數(shù)控機(jī)床典型結(jié)構(gòu)及其故障診斷《數(shù)控機(jī)床故障診斷》課件

2數(shù)控機(jī)床典型結(jié)構(gòu)及其故障診斷

《1》數(shù)控機(jī)床基礎(chǔ)件指床身、底座、立柱、橫粱、滑座、工作臺等。是整臺機(jī)床的基礎(chǔ)和框架，機(jī)床的其他零、部件固定在基礎(chǔ)件上，或工作時在其導(dǎo)軌上運(yùn)動。

《2》數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)①主傳動系統(tǒng)；②進(jìn)給傳動系統(tǒng)；當(dāng)前1頁，總共76頁。③實(shí)現(xiàn)某些部件動作和輔助功能的系統(tǒng)和裝置。液壓、氣動，潤滑、冷卻等系統(tǒng)，排屑、防護(hù)裝置，刀架和自動換刀裝置，自動托盤交換裝置；

④特殊功能裝置刀具破損監(jiān)控、精度檢測和監(jiān)控裝置。當(dāng)前2頁，總共76頁。主軸的作用提供切削功率、在高檔數(shù)控機(jī)床中還具有C軸功能及定向功能

當(dāng)前3頁，總共76頁。進(jìn)給部件：其作用是在伺服電機(jī)的驅(qū)動下完成直線運(yùn)動的定位、進(jìn)給。下圖是滾珠絲杠、聯(lián)軸節(jié)的實(shí)物照片。

當(dāng)前4頁，總共76頁。位置檢測裝置：

完成位置信號的反饋，反饋精度決定了機(jī)床的加工精度。以下是：直線光柵尺、圓光柵等位置檢測元件

當(dāng)前5頁，總共76頁?！?》加工中心除上述組成部分外，至少還應(yīng)有自動換刀裝置，有的還有雙工位工件自動交換裝置?！?》柔性制造單元帶有工位數(shù)較多的工件自動交換裝置，帶有上下料自動工業(yè)機(jī)器人。當(dāng)前6頁，總共76頁。第四周08機(jī)電第六周08機(jī)械、機(jī)械師當(dāng)前7頁，總共76頁。自動換刀裝置：數(shù)控車床的轉(zhuǎn)塔刀架、加工中心的刀庫及換刀機(jī)構(gòu)，能夠使工件一次裝夾后不用再拆卸工件就可完成多工序的加工。

當(dāng)前8頁，總共76頁。2．1數(shù)控機(jī)床主傳動將主電機(jī)的原動力變成可加工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，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割用量。同時主傳動系統(tǒng)還需要有較高精度和剛度，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。當(dāng)前9頁，總共76頁。TIANJIN中德培訓(xùn)中心刀庫主軸X軸Y軸Z軸操作顯示單元機(jī)械手當(dāng)前10頁，總共76頁。床身導(dǎo)軌該圖是一個加工中心的光機(jī)由X、Y、Z及主軸頭組成。導(dǎo)軌的作用：支承和引導(dǎo)運(yùn)動部件沿一定軌道運(yùn)動。當(dāng)前11頁，總共76頁。數(shù)控車床當(dāng)前12頁，總共76頁。數(shù)控磨床當(dāng)前13頁，總共76頁。電加工當(dāng)前14頁，總共76頁。數(shù)控沖床當(dāng)前15頁，總共76頁。2．1．1主傳動變換方式

數(shù)控機(jī)床的主傳動必須滿足以下要求：1>為了適應(yīng)材料切削加工的要求以及不同的加工方法，主軸的傳動系統(tǒng)要有較寬的調(diào)速范圍以及相應(yīng)的輸出力矩。

