《数控机床维修与调试》-第五章

第五章数控机床机械结构的维修和调试5.1数控机床机械结构概述5.2数控机床机械故障诊断方法5.3主轴部件维修与调试5.4进给传动机构维修与调试5.5导轨副维修与调试5.6液压、气动系统维修与调试5.7刀库及自动换刀装置故障分析与维护5.1数控机床机械结构概述5.1.1数控机床机械结构的组成由于计算机、自动控制、信息处理、传感器、动力元件等技术的飞速发展，以及为适应高生产率的需要，数控机床的机械结构已从初期对通用机床局部结构的改进，逐步发展到形成数控机床的独特机械结构，在功能和性能上较普通机床都有很大的增强和提高。数控机床机械结构的基本组成如下:①机床基础件，又称为机床大件，通常是指床身、立柱、横梁、滑座和工作台等。它们是整台机床的基础和框架，其功能是支撑机床本体的其他零部件，并保证这些零部件在工作时固定在基础件上，或者在它们的导轨上运动。②主运动传动系统，其功能是实现主运动。返回下一页上一页5.1数控机床机械结构概述③进给运动传动系统，其功能是实现进给运动。④实现工件回转、分度定位的装置和附件，如回转工作台。⑤实现某些部件动作和辅助功能的系统和装置，如液压、气动、润滑、冷却、排屑、防护等。⑥刀库、刀架及自动换刀装置(ATC)⑦工作台交换装置(APC)⑧特殊功能装置，如刀具破损检测、精度检测和监控装置等。⑨各种反馈装置和元件。返回下一页上一页5.1数控机床机械结构概述5.1.2数控机床机械结构的特点数控机床是按数控系统给出的指令自动地进行加工的，与普通机床在加工过程中需要人手动进行操作、调整的情况大不相同，这就要求数控机床的机械结构要适应自动化控制的需要。数控机床不仅要求有很高的加工精度、加工效率以及稳定的加工质量，而且还要求加工时能工序集中，一机多用，这就要求数控机床的机械结构不仅要有较好的刚度和抗振性，还要尽量减少热变形和运动部件产生温差引起的热负载。数控机床要充分满足工艺复合化和功能集成化的要求。所谓“工艺复合化”，就是一次装夹，多工序加工;而“功能集成化”则是指工件的自动定位，机内对刀、刀具破损进行监控，对机床与工件精度进行检测和补偿等功能。数控机床为达到高精度、高效率、高自动化程度，其机械结构应具有以下特点。返回下一页上一页5.1数控机床机械结构概述1.高刚度因为数控机床要在高速和重载下工作，所以机床的床身、主轴、立柱、工作台和刀架等主要部件，均需具有很高的刚度，在工作中应无变形或振动。例如，床身应合理布置加强肋，能承受重载与重切削力;工作台与滑板应具有足够的刚度，能承受工件重量并使工作平稳;主轴在高速下运转，应能承受较大的径向扭矩和轴向推力;立柱在床身上移动，应平稳且能承受较大的切削力;刀架在切削加工中应十分平稳且无振动。2.高灵敏性数控机床工作时，要求精度比通用机床高，因而运动部件应具有高灵敏度。导轨部件通常用贴塑导轨、静压导轨和滚动导轨等，以减少摩擦力，在低速运动时无爬行现象。工作台的移动，由直流或交流伺服电动机驭动，经滚珠丝杠或静压返回下一页上一页5.1数控机床机械结构概述丝杠传动。主轴既要在高刚度和高速下回转，又要具有高灵敏度，因而多采用滚动轴承或静压轴承。3.高抗振性数控机床的运动部件，除了应具有高刚度、高灵敏度外，还应具有高抗振性，在高速重载下应无振动，以保证加工工件的高精度和高表面质量。4.热变形小机床的主轴、工作台、刀架等运动部件，在运动中易产生热量，为保证部件的运动精度，要求各运动部件的发热量少，以防止产生热变形。因此，立柱一般采用双壁框式结构，在提高刚度的同时，使零件结构对称，防止因热变形而产生倾斜偏移。返回下一页上一页5.1数控机床机械结构概述为使主轴在高速运动中产生的热量少，通常采用恒温冷却装置。