数控机床机械结构故障诊断

1、第五章第五章 数控机床数控机床典型结构与维修典型结构与维修 教师：李爽教师：李爽时间：时间：2014/11/07目目 录录v一、主传动系统与主轴部件一、主传动系统与主轴部件v二、数控机床的进给传动系统二、数控机床的进给传动系统v三、自动换刀装置三、自动换刀装置一、主传动系统与主轴部件一、主传动系统与主轴部件动系统 数控机床的数控机床的主传动系统主传动系统承受主切削力，它的功率承受主切削力，它的功率大小与回转速度直接影响着机床的大小与回转速度直接影响着机床的加工效率加工效率。 主轴部件主轴部件是保证机床是保证机床加工精度和自动化程序加工精度和自动化程序的主的主要部件，对数控机床的性能有着决定性的

2、影响。要部件，对数控机床的性能有着决定性的影响。一、主传动系统与主轴部件一、主传动系统与主轴部件动系统1.1 数控机床的主传动系统及主轴换挡数控机床的主传动系统及主轴换挡 机床主传动系统也称主轴系统，是指机床主传动系统也称主轴系统，是指主轴电动机至主轴电动机至主轴的运动传动系统主轴的运动传动系统，主轴电动机作为原动力通过该传，主轴电动机作为原动力通过该传动系统变成主轴上安装的刀具或工件的切削力矩和切削动系统变成主轴上安装的刀具或工件的切削力矩和切削速度。速度。一、主传动系统与主轴部件一、主传动系统与主轴部件动系统1.1 数控机床的主传动系统及主轴换挡数控机床的主传动系统及主轴换挡（1）数控机床

3、主传动系统的要求：）数控机床主传动系统的要求：1）具有更大的调速范围并实现无级调速。一般要求主轴具备）具有更大的调速范围并实现无级调速。一般要求主轴具备1 （1001000）的恒转矩调速范围和）的恒转矩调速范围和1 10的恒功率调速范围。的恒功率调速范围。 2）具有较高的精度与刚度，传递平稳，噪声低）具有较高的精度与刚度，传递平稳，噪声低 3）良好的抗振性和热稳定性。）良好的抗振性和热稳定性。 4）在车削中心上，要求主轴具有）在车削中心上，要求主轴具有C轴控制功能。轴控制功能。5）在加工中心上，要求主轴具有高精度的准停功能。）在加工中心上，要求主轴具有高精度的准停功能。6）具有恒线速度切削控制

4、功能。）具有恒线速度切削控制功能。（2）数控机床主轴的变速方式）数控机床主轴的变速方式 1 1）带有变速齿轮的主轴传动）带有变速齿轮的主轴传动 大中型数控机床较常采用的配置方式，确保低速时有较大的扭矩，滑移齿轮的移位大多采用液压拨叉或直接由液压缸驱动齿轮来实现。数控机床主传动的四种配置方式数控机床主传动的四种配置方式(a)齿轮变速；齿轮变速；(b)带传动；带传动；(c)两个电机分别驱动；两个电机分别驱动；(d)调速电机直接驱动调速电机直接驱动 2 2）通过带传动的主轴传动）通过带传动的主轴传动 主要用在转速较高、变速范围不大的小型数控机床上。可以避免由齿轮传动所引起的振动和噪声。适用于高速低转

5、矩特性的主轴，常用有多楔带和同步齿形带。带的结构形式带的结构形式 (a)多楔带多楔带;(b)同步齿形带同步齿形带 同步齿形带传动是一种综合了带传动和链传动优点的新同步齿形带传动是一种综合了带传动和链传动优点的新型传动方式，带型有梯形齿和圆弧齿。型传动方式，带型有梯形齿和圆弧齿。 同步齿形带的结构和传动同步齿形带的结构和传动 3 3）用两个电机分别驱动主轴传动）用两个电机分别驱动主轴传动高速高速时，由一个电机通过时，由一个电机通过带传动带传动；低速低速时，由另一个电时，由另一个电机通过机通过齿轮传动齿轮传动，齿轮起到降速和扩大变速范围的作用，使，齿轮起到降速和扩大变速范围的作用，使恒功率区增大，

6、扩大了变速范围，避免了低速时转矩不够且恒功率区增大，扩大了变速范围，避免了低速时转矩不够且电机功率不能充分利用的问题。电机功率不能充分利用的问题。 4 4）调速电机直接驱动主轴传动）调速电机直接驱动主轴传动 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，但主轴输出的扭矩小，电机发热对主轴的精度影响较大。刚度，但主轴输出的扭矩小，电机发热对主轴的精度影响较大。 直接驱动式直接驱动式 （3）主轴换挡）主轴换挡 主轴换挡是指通过改变主轴电动机至主轴的传动比来获得更宽的主主轴换挡是指通过改变主轴电动机至主轴的传动比来获得更宽的主轴转速