2>主軸部件將直接裝夾刀具對工件進(jìn)行切削。主軸對零件的加工質(zhì)量、表面粗糙度和刀具使用壽命均有很大的影響，要求它能高效地加工高精度、表面質(zhì)量較好的工件。當(dāng)前16頁，總共76頁。3>主軸傳動系統(tǒng)要求有良好的運(yùn)動參數(shù)及動力學(xué)參數(shù)，才能體現(xiàn)高精度、高速度、高剛度、小振動、小的熱變形及低噪聲。

4>對于數(shù)控加工中心，要求ATC刀具交換機(jī)構(gòu)從主軸取刀、裝刀具時可靠地鎖緊與松開，同時要求數(shù)控機(jī)床主軸轉(zhuǎn)角位置準(zhǔn)確。當(dāng)前17頁，總共76頁。數(shù)控機(jī)床主傳動系統(tǒng)種類主要有無級變速，分段無級變速和內(nèi)置電機(jī)變速三種方式。(1)無級變速主傳動采取無級變速，不僅能在一定的變速范圍內(nèi)選擇到合理的切削速度，而且還能夠在運(yùn)動中自動變速.

無級變速有機(jī)械、液壓、電氣等多種形式。

當(dāng)前18頁，總共76頁。數(shù)控機(jī)床一般都采用直流或交流主軸伺服電機(jī)作為驅(qū)動的電氣無級變速。其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊，但主軸轉(zhuǎn)速的變化及轉(zhuǎn)矩的輸出和電機(jī)的輸出特性一致，因而使用上受到一定限制。當(dāng)前19頁，總共76頁。例如，某公司生產(chǎn)的直流主軸伺服電機(jī)功率可以從3.7kW--15kW，用于控制數(shù)控機(jī)床的主傳動。它具有如下特點(diǎn)：①采用全封閉式結(jié)構(gòu)，能防止沙塵與切削油液等的濺人；②電機(jī)轉(zhuǎn)子軸為空心機(jī)構(gòu)，內(nèi)裝冷卻系統(tǒng)，能將電機(jī)內(nèi)部的熱量有效地減少到最小，由于采用了特殊的輔助電機(jī)，可使損耗減少，效率提高；③過載能力強(qiáng)，可以在30min內(nèi)過載36％運(yùn)轉(zhuǎn)；當(dāng)前20頁，總共76頁。

④有較寬的調(diào)速范圍，低速時采用調(diào)壓調(diào)速，可獲得恒轉(zhuǎn)矩輸出，高速時采用調(diào)磁調(diào)速，可獲得恒功率輸出；

⑤采用晶閘管三相全波整流驅(qū)動電路，加速和減速響應(yīng)靈敏，運(yùn)動平穩(wěn)，能保證工件加工表面的粗糙度的要求；

⑥主軸定向準(zhǔn)停。當(dāng)前21頁，總共76頁。(2)分段無級變速數(shù)控機(jī)床在實(shí)際生產(chǎn)中，并不需要在整個變速范圍內(nèi)均為恒功率。一般要求在中、高速段為恒功率傳動，一般要求在低速段為恒轉(zhuǎn)矩傳動。

為了確保數(shù)控機(jī)床主軸低速時有較大的轉(zhuǎn)矩和主軸的變速范圍盡可能大，有的數(shù)控機(jī)床在交流或直流電機(jī)無級變速的基礎(chǔ)上配以齒輪變速，使之成為分段無級變速。當(dāng)前22頁，總共76頁。在帶有齒輪變速的分段無級變速系統(tǒng)中，主軸的正、反啟動，停止與制動是直接控制電機(jī)來實(shí)現(xiàn)。主軸的變速是由電機(jī)轉(zhuǎn)速的無級變速與齒輪的有級變速相配合來實(shí)現(xiàn)。

