数控机床故障诊断与维修 第2版 教学课件 作者 王爱玲第6章 数控机床机械结构故障诊断与维修

第6章数控机床机械结构故障诊断与维修第6章数控机床机械结构故障诊断与维修6.1机械故障类型及其诊断方法6.2主轴部件故障诊断与维修6.3滚珠丝杠螺母副故障诊断与维修6.4导轨副机械结构故障诊断与维修6.5刀库及换刀装置故障诊断与维修6.6液压与气动传动系统故障诊断与维修6.1.1机械故障的类型机床的故障类型可分为以下几种（1）功能性故障（2）动作型故障（3）结构型故障（4）使用型故障6.1.2机械系统故障的诊断方法数控机床机械故障诊断包括对机床运行状态的识别、预测和监视三个方面的内容。数控机床机械系统故障的诊断方法可以分为实用诊断方法、常用诊断方法、现代诊断方法三种。“实用诊断技术”中的问、看、听、触、嗅进行具体的讲解。6.1.2机械系统故障的诊断方法1．问（1）机床开动时有哪些异常现象。（2）对比故障前后工件的精度和表面粗糙度，以便分析故障产生的原因。（3）传动系统是否正常，出力是否均匀，背吃刀量和走刀量是否减小等。（4）润滑油品牌号是否符合规定，用量是否适当。（5）机床何时进行过保养检修等。6.1.2机械系统故障的诊断方法2．看（1）看转速（2）看颜色（3）看伤痕（4）看工件（5）看变形（6）看油箱与冷却箱6.1.2机械系统故障的诊断方法3．听（1）做旋转运动的机件（2）正常运行的齿轮副（3）各种介质的传输设备产生的输送声6.1.2机械系统故障的诊断方法4．摸（1）温升（2）振动（3）伤痕和波纹（4）爬行（5）松或紧6.1.2机械系统故障的诊断方法5．嗅由于剧烈摩擦或电器元件绝缘破损短路；使附着的油脂或其他可燃物质发生氧化蒸发燃烧产生油烟气、焦糊气等异味，应用嗅觉诊断的方法可收到较好的效果。6.2.1主轴部件的结构及主轴的维护1．主轴机械结构数控设备的主轴部件是影响机床加工精度的主要部件，它的回转精度影响工件的加工精度，功率大小与回转速度影响加工效率，自动变速、准停和换刀等影响机床的自动化程度。6.2.1主轴部件的结构及主轴的维护（1）主轴（2）主轴支承轴承（3）主轴卡盘（4）拉刀机构及吹净机构（5）主轴准停装置主轴准停用于刀具交换、精镗退刀及齿轮换档等场合，有三种实现方式：1）机械准停控制由带V形槽的定位盘和定位用的液压缸配合动作。2）磁性传感器的电气准停控制6.2.1主轴部件的结构及主轴的维护图6-2磁性传感器主轴准停装置1－磁传感器2－发磁体3－主轴4－支架5－主轴箱6.2.1主轴部件的结构及主轴的维护2．主轴部件的维护（1）主轴润滑（2）防泄漏（3）主轴密封（4）工件或刀具自动松夹机构6.2.2主轴部件常见故障及排除方法1．主轴不能转动在机械方面，主轴不转常发生在强力切削下，可能原因有：（1）主轴与电机连接皮带过松。应调整：皮带表面有油，造成打滑，应该用汽油清洗；皮带使用太久而失效，应更换。（2）主轴中的拉杆未拉紧夹持刀具的拉钉6.2.2主轴部件常见故障及排除方法引起主轴不转的原因可能还有：1）主轴速度指令不正常或无输出（这可能与主轴定向用的传感器安装不良，而是磁性传感器未发出检测信号有关）；2）印制电路板太脏；3）触发脉冲电路故障（直流主轴控制单元多用晶闸管做驱动功率开关元件）；4）电动机动力线断线或主轴控制单元与电动机间电缆连接不良，机床未给出主轴转速信号。