7、范围以及更高的转矩输出的过程。轴转速范围以及更高的转矩输出的过程。主轴换挡的方式一般有以下几种：1）手动换挡）手动换挡2）液压拨叉换挡）液压拨叉换挡3）电磁离合器自动换挡）电磁离合器自动换挡 数控机床的主轴部件是影响机床加工精度的主要数控机床的主轴部件是影响机床加工精度的主要部件，其结构必须能很好解决部件，其结构必须能很好解决刀具和工具的装夹、轴刀具和工具的装夹、轴承的配置、轴承间隙调整和润滑密封承的配置、轴承间隙调整和润滑密封等问题。等问题。 数控机床的主轴部件主要有以下几个部分：数控机床的主轴部件主要有以下几个部分：主轴主轴主体及密封装置、支承主轴的轴承、配置在主轴内部主体及密封装置、支承

8、主轴的轴承、配置在主轴内部的刀具卡进及吹屑装置、主轴的准停装置的刀具卡进及吹屑装置、主轴的准停装置等。等。1.2 主轴部件主轴部件主轴轴承常见的支撑形式主轴轴承常见的支撑形式 (a)形式一；形式一；(b)形式二；形式二；(c)形式三形式三 （1 1）主轴轴承的支撑形式）主轴轴承的支撑形式1 1）前支撑采用双列短）前支撑采用双列短圆柱滚子轴承和圆柱滚子轴承和6060角接角接触双列向心推力球轴承组触双列向心推力球轴承组合，后支撑采用成对向心合，后支撑采用成对向心推力球轴承。可推力球轴承。可提高主轴提高主轴的综合刚度的综合刚度，满足强力切，满足强力切削的要求。普遍用于各类削的要求。普遍用于各类数控机

9、床主轴。数控机床主轴。1.2 主轴部件主轴部件 2）前支撑采用）前支撑采用高精度双列高精度双列向心推力球轴承向心推力球轴承。向心推力轴。向心推力轴承有良好的高速性，主轴最高承有良好的高速性，主轴最高转速可达转速可达4000rmin，但承，但承载能力小，适于载能力小，适于高速、轻载、高速、轻载、高精密高精密的数控机床主轴。的数控机床主轴。 3 3）前后支撑分别采用）前后支撑分别采用双双列和单列圆锥滚子轴承列和单列圆锥滚子轴承。径向。径向和轴向刚度高，能承受重载荷，和轴向刚度高，能承受重载荷，其安装、调整性能好，但限制其安装、调整性能好，但限制了主轴转速和精度，因此可用了主轴转速和精度，因此可用于

10、于中等精度、低速、重载中等精度、低速、重载的数的数控机床的主轴。控机床的主轴。 （2 2）刀具自动装卸切屑清除装置）刀具自动装卸切屑清除装置4.3.3 主轴部件 机床执行换刀指令，机械手机床执行换刀指令，机械手从主轴拔刀时，主轴需松开刀从主轴拔刀时，主轴需松开刀具。这时，液压缸上腔通压力具。这时，液压缸上腔通压力油，活塞推动拉杆向下移动，油，活塞推动拉杆向下移动，使碟形弹簧压缩，钢球进入主使碟形弹簧压缩，钢球进入主轴锥孔上端的槽内，刀柄尾部轴锥孔上端的槽内，刀柄尾部的拉钉被松开，机械手拔刀。的拉钉被松开，机械手拔刀。 加工中心主轴前端有7 24号锥孔，内部和后端安装的是刀具自动夹紧机构。 压缩

11、空气进入活塞和拉杆的中孔，吹净主轴锥孔，为装入新刀具做好准备。当机械手将下一把刀具插入主轴后，液压缸上腔无油压，在碟形弹簧和弹簧的恢复力作用下，拉杆、钢球和活塞退回到图示的位置，使刀具被夹紧。刀杆夹紧机构用弹簧夹紧，液压放松，以保证在工作中突然停电时，刀杆不会自行松脱。4.3.3 主轴部件（2 2）刀具自动装卸切屑清除装置）刀具自动装卸切屑清除装置机床采用的是机床采用的是724724号锥号锥柄刀具，锥柄的尾端安装有拉柄刀具，锥柄的尾端安装有拉钉，拉杆通过钉，拉杆通过4 4个钢球拉住拉个钢球拉住拉钉的凹槽，使刀具在主轴锥孔钉的凹槽，使刀具在主轴锥孔内定位及夹紧。内定位及夹紧。4.3.3 主轴部件

12、（2 2）刀具自动装卸切屑清除装置）刀具自动装卸切屑清除装置( (3 3) )主轴的准停主轴的准停主轴准停换刀示意图主轴准停换刀示意图 又称为主轴定位功又称为主轴定位功能，这是自动换刀所必能，这是自动换刀所必需的功能。在自动换刀需的功能。在自动换刀的镗铣加工中心上，切的镗铣加工中心上，切削的转矩通常是通过刀削的转矩通常是通过刀杆的端面键来传递的，杆的端面键来传递的，这就要求主轴具有准确这就要求主轴具有准确定位于圆周上特定角度定位于圆周上特定角度的功能。的功能。4.3.3 主轴部件主轴准停阶梯孔或精镗孔示意图主轴准停阶梯孔或精镗孔示意图 当加工阶梯孔或精当加工阶梯孔或精镗孔后退刀时，为防止镗孔后