齒輪有級變速機(jī)構(gòu)通常采用兩種變速方式：《1》液壓撥叉變速；《2》電磁離合器變速。

當(dāng)前23頁，總共76頁?！?》液壓撥叉變速需要配置液壓系統(tǒng)，簡單、有效?！?》電磁離合器變速優(yōu)點(diǎn)：便于實(shí)現(xiàn)自動操作，并有現(xiàn)成的系列產(chǎn)品可供選用。能簡化變速機(jī)構(gòu)，通過安裝在傳動軸上離合器的吸臺和分離的不同組合來改變齒輪的傳動路線，實(shí)現(xiàn)主軸的變速。缺點(diǎn)：采用電磁離合器變速具有剩磁和發(fā)熱等缺點(diǎn)，因此它的應(yīng)用范圍也受到一定限。當(dāng)前24頁，總共76頁。液壓撥叉變速機(jī)構(gòu)

帶有齒輪傳動的主傳動系統(tǒng)中，齒輪的換擋主要靠液壓撥叉來完成。

圖3-3三位液壓撥叉工作原理圖1、5－液壓缸；2－活塞桿；3－撥叉；4－套筒。當(dāng)前25頁，總共76頁。電磁離合器變速（主軸）電磁離合器是應(yīng)用電磁效應(yīng)接通或切斷運(yùn)動的元件，由于它便于實(shí)現(xiàn)自動操作，并有現(xiàn)成的系列產(chǎn)品可供選用，因而它已成為自動裝置中常用的操縱元件。

圖3-4THK6380型自動換刀數(shù)控銑鏜床的主傳動系統(tǒng)六個電磁離合器當(dāng)前26頁，總共76頁。當(dāng)前27頁，總共76頁。采用帶傳動的分段無級變速系統(tǒng)：

在一些小型數(shù)控機(jī)床上也可以傳動帶有平帶、V帶和齒形帶以及多鍥帶等。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，安裝調(diào)試方便，缺點(diǎn)：調(diào)調(diào)速范圍受到電機(jī)約束。當(dāng)前28頁，總共76頁。傳動帶同步帶梯形齒同步帶圓弧齒同步帶當(dāng)前29頁，總共76頁。(3)內(nèi)置電機(jī)主軸變速-----電主軸將調(diào)速電機(jī)與主軸合成一體，轉(zhuǎn)速達(dá)20000r／min。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、適合快速啟動和停止，并改善了主軸啟動，停止響應(yīng)特性，便于控制，大大簡化了主軸箱體與主軸的結(jié)構(gòu)，

當(dāng)前30頁，總共76頁。缺點(diǎn)：主軸溫度控制困難。其熱變形嚴(yán)重影響機(jī)床的加工精度。

電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生的熱量直接影響主軸，故冷卻裝置和溫控系統(tǒng)是最重要裝置，其制造、維修困難，成本也較高。當(dāng)前31頁，總共76頁。2．1.2主軸組件數(shù)控機(jī)床的主軸組件：主軸軸承、刀具自動裝卸裝置、吹屑裝置、主軸準(zhǔn)停和主軸的拉刀結(jié)構(gòu)等。(1)主軸軸承結(jié)構(gòu)數(shù)控機(jī)床的主軸軸承，大多采用滾動軸承：

向心球軸承、角接觸球軸承，圓錐滾子軸承、推力軸承、圓柱滾子軸承等。當(dāng)前32頁，總共76頁。當(dāng)前33頁，總共76頁。調(diào)心球軸承：特點(diǎn)：具有兩列球滾子，主要承受徑向載荷，同時也能承受任一方向的軸向載荷。有高的徑向載荷能力，特別適用于重載或振動載荷下工作。但不能承受純軸向載荷。該類軸承外圈滾道是球面形，故其調(diào)心性能良好，能補(bǔ)償同軸度誤差。當(dāng)前34頁，總共76頁。調(diào)心滾子軸承特點(diǎn)：具有兩列滾子，主要承受徑向載荷，同時也能承受任一方向的軸向載荷。有高的徑向載荷能力，特別適用于重載或振動載荷下工作。不能承受純軸向載荷。該類軸承外圈滾道是球面形，故其調(diào)心性能良好，能補(bǔ)償同軸度誤差。當(dāng)前35頁，總共76頁。推力調(diào)心滾子軸承與調(diào)心滾子軸承同樣，具有自動調(diào)心功能，對同軸度和軸的撓曲不甚敏感。這類軸承軸向載荷能力非常大。用作單向軸向定位。相對滑動小，但極限轉(zhuǎn)速較低。當(dāng)前36頁，總共76頁。圓錐滾子軸承可以承受大的徑向載荷和軸向載荷。由于圓錐滾子軸承只能傳遞單向軸向載荷，因此，為傳遞相反方向的軸向載荷就需要另一個與之對稱安裝的圓錐滾子軸承。當(dāng)前37頁，總共76頁。推力球軸承采用帶有球滾動的滾道溝的墊圈狀套圈構(gòu)成。可承受軸向載荷，但不能承受徑向載荷。極限轉(zhuǎn)速低。不適于高速運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)前38頁，總共76頁?？梢猿惺艽蟮膹较蜉d荷和軸向載荷