6.2.2主轴部件常见故障及排除方法2．主轴转速不正常造成这种故障的可能原因有：（1）装在主轴电动机尾部的测速发电机出现故障；（2）速度指令给定错误；（3）数模（D/A）转换器出现故障等。6.2.2主轴部件常见故障及排除方法3．主轴不定向或定向位置不准确（1）主轴不定向（2）主轴停在不正确位置上4．主轴转动时振动和噪声太大这类故障在机械方面的可能原因有：（1）主轴箱与床身的连接螺钉松动。（2）轴承预紧力不够，或预紧螺钉松动，游隙过大，使主轴产生轴向窜动。这时应调整轴承后盖，使其压紧轴承端面，然后拧紧锁紧螺钉。（3）轴承拉毛或损坏，应更换轴承。（4）主轴部件上动平衡不好，如大、小带轮平衡不好，因平衡块脱落或移位等造成失衡应重新做动平衡：（5）齿轮有严重损伤，或齿轮啮合间隙过大，应更换齿轮或调整啮合间隙。（6）润滑不良，供油不足，应改善润滑条件，使润滑油充足。（7）主轴与主轴电机的连接皮带过紧，应移动电机座调整皮带到松紧度合适，或连接主轴与电机的联轴器响故障。（8）主轴负荷太大。6.2.2主轴部件常见故障及排除方法5．主轴箱不能移动主轴箱不能移动时，可采取如下措施处理。（1）查看机床坐标轴上的联轴器是否松动，若松动，应拧紧紧固螺钉；（2）卸下压板，观察其是否研伤，调整压板与导轨的间隙，保证间隙为0.02～0.03mm；（3）查看主轴箱镶条，松开镶条上的止螺钉，顺时针旋转镶条螺栓，达到坐标轴能灵活移动而塞尺不能进入后，锁紧止退螺钉；（4）观察主轴箱导轨面是否研伤，用细砂布修磨导轨研伤处的伤痕。6.2.2主轴部件常见故障及排除方法6．主轴伺服系统故障当主轴伺服系统发生故障时，通常有三种形式：一是在CRT或操作面板—上显示报警内容或报警信息：二是在主轴驱动装置上用报警灯或数码管显示主轴驱动装置的故障；三是主轴工作不正常，但无任何报警信息。主轴伺服系统常见的故障有：（1）外界干扰（2）过载（3）主轴定位抖动6.2.3主轴部件故障诊断维修实例【例5-1】主轴无法变速故障的排除。故障现象：输入主轴变速指令，主轴的变速盘不转，主轴也无“缓动”，不能正常工作。（1）变速原理（2）故障原因分析与排除（3）该型机床的液压故障快速检查6.3.1滚珠丝杠螺母副的机械结构及维护1．滚珠丝杠的特点1）高传动效率2）运动平稳3）寿命长4）传动精度高5）可预紧消隙6.3.1滚珠丝杠螺母副的机械结构及维护2．常用的各种滚珠丝杠的结构滚珠丝杠副的主要参数有：公称直径D、导程L和接触角β。公称直径是指滚珠与螺纹滚道在理论接触角状态时包络滚珠球心的圆柱直径，它与承载能力直接有关，常用范围D30~80mm，一般大于丝杠长度的1/30~1/35；导程的大小要根据机床的加工精度要求确定，精度高时，导程小一些，精度低时，导程大一些，一般来说导程的数值在满足继承加工精度的条件下尽可能地取得大一些；而参数的具体数值我们可以查表得出。6.3.2滚珠丝杠螺母副常见的故障及排除方法 3、滚珠丝杠螺母副的维护（1）滚珠丝杠螺母副传动消隙滚珠丝杠螺母副的轴向间隙直接影响其反向传动精度和轴向刚度。