数控机床常见机械

数控机床常见机械故障

及其维修

2010.5.27

数控机床机械部分的故障与普通机床机械部分的故障有许多共同点，因此在对机械故障进行诊断及维修时，有许多地方是相通的。但是，数控机床大量采用电气控制与电气驱动，这就使得数控机床的机械结构与普通机床的机械结构相比有很大的简化，使其机械结构的故障呈现出一些新的特征。在实际中，机械故障的种类繁多，此处只介绍一些共性的部件故障，如主传动系统、进给系统、机床导轨等。

首先介绍数控机床主传动系统与主轴部件的故障诊断与维修；然后介绍进给系统的二个主要部件——滚珠丝杠副和导轨副的故障诊断与维修；最后介绍刀库及换刀装置的故障及维修。

一、数控机床主传动系统与主轴部件的故障诊断与维修数控机床的主传动承受主切削力，它的功率大小与回转速度直接影响着机床的加工效率。而主轴部件是保证机床加工精度和自动化程度的主要部件，它们对数控机床的性能有着决定性的影响。由于数控机床的主轴驱动广泛采用交、直流主轴电动机，这就使得主传动的功率和调速范围较普通机床大为增加。同时为了进一步满足对主传动调速和转矩输出的要求，在数控机床上常采用机电结合的方法，即同时采用电动机调速和机械齿轮等变速这两种方法。

1、主传动系统

数控机床的主传动系统常采用的配置形式有：1、带有变速齿轮的主传动滑移齿轮的换挡常采用液压拨叉或直接由液压缸带动，还可通过电磁离合器直接实现换挡。这种配置方式在大、中型数控机床中采用较多。2、电动机与主轴直联的主传动其特点是结构紧凑，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，因而使用受到一定的限制。3、采用带传动的形式这种形式可避免齿轮传动引起的振动和噪声，但只能用在低扭矩的情况下。这种配置在小机床中经常使用。4、电主轴电主轴通常作为现代机电一体化的功能部件，采用在高速数控机床上，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。2、主轴部件

数控机床主轴部件是影响机床加工精度的主要部件，要求主轴部件具有与本机床工作性能相适应的高回转精度、刚度、抗振性、耐磨性、和低的温升，其结构必须很好的解决刀具和工具的装夹、轴承的配置、轴承间隙调整和润滑密封等问题。数控机床的主轴部件主要有以下几个部分：主轴本体及密封装置、支承主轴的轴承、配置在主轴内部的刀具卡进及吹屑装置、主轴的准停装置等。主轴的结构根据数控机床的规格、精度采用不同的主轴轴承。一般中小规格的数控机床的主轴部件多采用成组的高精度滚动轴承；重型数控机床采用液体静压轴承；高精度数控机床采用气体静压轴承；转速达20000r/min的主轴采用磁力轴承或氮化硅材料的陶瓷滚珠轴承。为了保证主轴有良好的润滑，减少摩擦发热，同时又能把主轴组件的热量带走，通常采用循环式润滑系统，主要有油气(油雾)润滑方式和喷注润滑方式。同时就必须采用有效的方式防泄露。

在自动换刀机床(加工中心)的刀具自动夹紧装置中，刀具自动夹紧装置的刀杆常采用7：24的大锥度锥柄，既利于定心，也为松刀带来方便。用蝶形弹簧通过拉杆及夹头拉住刀柄的尾部，使刀具锥柄和主轴锥孔紧密配合，夹紧力达10000N以上。松刀时，通过液(气)压缸活塞推动拉杆来压缩蝶形弹簧，使夹头张开，夹头与刀柄上的拉钉脱离，刀具就可拔出进行新、旧刀具的更换，新刀装入后，液(气)压缸活塞后移，新刀具又被蝶形弹簧拉紧。在活塞推动拉杆松开刀柄的过程中，压缩空气由喷气头经过活塞中心孔和拉杆中的孔吹出，将锥孔清理干净，防止主轴锥孔中掉入切屑和灰尘，把主轴锥孔表面和刀杆的锥柄划伤，同时保证刀具的正确位置。