13、退刀时，为防止刀具与小阶梯孔碰撞或刀具与小阶梯孔碰撞或拉毛已精加工的孔表面，拉毛已精加工的孔表面，必须先让刀，再退刀，必须先让刀，再退刀，因此，刀具就必须具有因此，刀具就必须具有定位功能。定位功能。4.3.3 主轴部件( (3 3) )主轴的准停主轴的准停1 1）机械准停控制）机械准停控制 采用机械凸轮机构或采用机械凸轮机构或光电盘方式进行粗定位，光电盘方式进行粗定位，然后有一个液动或气动的然后有一个液动或气动的定位销插入主轴上的销孔定位销插入主轴上的销孔或销槽实现精确定位，完或销槽实现精确定位，完成换刀后定位销退出，主成换刀后定位销退出，主轴才开始旋转。轴才开始旋转。 结构复杂，在早期数结构

14、复杂，在早期数控机床上使用较多。控机床上使用较多。典型的典型的V形槽轮定位盘机械形槽轮定位盘机械准停原理示意图准停原理示意图 4.3.3 主轴部件2 2）电气准停控制）电气准停控制永久磁铁与磁传感器在永久磁铁与磁传感器在主轴上的位置主轴上的位置 4.3.3 主轴部件v磁传感器主轴准停控制 在主轴上安装一个永久磁铁与主轴一起旋转，在距离发磁体旋转外轨迹12mm处固定一个磁传感器，它经过放大器并与主轴控制单元相连接，当主轴需要定向时，便可停止在调整好的位置上。编码器主轴准停控制原理图编码器主轴准停控制原理图 4.3.3 主轴部件v编码器主轴准停控制 通过主轴电动机内置安装的位置编码器或在机床主轴箱

15、上安装一个与主轴1：1同步旋转的位置编码器来实现准停控制，准停角度可任意设定。(4)(4)主轴的润滑与密封主轴的润滑与密封4.3.3 主轴部件 为了保证主轴有良好的润滑，减小摩擦发热，同时又为了保证主轴有良好的润滑，减小摩擦发热，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。用液压泵供油强润滑，在油箱中使用油温控制器控制油液温度。压泵供油强润滑，在油箱中使用油温控制器控制油液温度。润滑冷却方式：润滑冷却方式：1）油气润滑方式：）油气润滑方式：定时定量地把油雾送进轴承空隙中，定时定量地把油雾送进轴承空隙中，这样既实现了油雾润滑，又不至于油雾

16、太多而污染周围的这样既实现了油雾润滑，又不至于油雾太多而污染周围的空气；空气；2）喷油润滑方式：）喷油润滑方式：用较大流量的恒温油喷注到主轴轴承用较大流量的恒温油喷注到主轴轴承上，以达到润滑、冷却的目的。上，以达到润滑、冷却的目的。非接触式密封非接触式密封(a)形式一；形式一；(b)形式二；形式二；(c)形式三形式三 (4)(4)主轴的润滑与密封主轴的润滑与密封4.3.3 主轴部件接触式密封接触式密封 (a)油毡圈密封；油毡圈密封；(b)耐油橡胶密封圈密封耐油橡胶密封圈密封 4.3.3 主轴部件 1 1）摩擦阻力要小）摩擦阻力要小 广泛采用广泛采用滚珠丝杠和滚动导轨以及塑料导轨和静压导轨滚珠丝

17、杠和滚动导轨以及塑料导轨和静压导轨。 2）传动刚度要高）传动刚度要高 3 3）转动惯量要小）转动惯量要小 4 4）谐振频率要高）谐振频率要高 5）传动间隙要小）传动间隙要小二、数控系统的进给传动系统二、数控系统的进给传动系统2.1 对数控机床进给系统的要求对数控机床进给系统的要求二、数控系统的进给传动系统二、数控系统的进给传动系统2.2 减速（变速）机构减速（变速）机构 减速机构主要适用于减速机构主要适用于负载惯量较小，对速度有较高负载惯量较小，对速度有较高要求要求的场合。的场合。 减速机构一般采用减速机构一般采用齿轮和同步齿形带齿轮和同步齿形带两种传动方式，两种传动方式，由于同步齿形带具有传

18、动平稳，噪音低，冲击小，并且由于同步齿形带具有传动平稳，噪音低，冲击小，并且也可以满足大负载切削的要求，因此得到广泛的应用。也可以满足大负载切削的要求，因此得到广泛的应用。 电动机和滚珠丝杆直联电动机和滚珠丝杆直联可以有效的提高进给系统的可以有效的提高进给系统的动态特性，减小传动误差，提高最高快移速度。这种方动态特性，减小传动误差，提高最高快移速度。这种方式式适合于高速度、高精度加工的数控机床适合于高速度、高精度加工的数控机床，而不适合粗，而不适合粗加工和普通加工的数控机床。加工和普通加工的数控机床。 （1 1）工作原理与特点）工作原理与特点滚珠丝杠副结构原理滚珠丝杠副结构原理 2.3 滚珠丝