1）双螺母齿差调隙式结构2）双螺母垫片调隙式结构3）双螺母螺纹调整间隙式结构6.3.2滚珠丝杠螺母副常见的故障及排除方法 双螺母齿差调隙式结构1－螺母2－调整垫片3－反向器4－钢球5－螺杆6－螺母双螺母垫片调隙式结构1－螺母2－调整垫片3－反向器4－钢球5－螺杆6－圆螺母7－螺母6.3.2滚珠丝杠螺母副常见的故障及排除方法双螺母螺纹调整间隙式结构1－内齿圈2－螺母3－螺母座4－内齿圈5－螺母6.3.2滚珠丝杠螺母副常见的故障及排除方法6.3.2滚珠丝杠螺母副常见的故障及排除方法（2）滚珠丝杠副的保护（3）滚珠丝杠副的润滑（4）支承轴承的定期检查（5）伺服电动机与滚珠丝杠的连接6.3.2滚珠丝杠螺母副常见的故障及排除方法 1 加工件粗糙度值高 2 反向误差大，加工精度不稳定 3 滚珠丝杆在运转中转矩过大 4 丝杆螺母润滑不良 5 滚珠丝杆副噪声 6 滚珠丝杠运动不灵活 7 滚珠丝杠螺母副传动状况不良6.3.3滚珠丝杠螺母副故障诊断的实例【例6-15】机床强力切割时剧烈抖动故障现象：机床进行框架零件强力铣削时，Y轴产生剧烈的抖动，向正方向运行时尤为明显，向负方向运行时抖动减小。故障分析与排除：1）伺服电动机电刷损坏，编码器进油，伺服电动机内部进油，电动机磁钢脱落。将电动机和丝杠脱开空运行，电动机运转正常，没有抖动。2）丝杠轴承损坏或丝杠锁母松动，间隙过大。检查轴承完好，锁母重新紧固，故障仍未排除。3）丝杠丝母间隙过大，丝母座和结合面的定位销及紧固螺钉松动，造成单方向抖动。重新紧固丝母座，故障消失。6.4.1导轨副的结构及维护1．导轨副的结构与分类导轨副是数控机床的重要执行部件，主要有滚动导轨、塑料导轨、静压导轨等；有直线移动导轨和回转运动导轨。滑动导轨具有结构简单、制造方便、接触刚度大等优点。滚动导轨摩擦系数小、运动轻便灵活、所需功率小、磨损小、精度保持行好，在低速的运动平稳，移动精度和定位精度都较高。6.4.1导轨副的结构及维护2．导轨副的安装维护（1）导轨副的安装（2）间隙调整（3）滚动导轨的预紧（4）导轨的润滑（5）导轨的防护6.4.2导轨副故障诊断与维修方法1 、导轨研伤 2 、导轨上移动部件运动不良或不能移动3 、加工面在接刀处不平6.5.1刀架、刀库和换刀装置机械结构1．刀架（1）

排式刀架（2）回转刀架2．刀库加工中心的刀库的形式很多结构与各不相同，最常用的有鼓轮式刀库、链式刀库和格子盒式刀库。刀库、机械手结构6.5.1刀架、刀库和换刀装置机械结构40#斗笠式圆盘刀库40#圆盘刀库系列50#链条立式刀库6.5.1刀架、刀库和换刀装置机械结构50#落地式刀库50#圆盘刀库系列50#卧式刀库50#卧式、道轨式刀库6.5.1刀架、刀库和换刀装置机械结构3．换刀装置数控设备的换刀机械手的主要功能是实现刀库与机床主轴之间刀具的传递和装卸，根据刀具的交换方式不同，通常分为无机械手换刀和有机械手换刀两大类。图6-18

自动换刀控制示意图1－刀库2－刀具3－换刀臂升降油缸4－换刀臂5－主轴6－主轴油缸7－拉杆6.5.2刀架、刀库和换刀机械手常见故障诊断及排除1．刀库的故障（1）刀库不能转动或转动不到位（2）刀套不能夹紧刀具（3）刀套上、下不到位（4）刀套不能拆卸或停留一段时间才能拆卸6.5.2刀架、刀库和换刀机械手常见故障诊断及排除2．换刀机械手故障（1）刀具夹不紧（2）刀具夹紧后松不开（3）刀具从机械手中脱落（4）刀具交换时掉刀（5）机械手换刀速度过快或过慢（6）机械手在主轴上装不进刀6.5.2刀架、刀库和换刀机械手常见故障诊断及排除3．