3、主传动系统的常见故障及排除方法

序号故障现象故障原因排除方法1主轴发热主轴轴承损伤或轴承不清洁更换轴承，清除脏物主轴前端盖与主轴箱体压盖研伤修磨主轴前端盖，使其压紧主轴前轴承，轴承与后盖有0.02～0.05mm间隙轴承润滑油脂耗尽或润滑油脂涂抹过多涂抹润滑油脂，每个3ml2主轴在强力切削时停转电动机与主轴连接的皮带过松移动电动机座，拉紧皮带，然后将电动机座重新锁紧皮带表面有油用汽油清洗后擦干净，再装上皮带使用过久而失效更换新皮带摩擦离合器调整过松或磨损调整摩擦离合器，修磨或更换摩擦片3主轴噪声缺少润滑涂抹润滑脂保证每个轴承涂抹润滑脂量不得超过3ml小带轮与大带轮传动平稳情况不佳带轮上的平衡块脱落，重新进行动平衡主轴与电动机连接的皮带过紧移动电动机座，使皮带松紧度合适齿轮啮合间隙不均匀或齿轮损坏调整啮合间隙或更换新齿轮传动轴承损坏或传动轴弯曲修复或更换轴承，校直传动轴4主轴没有润滑油循环或润滑不足油泵转向不正确，或间隙太大改变油泵转向或修理油泵吸油管没有插入油箱的油面下面将吸油管插入油面以下2/3油管和滤油器堵塞清除堵塞物润滑油压力不足调整供油压力5润滑油泄漏润滑油过量调整供油量密封件损坏更换密封件管件损坏更换管件6刀具不能夹紧蝶形弹簧位移量较小调整蝶形弹簧行程长度刀具松紧弹簧上的螺母松动顺时针旋转松夹刀具弹簧上的螺母使其最大工作载荷不得超过13kN7刀具夹紧后不能松开松刀弹簧压合过紧逆时针旋转松夹刀具弹簧上的螺母使其最大工作载荷不得超过13kN液压缸压力和行程不够调整液压压力和活塞行程开关位置4、主传动系统维修实例

略二、数控机床滚珠丝杠副的结构及维修

数控机床的进给传动系统的任务是实现执行机构（刀架、工作台等）的运动。大部分数控机床的进给系统是由伺服电动机经过联轴器与滚珠丝杠直接相连，然后由滚珠丝杠螺母副驱动工作台运动，其机械结构比较简单。滚珠丝杠副是在丝杆和螺母之间以滚珠为滚动体的螺旋传动元件。它将电动机的旋转运动转化为直线运动。

1、滚珠丝杠副的安装

数控机床的进给系统要获得较高的传动刚度，除了加强滚珠丝杠螺母本身的刚度之外，滚珠丝杠正确的安装及其支承的结构刚度也是不可忽视的因素。螺母座及支承座都应具有足够的刚度和精度。通常都适当加大和机床结合部件的接触面积，以提高螺母座的局部刚度和接触刚度，新设计的机床在工艺条件允许时常常把螺母座或支承座与机床本体做成整体来增大刚度。

滚珠丝杠副的安装方式最常用的通常有以下几种：

1)、固定+自由方式：如图1所示，丝杆一端固定，另一端自由。固定端轴承同时承受轴向力和径向力。这种支承方式用于行程小的短丝杆。在丝杆远端(自由端)其综合刚度最差，升降台式铣床的垂直坐标常用这种结构，还常用于机床的调整环节。图11—电动机2—弹性联轴器3—轴承4—滚珠丝杆5—滚珠丝杆螺母

2)、固定+支承方式：如图2所示，丝杆一端固定，另一端支承。固定端同时承受轴向力和径向力；支承端只承受径向力，而且能作微量的轴向浮动，可以减少或避免因丝杆自重而出现的弯曲，同时丝杆热变形可以自由地向一端伸长。

图2

1—电动机2—弹性联轴器3—轴承4—滚珠丝杆5—滚珠丝杆螺母

3)、两端固定方式：如图3所示，丝杆两端均固定。固定端轴承都可以同时承受轴向力，这种支承方式，可以对丝杆施加适当的预紧力，提高丝杆支承刚度，可以部分补偿丝杆的热变形。

图3

1—电动机2—弹性联轴器3—轴承4—滚珠丝杆5—滚珠丝杆螺母

2、滚珠丝杠副的防护及润滑

1)、滚珠丝杠副的防护：滚珠丝杠副和其他滚动摩擦的传动器件一样，应避免硬质灰尘或切屑污物进入，因此必须装有防护装置。根据不同的场合和要求，常采用如螺旋弹簧钢带套管、伸缩套管以及折叠式套管等封闭的防护罩和密封圈如迷宫式密封圈等防护。