圓錐滾子軸承承受的轉(zhuǎn)速比較高。當(dāng)前39頁，總共76頁。深溝球軸承主要承受徑向載荷，也可同時承受徑向載荷和軸向載荷。當(dāng)其僅承受徑向載荷時，接觸角為零。摩擦系數(shù)很小，極限轉(zhuǎn)速也很高，適用于高轉(zhuǎn)速甚至極高轉(zhuǎn)速的運(yùn)行，而且非常耐用，無需經(jīng)常維護(hù)。當(dāng)前40頁，總共76頁。

特點(diǎn):同時承受徑向負(fù)荷和軸向負(fù)荷。能在較高的轉(zhuǎn)速下工作。接觸角越大，軸向承載能力越高。

單列角接觸球軸承只能承受一個方向的軸向負(fù)荷，在承受徑向負(fù)荷時，將引起附加軸向力。并且只能限制軸或外殼在一個方向的軸向位移。因此，一般都常采用成對安裝。

單列角接觸球軸承當(dāng)前41頁，總共76頁。圓柱滾子與滾道為線接觸軸承。負(fù)荷能力大，主要承受徑向負(fù)荷。滾動體與套圈擋邊摩擦小，適于較高速旋轉(zhuǎn)。當(dāng)前42頁，總共76頁。滾針軸承

徑向結(jié)構(gòu)緊湊，其內(nèi)徑尺寸和載荷能力與其他類型軸承相同時，外徑最小，特別適用于徑向安裝尺寸受限制的支承結(jié)果。極限轉(zhuǎn)速低。當(dāng)前43頁，總共76頁。選用軸承時主要考慮：軸承的極限轉(zhuǎn)速、剛度、阻尼特性和軸承的溫升等因素。有以下幾種方式：A、采用2～3個角接觸球軸承組合B、采用角接觸球軸承與圓柱滾子軸承組合。這時軸承經(jīng)過預(yù)緊后，可得到較高的剛度。C、要求有很大的剛性時，采用圓柱滾子軸承和雙向推力球軸承的組合，但此時主軸的極限轉(zhuǎn)速受到了限制。

當(dāng)前44頁，總共76頁。常用主軸軸承的典型結(jié)構(gòu)有以下三種;1．前后支撐用雙列圓柱滾子軸承來承受徑向負(fù)荷，用安裝在主軸前端的雙向接觸球軸承來承受軸向負(fù)荷。這種結(jié)構(gòu)剛性較好，能進(jìn)行強(qiáng)力切削，適應(yīng)于中等轉(zhuǎn)速的機(jī)床。當(dāng)前45頁，總共76頁。2.前后支撐全部采用成組角接觸球軸承，承受軸向和徑向負(fù)荷。這種結(jié)構(gòu)適應(yīng)高轉(zhuǎn)速，中等切削負(fù)荷的數(shù)控機(jī)床。當(dāng)前46頁，總共76頁。