19、杠螺母机构滚珠丝杠螺母机构滚珠丝杠螺母副优点：滚珠丝杠螺母副优点：1)1)传动效率高，摩擦损失小。传动效率高，摩擦损失小。2)2)运动平稳无爬行。运动平稳无爬行。3)3)传动精度高，反向时无空程。传动精度高，反向时无空程。4)4)磨损小，精度保持性好，使用寿命长。磨损小，精度保持性好，使用寿命长。5)5)具有运动的可逆性。具有运动的可逆性。（1）工作原理与特点）工作原理与特点（2）滚珠丝杠螺母副的结构类型）滚珠丝杠螺母副的结构类型外循环式滚珠丝杠结构外循环式滚珠丝杠结构 1)1)外循环外循环。滚珠在循环过程结束后，通过螺母外表面上的。滚珠在循环过程结束后，通过螺母外表面上的螺旋槽或插管返回丝杠

20、螺母间重新进入循环。螺旋槽或插管返回丝杠螺母间重新进入循环。 结构简单，工艺性好，承载能力较高，但径向尺寸较大。结构简单，工艺性好，承载能力较高，但径向尺寸较大。应用最为广泛，也可用于重载传动系统。应用最为广泛，也可用于重载传动系统。 2 2）内循环内循环。靠螺母上安装的反向器接通相邻滚道，使滚。靠螺母上安装的反向器接通相邻滚道，使滚珠成单圈循环。反向器珠成单圈循环。反向器2 2的数目与滚珠圈数相等。的数目与滚珠圈数相等。 结构紧凑，刚度好，滚珠流通性好，摩擦损失小，制造较结构紧凑，刚度好，滚珠流通性好，摩擦损失小，制造较困难，适用于高灵敏、高精度的进给系统。困难，适用于高灵敏、高精度的进给系

21、统。 内循环式滚珠丝杠结构内循环式滚珠丝杠结构 （1 1）对导轨的要求）对导轨的要求 2.3 数控机床的导轨数控机床的导轨 1 1）高的导向精度。）高的导向精度。 2 2）良好的耐磨性。）良好的耐磨性。 3）足够的刚度。）足够的刚度。 4）具有低速运动的平稳性。）具有低速运动的平稳性。（2 2）导轨的分类）导轨的分类2.3 数控机床的导轨数控机床的导轨v按动导轨的运动轨迹可分为：按动导轨的运动轨迹可分为：直线运动导轨；直线运动导轨；圆周运动导轨圆周运动导轨；v按导轨工作面的摩擦性质，导轨可分为：按导轨工作面的摩擦性质，导轨可分为：滑动导轨滑动导轨：分为普通滑动导轨和贴塑滑动导轨；：分为普通滑动

22、导轨和贴塑滑动导轨；滚动导轨滚动导轨；静压导轨：静压导轨：分为液压导轨和气压导轨；分为液压导轨和气压导轨；（3 3) )直线滚动导轨直线滚动导轨 导轨体固定在不动部件上，滑导轨体固定在不动部件上，滑块固定在运动部件上。块固定在运动部件上。 除导向外还能承受颠覆力矩，除导向外还能承受颠覆力矩，其制造精度高，可高速运行，并其制造精度高，可高速运行，并能长时间保持精度，通过预加负能长时间保持精度，通过预加负载可提高刚性，具有自调的能力，载可提高刚性，具有自调的能力，安装基面允许误差大。安装基面允许误差大。 直线滚动导轨的外形和结构直线滚动导轨的外形和结构 直线滚动导轨直线滚动导轨滚柱式滚动导轨块滚柱

23、式滚动导轨块 (a)单元滚动块单元滚动块;(b)在加工中心上的应用在加工中心上的应用 4.4.5 数控机床的导轨（4）滑动导轨）滑动导轨滑动导轨常见的截面形状滑动导轨常见的截面形状(a)矩形导轨；矩形导轨；(b)三角形导轨；三角形导轨；(c)燕尾燕尾槽导轨；槽导轨；(d)圆柱形导轨圆柱形导轨 在矩形和三角形导轨在矩形和三角形导轨中，中，M面主要起支撑作用，面主要起支撑作用，N面是保证直线移动精度面是保证直线移动精度的导向面，的导向面，J面是防止运面是防止运动部件抬起的压板面；动部件抬起的压板面；而在燕尾形导轨中，而在燕尾形导轨中，M面面起导向和压板作用，起导向和压板作用，J面面起支撑作用。起支