自动换刀装置故障加工中心刀库及自动换刀装置的故障表现在：刀库运动故障、定位误差过大、机械手夹持刀柄不稳定和机械手运动误差过大等。6.5.3刀架、刀库和换刀机械手故障诊断及排除实例【例5-18】刀库换刀位置错误故障。故障设备：德国MH800C加工中心，采用飞利浦公司CNC5000系列数控系统。故障现象：换刀系统在执行某步换刀指令时不动作，CRT显示E98报警“换刀系统在机械臂位置检测开关信号为0”和E116报警“刀库换刀位置错误”。故障检查与分析：从CRT提供的信息判断故障发生在换刀系统和刀库两部分，相应的位置检测开关无信号送到CNC单元的输入接口，从而导致机床自我保护，中断换刀。造成开关无信号输出的原因有：1）由于液压或机械上的原因造成动作不到位而使开关得不到感应；2）开关失灵。根据机床结构情况，先查开关。首先检查刀库部分，用一薄铁片去感应开关，结果正常，接着检测装在换刀系统机械手内部的两个开关，发现机械臂停在行程中间位置上，“臂移出”开关21S1和“臂缩回”开关21S2均得不到感应，造成输出信号为0（“臂移出”开关信号应为1，换刀系统才有动作）。用螺丝刀顶相应的21Y2电磁阀芯把机械臂缩回至“臂缩回”位置，机床恢复正常。分析产生故障的原因，考虑到机床在此之前换刀正常，手控电磁阀能使换刀系统回位，说明液压或机械部分是正常的，为此怀疑换刀动作与程序换刀指令不协调是造成故障的原因。机床《操作员手册》中要求：“连续运行中，两次换刀间隔时间不得小于30s”。经计时发现，引发故障的程序段两次换刀间隔时间仅为21s。6.6.1液压与气动传动系统原理与维护1、液压系统（1）液压传动系统原理（2）液压系统的维护1）控制油液污染，保持油液清洁，是确保液压系统正常工作的重要措施。2）控制油压系统中油液的温升是减少能源消耗、提高系统效率的一个重要环节。3）控制液压系统泄漏极为重要，因为泄漏和吸空是液压系统常见的故障。6.6.1液压与气动传动系统原理与维护4）防止液压系统振动与噪声。5）严格执行日常点检制度。6）严格执行定期紧固、清洗、过滤和更换制度。6.6.1液压与气动传动系统原理与维护（3）液压系统的点检1）各液压阀、液压缸及管子接头处是否有外漏。2）液压泵或液压马达运转时是否有异常噪声等现象。3）液压缸移动时工作是否正常平稳。4）液压系统的各测压点压力是否在规定的范围内5）油液的温度是否在允许的范围内。6）液压系统工作时有无高频振动，压力是否稳定。7）电气控制或撞块（凸轮）控制的换向阀工作是否灵敏可靠。8）油箱内油量是否在油标刻线范围内。9）行程开关或限位挡块的位置是否有变动。10）液压系统手动或自动工作循环时是否有异常现象。11）定期对油箱内的油液进行取样化验，检查油液质量。12）定期检查蓄能器工作性能。13）定期检查冷却器和加热器的工作性能。14）定期检查和紧固重要部位的螺钉、螺母、接头和法兰螺钉。15）定期检查更换密封件。16）定期检查清洗或更换液压件，17）定期检查清洗或更换滤芯。18）定期检查清洗油箱和管道。6.6.1液压与气动传动系统原理与维护2．气动系统（1）气动系统气动原理（2）气动系统维护的要点1）保证供给洁净的压缩空气压缩空气中通常都含有水分、油分和粉尘等杂质。2）保证空气中含有适量的润滑油3）保持气功系统的密封性4）保证气