前支撐用角接觸球軸承，背靠背安裝，用以承受軸向和徑向負(fù)荷；后支撐用圓柱滾子軸承。適應(yīng)較高轉(zhuǎn)速、較大切削負(fù)荷，主軸精度較高，但所承受軸向負(fù)荷較前一種結(jié)構(gòu)小。目前高速主軸多數(shù)采用陶瓷滾動軸承，在脂潤滑情況下dn值可達(dá)120X104（d為軸承平均直徑；n為軸承每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)）。當(dāng)前47頁，總共76頁。(2)主軸內(nèi)刀具自動裝卸及吹屑裝置刀柄采用7：24錐度與主軸的左端面錐孔連接；7：24錐度的錐柄既有利于定心，也便于刀柄松開和推出。主軸端面有一健，既可通過它傳遞刀具的轉(zhuǎn)矩，又可用于刀具的周向定位．在自動交換刀具時要求能自動松開和夾緊刀具。當(dāng)前48頁，總共76頁。當(dāng)前49頁，總共76頁。當(dāng)前50頁，總共76頁。當(dāng)前51頁，總共76頁。切屑的排除為了保持主軸孔的清潔，常用壓縮空氣吹掉切屑。圖2—5所示的活塞14的心部鉆有壓縮空氣通道。當(dāng)活塞向下移動時，壓縮空氣流過活塞由拉桿孔噴出來，將主軸錐孔清理干凈。當(dāng)前52頁，總共76頁?；钊?4對碟形彈簧的壓力如果作用在主軸上，并傳至主軸的支承，使它承受附加的載荷，這樣不利于主軸支承的工作。要使對碟形彈簧的壓力轉(zhuǎn)化為內(nèi)力，不致傳遞到主軸的支承上去。當(dāng)前53頁，總共76頁。主軸的拉刀機(jī)構(gòu)刀具自動夾緊機(jī)構(gòu)----主軸系統(tǒng)應(yīng)具備自動松開和夾緊刀具功能.

當(dāng)前54頁，總共76頁。主軸內(nèi)部刀具自動夾緊機(jī)構(gòu)換刀柄過程：《1》氣缸6帶壓桿8壓下拉桿4，碟形彈簧5被壓，抓刀爪2移出內(nèi)套3，刀柄換出?！?》換上另一把刀柄，氣缸6帶壓桿8上移。碟形彈簧5恢復(fù)，帶動拉桿4，使抓刀爪2移進(jìn)內(nèi)套3，抓緊刀柄。當(dāng)前55頁，總共76頁。圖3-23拉緊結(jié)構(gòu)當(dāng)前56頁，總共76頁。卸荷裝置1-螺母；2-箱體；3-連接座；4-彈簧；5-液壓缸體；6-液壓缸；7-活塞桿；8-拉桿；9-套環(huán)；10-墊圈。1）7活塞桿向下壓量，8拉桿下壓中間疊形彈簧，使刀柄夾頭松開。因此，會從內(nèi)部給主軸一個向下的力，這個力要加在軸承上。為了減小此力，用了此卸荷裝置。(3)卸荷裝置當(dāng)前57頁，總共76頁。卸荷機(jī)構(gòu)：油缸體6與連接座3固定在一起，但是連接座3由螺釘5通過彈簧4壓緊在箱體2的端面上，連接座3與箱孔為滑動配合。當(dāng)油缸的上端通人高壓油使活塞7向下推壓拉桿8并壓縮碟形彈簧的同時，油缸的上端面也同時承受相同的液壓力，故此，整個油缸連同連接座3壓嫡彈簧4而向上移動，使連接座3上的墊片lo的上端面與主軸上的螺母1的左端面壓緊，因此，松開刀柄時對碟形彈簧的液壓力就成了在活塞?、油缸體6、連接座3。墊片10、螺母1、碟形彈簧、套環(huán)9、拉桿8之間的內(nèi)力，因而使主軸支承不致承受液壓推力。當(dāng)前58頁，總共76頁。(3)主軸準(zhǔn)停裝置數(shù)控機(jī)床為了完成ATC(自動刀具交換)的運(yùn)作過程，必須設(shè)置主軸準(zhǔn)停機(jī)構(gòu)。在每一次自動換刀時，都必須使刀柄上的鍵槽對準(zhǔn)主軸的端面鍵才能順利換刀。準(zhǔn)停---主軸具有準(zhǔn)確定位的功能稱。當(dāng)前59頁，總共76頁。主軸準(zhǔn)停裝置有機(jī)械方式和電氣定位方式兩種．①機(jī)械方式采用機(jī)械凸輪機(jī)構(gòu)或光電盤方式進(jìn)行粗定位，然后有一個液動或氣動的定位銷桿插入主軸上的銷孔或銷槽實(shí)現(xiàn)精確定位，完成換刀后定位銷退出，主軸才能開始旋轉(zhuǎn)，這種方式定位比較可靠準(zhǔn)確，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜、維修困難。當(dāng)前60頁，總共76頁。②電氣定位方式電氣式主軸準(zhǔn)停的特點(diǎn)：不需要機(jī)械部件，定向時間短，可靠性高，只需要簡單的強(qiáng)電順序控制，精度和剛度高。