24、撑作用。 在数控机床上，滑动导轨的组合形式主要是在数控机床上，滑动导轨的组合形式主要是三角形配矩三角形配矩形式形式和和矩形配矩形式矩形配矩形式。只有少部分结构采用燕尾式。只有少部分结构采用燕尾式。 现代数控机床采用现代数控机床采用铸铁铸铁- -塑料滑动导轨塑料滑动导轨和和镶钢镶钢- -塑料滑动塑料滑动导轨导轨。导轨上的塑料常用。导轨上的塑料常用聚四氟乙烯导轨软带聚四氟乙烯导轨软带和和环氧型耐磨环氧型耐磨导轨涂层导轨涂层两类。两类。 聚四氟乙烯导轨软带聚四氟乙烯导轨软带 以聚四氟乙烯为基体，加入青铜粉、以聚四氟乙烯为基体，加入青铜粉、二硫化钼和石墨等填充剂混合烧结，并做成软带状。特点：二硫化钼和

25、石墨等填充剂混合烧结，并做成软带状。特点：摩擦特性好摩擦特性好 图中图中 Turcite-B 和和 TSF 分别分别是美国霞板公司和广州机床研究是美国霞板公司和广州机床研究所生产的聚四氟乙烯导轨软带。所生产的聚四氟乙烯导轨软带。采用聚四氟乙烯导轨软带的摩擦采用聚四氟乙烯导轨软带的摩擦副的摩擦系数小，静、动摩擦系副的摩擦系数小，静、动摩擦系数差别小，且曲线斜率为正值。数差别小，且曲线斜率为正值。这种良好的摩擦特性能防止导轨这种良好的摩擦特性能防止导轨低速爬行，使运行平稳和获得高低速爬行，使运行平稳和获得高的定位精度。的定位精度。 摩擦摩擦 - 速度曲线速度曲线1 一铸铁一铸铁 - 铸铁铸铁 ；

26、2 Turcite-B- 铸铁铸铁 ( 干摩擦干摩擦 ) ；3 Turcite-B- 铸铁铸铁 ( 机机油油 ) ； 4 TSF- 铸铁铸铁 ( 干摩干摩擦擦 ) ；5 TSF- 铸铁铸铁 ( 机油机油 ) 首先，将导轨粘贴面加工至表面粗糙度为 3.21.6 的表面，为了对软带起定位作用，导轨粘贴面应加工成 0.5 1.0mm 深的凹槽，用汽油或金属清洁剂或丙酮清洗粘接面后，用胶粘剂粘合，加压初固化 12 小时后再合拢到配对的固定导轨或专用夹具上，施以一定压力，并在室温下固化 24 小时，取下清除余胶，即可开油槽和进行精加工。 v 耐磨性耐磨性v 减振性好减振性好 v 工艺性好工艺性好镶粘塑料

27、镶粘塑料金属导轨结构金属导轨结构 （5 5）静压导轨）静压导轨在两个相对运动的导轨面间通以在两个相对运动的导轨面间通以压力油，将运动件浮起，使导轨面间压力油，将运动件浮起，使导轨面间处于纯液体摩擦状态。处于纯液体摩擦状态。导轨不会磨损，导轨不会磨损，精度保持性好，寿命长，而且导轨摩精度保持性好，寿命长，而且导轨摩擦系数极小擦系数极小 ( 约为约为 0.0005) ，功率消，功率消耗少。油膜承载能力大，刚度高，吸耗少。油膜承载能力大，刚度高，吸振性好，导轨运行平稳，既无爬行，振性好，导轨运行平稳，既无爬行，也不会产生振动。也不会产生振动。 静压导轨较多应用在大型、重型静压导轨较多应用在大型、重型

28、数控机床上。数控机床上。 闭式静压导轨恒压闭式静压导轨恒压供油原理供油原理 由于承载的要求不由于承载的要求不同，静压导轨分为开同，静压导轨分为开式和闭式两种。式和闭式两种。 开式静压导轨开式静压导轨只只能承受垂直方向的负能承受垂直方向的负载，承受颠覆力矩的载，承受颠覆力矩的能力差。而能力差。而闭式静压闭式静压导轨导轨能承受较大的颠能承受较大的颠覆力矩，导轨刚度也覆力矩，导轨刚度也较高。较高。 可转位刀架是一种刀具存储装置，主要用于可转位刀架是一种刀具存储装置，主要用于数数控车床控车床，是数控车床中的一种专用的自动化机械。，是数控车床中的一种专用的自动化机械。 可分为可分为立式回转刀架立式回转刀

29、架和和卧式回转刀架卧式回转刀架两种形式。两种形式。三、自动换刀装置三、自动换刀装置3.1 可转位刀架可转位刀架4.5自动换刀装置数控车床的回转刀架数控车床的回转刀架v（1）立式回转刀架）立式回转刀架 工作原理：工作原理：选刀时刀架电动机正转，刀架转位，刀位信号到达后刀架电选刀时刀架电动机正转，刀架转位，刀位信号到达后刀架电动机反转，刀架定位夹紧。动机反转，刀架定位夹紧。v （2）卧式回转刀架）卧式回转刀架 工作原理：工作原理：当接收到数控系统换刀指令后，刀盘松开，刀盘旋转到指令当接收到数控系统换刀指令后，刀盘松开，刀盘旋转到指令要求的刀位，刀盘夹紧并发出转位结束信号。要求的刀位，刀盘夹紧并发出

