)緊力過大調(diào)整預(yù)緊力軸承研傷或損壞更換新軸承潤滑油臟或有雜質(zhì)清洗主軸箱，重新?lián)Q油軸承潤滑油脂耗盡或潤滑油脂過多涂抹潤滑脂，每個軸承3mL

2

主軸在強(qiáng)力切削時停轉(zhuǎn)電動機(jī)與主軸連接的傳動帶過松張緊傳動帶傳動帶表面有油用汽油清洗后擦干凈傳動帶使用過久而失效更換新帶磨擦離合器調(diào)整過松或磨損調(diào)整離合器，修磨或更換磨擦片

3

刀具不能夾緊碟形彈簧位移量太小調(diào)整碟形彈簧行程長度彈簧夾頭損壞更換新彈簧夾頭碟形彈簧失效更換新碟形彈簧刀柄上拉釘過長更換拉釘，并正確安裝4刀具夾緊后不能松開松刀液壓缸壓力和行程不夠調(diào)整液壓力和行程開關(guān)位置碟形彈簧壓合過緊調(diào)整碟形彈簧上螺母，減小彈簧壓合量主傳動系統(tǒng)的常見故障及排除方法序號故障現(xiàn)象故障原因排除方法

5

主軸無變速變檔液壓缸壓力不足檢測工作壓力，若低于額定壓力，應(yīng)調(diào)整變檔液壓缸研損或卡死修去毛刺和研傷，清洗后重裝變檔電磁閥卡死檢修電磁閥并清洗變檔液壓缸撥叉脫落修復(fù)或更換變檔液壓缸竄油或內(nèi)泄更換密封圈變檔復(fù)合開關(guān)失靈更換新開關(guān)

6

主軸箱噪聲大主軸部件動平衡不良重做動平衡齒輪磨損修理或更換齒輪軸承拉毛或損壞更換軸承傳動帶松弛或磨損調(diào)整或更換傳動帶潤滑不良調(diào)整潤滑油量，保證主軸箱清潔度1.主軸軸承的配置形式前后支承用雙列圓柱滾子軸承前支承用角接觸球軸承前后支承都采用成組角接觸球軸承5.2.1數(shù)控機(jī)床主軸部件在自動換刀機(jī)床的刀具自動夾緊裝置中，刀桿常采用7：24的大錐度錐柄，既利于定心，也為松刀帶來方便。用碟形彈簧通過拉桿及夾頭拉住刀柄的尾部，使刀具錐柄和主軸錐孔緊密配合，夾緊力達(dá)10000N以上。松刀時，通過液壓缸活塞推動拉桿來壓縮碟形彈簧，使夾頭漲開，夾頭與刀柄上的拉釘脫離，刀具即可拔出進(jìn)行新舊刀具的交換；新刀裝入后，液壓缸活塞后移，新刀具又被碟形彈簧拉緊。在活塞推動拉桿松開刀柄的過程中，壓縮空氣由噴氣頭經(jīng)過活塞中心孔和拉桿中的孔吹出，將錐孔清理干凈，防止主軸錐孔中掉入切屑和灰塵，把主軸孔表面和刀桿的錐柄劃傷，保證刀具的正確位置。

2．主軸內(nèi)刀具的自動夾緊和切屑的清除裝置3．主軸準(zhǔn)停裝置數(shù)控機(jī)床為了完成ATC(刀具自動交換)的動作過程，必須設(shè)置主軸準(zhǔn)停機(jī)構(gòu)。由于刀具裝在主軸上，切削時切削轉(zhuǎn)矩不可能僅靠錐孔的摩擦力來傳遞，因此在主軸前端設(shè)置一個突鍵，當(dāng)?shù)毒哐b入主軸時，刀柄上的鍵槽必須與突鍵對準(zhǔn)，才能順利換刀：為此，主軸必須準(zhǔn)確停在某固定的角度上。通常主軸準(zhǔn)停機(jī)構(gòu)有2種方式，即機(jī)械式與電氣式。

在密封件中，被密封的介質(zhì)往往是以穿漏、滲透或擴(kuò)散的形式越界泄漏到密封連接處的彼側(cè)。造成泄漏的基本原因是流體從密封面上的間隙中溢出，或是由于密封部件內(nèi)外兩側(cè)密封介質(zhì)的壓力差或濃度差，致使流體向壓力或濃度低的一側(cè)流動。4．主軸潤滑與密封為了保證主軸有良好的潤滑，減少摩擦發(fā)熱，同時又能把主軸組件熱量帶走，通常采用循環(huán)式潤滑系統(tǒng)。用液壓泵供油強(qiáng)力潤滑，在油箱中使用油溫控制器控制油液溫度。主軸部件的常見故障及排除方法