2)、轴向间隙的调整：为了保证反向传动精度和轴向刚度，必须消除轴向间隙。双螺母滚珠丝杠副消除间隙的方法是，利用两个螺母的相对轴向位移，使两个滚珠螺母中的滚珠分别贴紧在螺旋滚道的两个相反的侧面上。此外还要消除丝杆安装部分和驱动部分的间隙。常用的双螺母丝杆间隙的调整方法有：垫片调隙式、螺纹调隙式及齿差调隙式。如图4所示。图（a）为垫片调隙式结构；图（b）为螺母调隙式结构；图（c）为齿差调隙式结构图。

a

b

c

图4滚珠丝杠副调隙结构

滚珠丝杠副的最大特点是可以采用予紧结构来消除传动间隙，上述三图其基本原理都是使两个螺母间产生轴向位移，以达到消除间隙和产生预紧力的目的。但此时应切实控制好预紧力的大小。如预紧力过小，不能完全消除轴向间隙，起不到预紧的作用，如预紧力过大，又会使空载力矩增加，从而降低传动效率缩短使用寿命。有资料表明适当施加予紧力可以提高丝杠螺母副的刚度20～40％；但是过大的予紧力会加大驱动力矩.缩短丝杠的使用寿命。通常在中，小型数控铣床的丝杠副予紧力取其轴向负荷的1/3。

3)、滚珠丝杠副螺母副的润滑：润滑剂可提高耐磨性及传动效率。润滑脂可分为润滑油和润滑脂两大类。润滑油一般为全损耗系统用油；润滑脂可采用锂基润滑脂。润滑脂一般加在螺纹滚道和安装螺母的壳体空间内，而润滑油则经过壳体上的油孔注入螺母的空间内。每半年对滚珠丝杠上的润滑脂更换一次，清洗丝杆上的旧润滑脂，涂上新的润滑脂。用润滑油润滑的滚珠丝杠副，可在每次机床工作前加油一次。

4)、支承轴承的定期检查：应定期检查丝杆支承与床身的连接是否有松动以及支承轴承是否损坏等。如有以上问题，要及时紧固松动部件并更换支承轴承。3、滚珠丝杠副的常见故障及排除方法

序号故障现象故障原因排除方法1滚珠丝杠螺母副噪声丝杆支承轴承的压盖压合情况不好调整轴承压盖，使其压紧轴承端面丝杆支承轴承可能破损如轴承破损更换新轴承电动机与丝杆联轴器松动拧紧联轴器锁紧螺钉丝杆润滑不良改善润滑条件，使润滑油量充足滚珠丝杠螺母副滚珠有破损更换新滚珠2滚珠丝杠运动不灵活轴向预加载荷太大调整轴向间隙和预加载荷丝杆与导轨不平行调整丝杆支座的位置，使丝杆与导轨平行螺母轴线与导轨不平行调整螺母座的位置丝杆弯曲变形校直丝杆3滚珠丝杠螺母副传动状况不良滚珠丝杠螺母副润滑状况不良用润滑脂润滑的丝杆需要移动工作台取下套罩，涂上润滑脂思考题：

1、XK713加工过程中X轴出现跟踪误差过大报警，试分析其原因；

2、某车床在Z向移动时有明显的机械抖动，试分析其原因。三、数控机床导轨副的结构及维修

1、导轨副的结构

导轨副是机床的重要部件之一，它在很大程度上决定数控机床的刚度、精度和精度保持性。数控机床导轨必需具有较高的导向精度、高刚度、高耐磨性，机床在高速进给时不振动、低速进给不爬行等特性。目前数控机床使用的导轨主要有3种：贴塑滑动导轨、滚动导轨和静压导轨

贴塑滑动导轨剖面图

1-床身；2-工作台；3-下压板；4-导轨软带；5-贴有导轨软带的镶条2、导轨副的维护

1)、间隙调整导轨副维护很重要的一项工作是保证导轨面之间具有合理的间隙。间隙过小，则摩擦阻力大，导轨磨损加剧；间隙过大，则运动失去准确性和平稳性，失去导向精度。下面介绍几种间隙的调整方法。①压板调整间隙。图1所示为矩形导轨上常用的几种压板装置。压板用螺钉固定在动导轨上，常用钳工配合刮研及选用调整垫片、平镶条等机构，使导轨面与支承面之间的间隙均匀，达到规定的接触点数。对图（a）所示的压板结构，如间隙过大，应修磨和刮研B面；间隙过小或压板与导轨压得太紧，则可刮研或修磨A面；图（b）采用镶条式调整间隙；图（c）采用垫片式调整间隙。

(a)修磨刮研式（b）镶条式（c）垫片式图1压板调整间隙②镶条调整间隙。图2（