30、转位结束信号。3.1 可转位刀架可转位刀架 在数控机床中，更换主轴头是一种简单的换刀方式，主在数控机床中，更换主轴头是一种简单的换刀方式，主轴头通常有轴头通常有立式和卧式立式和卧式两种，而且常用转塔的转位来更换主两种，而且常用转塔的转位来更换主轴头，实现自动换刀。轴头，实现自动换刀。 工作原理：工作原理：在转塔的各个主轴头上预先安装各工序所需在转塔的各个主轴头上预先安装各工序所需要的旋转刀具。当发出换刀指令时，各主轴头依次旋转到加要的旋转刀具。当发出换刀指令时，各主轴头依次旋转到加工位置，并接通主轴运动，使相应的主轴带动刀具旋转，而工位置，并接通主轴运动，使相应的主轴带动刀具旋转，而其他不处于

31、加工位置的主轴都与运动脱开。其他不处于加工位置的主轴都与运动脱开。3.2 更换主轴头换刀更换主轴头换刀（1）刀库的类型(1)盘式刀库A、径向取刀 B、轴向取刀 C、刀具径向安装D、刀具轴线与刀盘轴线成一定角度(2)链式刀库(3)格子盒式刀库3.3 带刀库的自动换刀系统带刀库的自动换刀系统（2）刀具的选择方式(1)顺序选刀(2)任意选刀A、刀具编码方式B、编码附件方式C、刀座编码方式 D、计算机记忆方式3.3 带刀库的自动换刀系统带刀库的自动换刀系统（3）刀具识别装置(1)(1)接触式刀具识别装置接触式刀具识别装置(2)(2)非接触式刀具识别装置非接触式刀具识别装置3.3 带刀库的自动换刀系统带

32、刀库的自动换刀系统（4）刀具交换装置v无机械手换刀无机械手换刀3.3 带刀库的自动换刀系统带刀库的自动换刀系统v机械手换刀机械手换刀（4）刀具交换装置3.3 带刀库的自动换刀系统带刀库的自动换刀系统第五章第五章 数控机床数控机床典型结构与维修典型结构与维修 目目 录录一、一、数控机床机械故障诊断方法数控机床机械故障诊断方法二二、主轴部件主轴部件三三、滚珠丝杠螺母副滚珠丝杠螺母副四四、导轨副导轨副五五、刀库及换刀装置刀库及换刀装置六六、液压与气压传动系统液压与气压传动系统一、一、数控机床机械故障诊断方法数控机床机械故障诊断方法 数控机床在机械结构上和普通机床数控机床在机械结构上和普通机床不同点不

33、同点在在于于传动链缩短，传动部件的精度高，机械维护的传动链缩短，传动部件的精度高，机械维护的面更广面更广，包括，包括主轴、进给轴、导轨和丝杠、刀库主轴、进给轴、导轨和丝杠、刀库和换刀装置、液压和气动等和换刀装置、液压和气动等。熟悉机械故障的特。熟悉机械故障的特征，掌握数控机床机械故障的诊断的方法和手段。征，掌握数控机床机械故障的诊断的方法和手段。还要注意数控机床机电之间的内在联系。还要注意数控机床机电之间的内在联系。1.1 1.1 机械故障的原因机械故障的原因 机床在运行过程中，机械零部件受到力、热、摩机床在运行过程中，机械零部件受到力、热、摩擦以及磨损等诸多因素的作用，使其领部件偏离或丧擦以

34、及磨损等诸多因素的作用，使其领部件偏离或丧失原有的功能。失原有的功能。1.2 1.2 机械故障诊断机械故障诊断 机床运行状态的识别、运行状态的信号获取、特机床运行状态的识别、运行状态的信号获取、特征参数的分析，故障性质的判断和故障部位的确定。征参数的分析，故障性质的判断和故障部位的确定。一、一、数控机床机械故障诊断方法数控机床机械故障诊断方法（1 1）机械故障诊断的方法机械故障诊断的方法v实用诊断技术（问、听、看、闻、摸、查）实用诊断技术（问、听、看、闻、摸、查）v振动、噪声测试振动、噪声测试(幅值大小、频率结构）幅值大小、频率结构）v油液分析（磨粒成分、型貌、数量）油液分析（磨粒成分、型貌、