三種電器準(zhǔn)停方式：1．磁傳感器主軸準(zhǔn)停當(dāng)前61頁，總共76頁。2．編碼器型主軸準(zhǔn)停

準(zhǔn)停角度可由外部開關(guān)量任意設(shè)定。當(dāng)前62頁，總共76頁。3、數(shù)控系統(tǒng)控制準(zhǔn)停在閉環(huán)系統(tǒng)中，以電動機(jī)軸端編碼器信號作為反饋信號，注意主軸上安裝元件的平衡問題。

由數(shù)控系統(tǒng)設(shè)定主軸準(zhǔn)停角度當(dāng)前63頁，總共76頁。2．1．3主傳動鏈的常見故障診斷

主傳動系統(tǒng)的常見故障診斷及排除方法當(dāng)前64頁，總共76頁。當(dāng)前65頁，總共76頁。當(dāng)前66頁，總共76頁。2．1．4主傳動鏈的維護(hù)為了減少主傳動鏈故障的發(fā)生，應(yīng)對其進(jìn)行維護(hù)：

1．熟悉數(shù)控機(jī)床主傳動鏈的結(jié)構(gòu)、性能參數(shù)，嚴(yán)禁超性能使用；2.主傳動鏈出現(xiàn)不正?，F(xiàn)象時，應(yīng)立即停機(jī)排除故障，3.注意觀察主軸箱溫度，檢查主軸潤滑恒溫油箱，調(diào)節(jié)溫度范圍，使油量充足；

4.使用帶傳動的主軸系統(tǒng)，需定期觀察調(diào)整主軸驅(qū)動皮帶的松緊程度，防止因皮帶打滑造成的丟轉(zhuǎn)現(xiàn)象;

當(dāng)前67頁，總共76頁。5．由液壓系統(tǒng)平衡主軸箱重量的平衡系統(tǒng)，需定期觀察液壓系統(tǒng)的壓力表，當(dāng)油壓低于要求值時，要進(jìn)行補(bǔ)油；6．使用液壓撥叉變速的主傳動系統(tǒng)，必須在主軸停車后變速；7.使用嚙合式電磁離合器變速的主傳動系統(tǒng)，必須在低于1～2r／min的轉(zhuǎn)速下變速；8.注意保持主軸與刀柄連接部位及刀柄的清潔，防止對主軸的機(jī)械碰擊。當(dāng)前68頁，總共76頁。9．每年對主軸潤滑恒溫油箱中的潤滑油更換一次，并清洗過濾器，10．每年清理潤滑油池底一次，并更換液壓泵濾油器；11.每天檢查主軸潤滑恒