1.主軸定位不良

2.主軸出現(xiàn)噪聲

3.變檔滑移齒輪引起主軸停轉(zhuǎn)的故障

4.變檔不能嚙合的故障

5.主軸箱異常噪聲

6.常年使用的主軸箱噪聲

7.電主軸高速旋轉(zhuǎn)發(fā)熱的

齒輪副間隙的消除進(jìn)給系統(tǒng)傳動齒輪與齒條間隙的消除5.3進(jìn)給傳動系統(tǒng)的故障診斷及維修進(jìn)給系統(tǒng)傳動齒輪間隙的消除偏心軸套式消除間隙結(jié)構(gòu)1—電機(jī)2—偏心軸套帶錐度齒輪的消除間隙結(jié)構(gòu)1、2—齒輪3—墊片剛性調(diào)整法斜齒輪消除間隙結(jié)構(gòu)1

、2—薄齒輪

3—墊片4—厚齒輪構(gòu)柔性調(diào)整法雙齒輪錯齒式消除間隙結(jié)1、2—薄齒輪3—彈簧

4、8—凸耳5—調(diào)節(jié)螺釘6、7—螺母壓力彈簧消除間隙結(jié)構(gòu)1—外圈2—內(nèi)圈3—錐齒輪4—凸爪5—螺釘6—彈簧7—鑲塊8—圓弧槽碟形彈簧消除間隙結(jié)構(gòu)1、2—斜齒輪3—碟形彈簧

4—墊圈5—螺母6—寬齒輪滾珠絲杠螺母副間隙調(diào)整及預(yù)緊

滾珠絲杠螺母副及間隙消除

滾珠絲杠螺母副預(yù)緊方法消除滾珠絲杠副間隙雙螺母齒差調(diào)隙式結(jié)構(gòu)雙螺母墊片調(diào)隙式結(jié)構(gòu)雙螺母螺紋調(diào)隙式結(jié)構(gòu)滾珠絲杠的預(yù)緊滾珠絲杠專用軸承向心軸承和圓錐軸承組合使用推力軸承或角接觸球軸承和向心軸承組合使用為提高支承的軸向剛度滾珠絲杠的防護(hù)鋼帶纏卷式絲杠防護(hù)裝置1—支承滾子2—張緊輪3—鋼帶數(shù)控機(jī)床導(dǎo)軌滑動導(dǎo)軌液體靜壓導(dǎo)軌氣體靜壓導(dǎo)軌貼塑導(dǎo)軌液體靜壓導(dǎo)軌氣體靜壓導(dǎo)軌貼塑導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)滾動導(dǎo)軌滾珠導(dǎo)軌滾柱導(dǎo)軌滾針導(dǎo)軌滾動導(dǎo)軌塊導(dǎo)軌滾柱導(dǎo)軌滾珠導(dǎo)軌滾針導(dǎo)軌故障現(xiàn)象故障原因排除方法導(dǎo)軌擦傷機(jī)床經(jīng)長時間使用，地基與床身水平度有變化，使導(dǎo)軌局部單位面積負(fù)荷過大定期進(jìn)行床身導(dǎo)軌的水平度調(diào)整，或修復(fù)導(dǎo)軌精度長期加工短工件或承受過分集中的負(fù)荷，使導(dǎo)軌局部磨損嚴(yán)重注意合理分布短工件的安裝位置，避免負(fù)荷過分集中導(dǎo)軌潤滑不良調(diào)整導(dǎo)軌潤滑油量，保證潤滑油壓力導(dǎo)軌材質(zhì)不佳采用電鍍加熱自冷淬火對導(dǎo)軌進(jìn)行處理，導(dǎo)軌上增加鋅鋁銅合金板，以改善摩擦情況研磨質(zhì)量不符合要求提高研磨修復(fù)的質(zhì)量機(jī)床維護(hù)不良，導(dǎo)軌里落入臟物加強(qiáng)機(jī)床保養(yǎng)，保護(hù)好導(dǎo)軌防護(hù)裝置導(dǎo)軌上移動部件運動不良或不能移動導(dǎo)軌面擦傷用180#砂布修磨機(jī)床與導(dǎo)軌面上的擦傷導(dǎo)軌壓板擦傷卸下壓板，調(diào)整壓板與導(dǎo)軌間隙

導(dǎo)軌鑲條與導(dǎo)軌間隙太小，調(diào)得太緊松開鑲條防松螺釘，調(diào)整鑲條螺栓，使運動部件運動靈活，保證0.03mm的塞尺不得塞入，然后鎖緊防松螺釘