35、数量）v温度测试（表面温度及变化规律）温度测试（表面温度及变化规律）v超声、超声、X射线探伤（机件内部缺陷）射线探伤（机件内部缺陷）v专家诊断系统（专家的经验、数据）专家诊断系统（专家的经验、数据）一、一、数控机床机械故障诊断方法数控机床机械故障诊断方法1 1）实用诊断技术实用诊断技术v问问操作者（渐操作者（渐/突发、故障现象、加工件的情况、传突发、故障现象、加工件的情况、传动系统的运动和动力、润滑、保养和检修情况）动系统的运动和动力、润滑、保养和检修情况）v看看机床的转速变化、工件的表面粗糙度和振纹、颜机床的转速变化、工件的表面粗糙度和振纹、颜色伤痕等明显症状色伤痕等明显症状v听听机床运转声

36、（强弱、频率高低等）机床运转声（强弱、频率高低等）v闻闻润滑油脂氧化蒸发油烟气焦糊气润滑油脂氧化蒸发油烟气焦糊气一、一、数控机床机械故障诊断方法数控机床机械故障诊断方法1 1）实用诊断技术实用诊断技术v触触用手感来判别机床的故障（温升、用手感来判别机床的故障（温升、 振动、伤痕和振动、伤痕和波纹、爬行、松紧）波纹、爬行、松紧） 实用诊断技术在机械故障的诊断中具有实用简便、快实用诊断技术在机械故障的诊断中具有实用简便、快速有效的特点，但诊断效果的好坏在很大程度上要凭速有效的特点，但诊断效果的好坏在很大程度上要凭借维修技术人员的经验，而且有一定的局限性，对一借维修技术人员的经验，而且有一定的局限性

37、，对一些疑难故障难以奏效。些疑难故障难以奏效。一、一、数控机床机械故障诊断方法数控机床机械故障诊断方法 2 2）机械振动检测诊断法机械振动检测诊断法 以机床振动作为信息源，在机床运行过程中获取以机床振动作为信息源，在机床运行过程中获取信号，对信号作各种处理和分析，通过某些特征量的信号，对信号作各种处理和分析，通过某些特征量的变化来判别有无故障、根据由以往诊断经验形成的一变化来判别有无故障、根据由以往诊断经验形成的一些判据来确定故障的性质并综合一些其他依据来进一些判据来确定故障的性质并综合一些其他依据来进一步确定故障的部位。步确定故障的部位。 具有实用可靠、判断准确的特点具有实用可靠、判断准确的

38、特点。一、一、数控机床机械故障诊断方法数控机床机械故障诊断方法v诊断过程诊断过程v 阅被诊断设备的技术资料，分析传动关系、计算传动件的特征值；阅被诊断设备的技术资料，分析传动关系、计算传动件的特征值；v 获取信号、信号调理与处理；获取信号、信号调理与处理；v 信号分析、故障判断（部位、性质）。信号分析、故障判断（部位、性质）。 v故障振动信号分类故障振动信号分类v 平稳性故障信号平稳性故障信号v 冲击性故障信号冲击性故障信号 一、一、数控机床机械故障诊断方法数控机床机械故障诊断方法 平稳性故障信号平稳性故障信号机械结构在正弦周期性力信号、机械结构在正弦周期性力信号、复杂周期性力信号和准周期性力

39、信号（轴弯曲、偏心、复杂周期性力信号和准周期性力信号（轴弯曲、偏心、滚子失圆等渐变性故障）作用下产生的响应信号。滚子失圆等渐变性故障）作用下产生的响应信号。 特点：特点：响应信号的频率成分与激励信号的频率成响应信号的频率成分与激励信号的频率成分相同。频谱为有限根谱线，而且能量集中在故障的分相同。频谱为有限根谱线，而且能量集中在故障的特征频率及其倍频上。特征频率及其倍频上。 冲击性故障信号冲击性故障信号 机械结构在周期性冲击力作用下的脉冲响应，他与机械结构在周期性冲击力作用下的脉冲响应，他与冲击信号本身有很大的不同。冲击信号本身有很大的不同。 特点：特点：信号能量短时间释放，其频谱为无穷根谱线，

40、信号能量短时间释放，其频谱为无穷根谱线，间隔等于脉冲发生的频率。能量集中于基频。间隔等于脉冲发生的频率。能量集中于基频。 二二、 主轴部件主轴部件v主轴部件的性能要求主轴部件的性能要求 高回转精度、足够的功率输出、刚度、抗振性、温升以及自动高回转精度、足够的功率输出、刚度、抗振性、温升以及自动变速、准停和自动换刀等要求。变速、准停和自动换刀等要求。v主轴部件的结构主轴部件的结构 成组高精度轴承（滚动成组高精度轴承（滚动/静压静压/磁力磁力/陶瓷）及其配置、轴承间隙陶瓷）及其配置、轴承间隙调整和润滑密封以及满足工件的自动装夹要求调整和润滑密封以及满足工件的自动装夹要求。 二二、 主轴部件主轴部件