加工面在接刀處不平導(dǎo)軌直線度超差調(diào)整或修刮導(dǎo)軌，允差0.015/500工作臺鑲條松動或鑲條彎度太大調(diào)整鑲條間隙，鑲條彎度在自然狀態(tài)下小于0.05mm/全長機(jī)床水平度差，使導(dǎo)軌發(fā)生彎曲調(diào)整機(jī)床安裝水平度，保證平行度、垂直度在0.02/1000之內(nèi)回轉(zhuǎn)刀架換刀數(shù)控機(jī)床常見自動換刀方式更換主軸頭換刀帶刀庫的自動換刀系統(tǒng)5.4刀庫及自動換刀裝置的故障診斷及維修自動換刀裝置是加工中心的重要執(zhí)行輔助機(jī)構(gòu)，它的形式多種多樣。

1）回轉(zhuǎn)刀架換刀2）更換主軸頭換刀3）帶刀庫的自動換刀系統(tǒng)1.圓盤式2.鏈?zhǔn)?.鼓式刀庫及自動換刀裝置常見故障

刀庫不能轉(zhuǎn)動刀庫轉(zhuǎn)不到位3.刀套不能夾緊刀具4.刀套上下不到位5.刀具夾不緊掉刀

6.刀具夾緊后松不開

7.刀具交換時掉刀8.回轉(zhuǎn)刀架沒有抬起動作9.刀架轉(zhuǎn)位失去重復(fù)定位精度液壓技術(shù)在數(shù)控機(jī)床中的應(yīng)用

主傳動變速系統(tǒng)

主軸部件

回轉(zhuǎn)工作臺

靜壓導(dǎo)軌

伺服機(jī)構(gòu)

自動換刀裝置刀套準(zhǔn)停機(jī)構(gòu)主軸箱重量的平衡

5.5數(shù)控機(jī)床的液壓系統(tǒng)

液壓系統(tǒng)基本回路單級調(diào)壓回路

遠(yuǎn)程多級調(diào)壓回路1.壓力控制回路電液比例溢流閥的無級調(diào)壓回路2.卸荷回路二位二通電磁換向閥的卸荷回路主換向閥中位機(jī)能的卸荷回路限壓式變量泵的流量卸荷蓄能器保壓的卸荷回路減壓回路3.減壓回路4.平衡回路單向順序閥平衡回路液控單向閥的平衡回路遙控平衡閥平衡回路5.保壓回路液控單向閥的保壓回路自動補(bǔ)油保壓回路進(jìn)油節(jié)流調(diào)速回路回油節(jié)流調(diào)速回路6、調(diào)速回路容積節(jié)流調(diào)速回路限壓式變量泵-調(diào)速閥調(diào)速回路差壓式變量泵-節(jié)流閥調(diào)速回路壓力反饋式變量泵-節(jié)流閥調(diào)速回路常見故障表現(xiàn)形式

（1）液壓泵常見故障形式(i)

不出油、輸油、量不足、壓力上不去；(ii)

噪音嚴(yán)重壓力波動厲害；(iii)

泵軸頸油封漏油。（2）液壓缸常見故障形式(i)

爬行運動；(ii)

有沖擊產(chǎn)生；(iii)

推力不足或工作速度逐漸下降甚至停止；(iv)

端高低壓油腔互通，運行速度逐漸減慢直至停止。（3）閥體的故障形式(i)

壓力波動；(ii)

調(diào)整無效；(iii)

漏油嚴(yán)重；(iv)噪音及振動。

液壓系統(tǒng)常見故障診斷與維修

液壓泵常見故障診斷與維修方法

故障現(xiàn)象不出油、輸油量不足、壓力上不去噪音嚴(yán)重壓力波動厲害泵軸頸油封漏油故障診斷1、電動機(jī)轉(zhuǎn)向不對2、吸油管或過濾器堵塞3、軸向間隙或徑向間隙過大4、連接處泄漏，混入空氣5、油液粘度太大或油液溫升太高1、吸油管及過濾器堵塞或過濾器容量小2、吸油管密封處漏氣或油液中有氣泡3、泵與聯(lián)軸節(jié)不同心4、油位低5、油溫低或粘度高6、泵軸承損壞漏油管道液阻達(dá)大，使泵體內(nèi)壓力升高到超過油封許用的耐壓值故障現(xiàn)象故障診斷爬行1、空氣侵入2、液壓缸端蓋密封圈壓得太緊或過松3、活塞桿與活塞不同心4、活塞桿全長或局部彎曲5、液壓缸的安裝位置偏移6、液壓缸內(nèi)孔直線性不良(鼓形錐度等)7、缸內(nèi)腐蝕、拉毛8、雙活塞桿兩端螺冒擰得太緊，使其同心度不良沖擊1、靠間隙密封的活塞和液壓缸間隙，節(jié)流閥失去節(jié)流作用2、端頭緩沖的單向閥失靈，緩沖不起作用推力不足或工作速度逐漸下降甚至停止1、液壓缸