41、v主轴的维护特点主轴的维护特点 (1)主轴润滑主轴润滑 作用：作用：减少摩擦、带走热量，（磨损和热变形）减少摩擦、带走热量，（磨损和热变形）-循环润滑方式：循环润滑方式：液压泵供油强力润滑和油脂润滑液压泵供油强力润滑和油脂润滑-油气润滑方式：油气润滑方式：定时定量把油雾送进轴承空隙中定时定量把油雾送进轴承空隙中-喷注润滑方式：喷注润滑方式：较大流量的恒温油喷注到主轴轴承（大容量恒温较大流量的恒温油喷注到主轴轴承（大容量恒温 油箱）油箱）二二、 主轴部件主轴部件(2)防泄露防泄露 v主轴故障诊断主轴故障诊断故障现象故障原因故障现象故障原因1.1.主轴发热主轴发热轴承损伤或不清洁、轴承油轴承损伤或

42、不清洁、轴承油 脂耗尽或油脂过多、轴承间脂耗尽或油脂过多、轴承间 隙过小隙过小2.2.主轴强力主轴强力电机与主轴传动的皮带过松、电机与主轴传动的皮带过松、切削停转切削停转皮带表面有油、离合器松皮带表面有油、离合器松3.3.润滑油泄漏润滑油泄漏润滑油过量、密封件损伤或润滑油过量、密封件损伤或失效、管件损坏失效、管件损坏二二、 主轴部件主轴部件 主轴故障诊断主轴故障诊断故障现象故障现象 故障原因故障原因4. 4. 主轴噪声主轴噪声缺少润滑、皮带轮动平衡缺少润滑、皮带轮动平衡 （振动）（振动） 不佳、带轮过紧、齿轮磨不佳、带轮过紧、齿轮磨 损或啮合间隙过大、轴承损或啮合间隙过大、轴承 损坏损坏5.5

43、.主轴没有或主轴没有或 油泵转向不正确、油管或油泵转向不正确、油管或 润滑不足润滑不足 滤油器堵塞、油压不足滤油器堵塞、油压不足二二、 主轴部件主轴部件二二、 主轴部件主轴部件v主轴故障诊断主轴故障诊断故障现象故障原因故障现象故障原因6. 刀具不能刀具不能 蝶形弹簧位移量太小、刀蝶形弹簧位移量太小、刀 夹紧夹紧 具松夹弹簧上螺母松动具松夹弹簧上螺母松动7.刀具夹紧后刀具夹紧后 刀具松夹弹簧压合过紧、刀具松夹弹簧压合过紧、 不能松开不能松开 液压缸压力和行程不够液压缸压力和行程不够三三、 滚珠丝杠螺母副滚珠丝杠螺母副v滚珠丝杠螺母副的维护滚珠丝杠螺母副的维护1.轴向间隙的调整轴向间隙的调整 保证

44、反向传动精度和轴向刚度（垫片调隙式、螺保证反向传动精度和轴向刚度（垫片调隙式、螺纹调隙式、齿差调隙式）纹调隙式、齿差调隙式） 2.支承轴承的定期检查支承轴承的定期检查 定期检查丝杠支承与床身的连接是否有松动以及定期检查丝杠支承与床身的连接是否有松动以及轴承是否损坏轴承是否损坏第三节第三节 滚珠丝杠螺母副滚珠丝杠螺母副v滚珠丝杠螺母副的维护滚珠丝杠螺母副的维护 3.滚珠丝杠副的润滑滚珠丝杠副的润滑 润滑剂（油润滑剂（油/脂）可提高耐磨性和传动效率（工作前脂）可提高耐磨性和传动效率（工作前/半年）半年） 4.滚珠丝杠的防护滚珠丝杠的防护 防止硬质灰尘或切屑污物的进入，可采用防护罩或防护防止硬质灰尘

45、或切屑污物的进入，可采用防护罩或防护套管等套管等 v滚珠丝杠螺母副的故障诊断滚珠丝杠螺母副的故障诊断 故障现象故障原因故障现象故障原因1.1.噪声大噪声大 丝杠丝杠支承轴承损坏或压盖压合支承轴承损坏或压盖压合 不好、联轴器松动、润滑不良不好、联轴器松动、润滑不良 或丝杠副滚珠有破损或丝杠副滚珠有破损2. 丝杠运动丝杠运动 轴向预紧太大、丝杠或螺母轴不灵活轴向预紧太大、丝杠或螺母轴不灵活、线线 与导轨不平行、丝杠弯曲与导轨不平行、丝杠弯曲第三节第三节 滚珠丝杠螺母副滚珠丝杠螺母副四四、 导轨副导轨副v导轨副的维护导轨副的维护保证导轨面之间合理的间隙保证导轨面之间合理的间隙，小摩擦力大、磨损，大运动小摩擦力大、磨损，大运动失去准确性和平稳性、失去导向精度）失去准确性和平稳性、失去导向精度）；提高刚度、消除间隙提高刚度、消除间隙；降低摩擦系数、减少磨损、防止导轨面锈蚀。降低摩擦系数、减少磨损、防止导轨面锈蚀。润滑方式：人工加油油杯供油、压力油润滑润