为减少电动机运转发热的影响，在电动机上安装有散热装置或热管消热装置。5.高精度保持性为了保证数控机床长期具有稳定的加工精度，要求数控机床具有较高的精度保持性。除了各有关零件要正确选材外，还要求采取一些工艺措施，如淬火和磨削导轨、粘贴耐磨塑料导轨等，以提高运动部件的耐磨性。6.高可靠性数控机床在自动或半自动条件下工作，尤其是在柔性制造系统中的数控机床，在24h运转中无人看管，因此要求机床具有极高的可靠性。除一些运动部件和电气、液压系统应保证不出故障外，特别是动作频繁的刀库、换刀机构、工作台交换装置等部件，必须保证长期可靠地工作。返回下一页上一页5.1数控机床机械结构概述7.高性能刀具数控机床要能充分发挥效能，实现高精度、高效率、高自动化，除了机床本身应满足上述要求外，刀具也必须先进，具有高耐用度。现代数控机床的发展趋势是高精度、高效率、高自动化程度，以及智能化、网络化。因此，数控机床的主要部件，如主轴、工作台、导轨、刀库、机械手、传动系统等，都应符合上述要求。返回下一页上一页5.2数控机床机械故障诊断方法5.2.1数控机床机械故障的类型数控机床是典型的机电一体化切削加工自动化设备。在切削加工过程中，各功能部分的执行部件需完成各种动作，如移动、转动、夹紧、松开、变速、换刀等。机床工作时，各项功能相互配合;发生故障时，各功能部件互相牵连锅合。故障现象和故障原因并非简单的一一对应关系，可能一种故障现象是由儿种不同原因引起的，或一种原因引起儿种故障，即大部分故障是以综合故障形式出现的，这就给故障诊断及排除带来很大的困难。一般说来，数控机床机械故障可划分为如下儿种类型。1.功能性故障这主要指工件加工精度方面的故障，表现为加工精度不稳定、加工误差大、运方向误差大、工件表面粗糙。返回下一页上一页5.2数控机床机械故障诊断方法2.动作型故障这主要指机床各执行部件动作故障，如主轴不转动、液压变速不灵活、工件或刀具夹不紧或松不开、刀架或刀库转位定位不太准确等。3.结构型故障这主要指主轴发热、主轴箱噪声大、切削时产生振动等。4.使用型故障这主要指由于使用和操作不当引起的故障，如由于过载引起的机件损坏，或撞车等。返回下一页上一页5.2数控机床机械故障诊断方法在机械故障发生以前，可以通过精心维护保养来延长机件的寿命。当故障发生以后，对于一般轻微的故障，可以采用调整法来解决，如调整配合间隙、供油量、液(气)压力、流量、轴承及滚珠}}r杠的预紧力等。对于已磨损、损坏或丧失功能的零部件，则通过修复或更换的办法来排除故障。5.2.2数控机床机械故障诊断的基本环节一个完整的数控机床机械故障诊断过程一般由以下儿个基本环节组成。1.确定监测的内容要求确定合适的监测方式(包括合适的传感装置及人的感觉器官等)，在机械系统中找到合适的监测部位，以及确定监测参数等。监测的具体内容主要取决于机床故障形式，同时也要考虑被监测对象的结构、工作环境等因素以及现有的测试条件，这是整个诊断工作的基础。返回下一页上一页5.2数控机床机械故障诊断方法2.建立测试系统根据监测的内容与要求选取合适的传感器及配套设施组成测试系统，对机械系统提取故障诊断所需的信息，主要有振动、噪声、光、温度、压力、电参数、表面形貌、污染物和润滑情况等。3.特征提取对测试系统获取的信号进行加工，如滤波、异常数据的剔除以及用各种分析算法处理等，其主要日的是从有限的信号中尽可能多地获取被诊断对象状态的信息，即进行有效的状态特征提取，这是故障诊断过程的关键环节之一，也是机械故障诊断的核心。返回下一页上一页5.2数控机床机械故障诊断方法4.状态识别、趋势分析、制定决策这是诊断工作的最后一个环节，也是机械故障诊断的最终日的。维修人员采用合适的状态识别方法和装置，对所提取的状态特征进行推理判断，从而分辨出机械系统的状态性质是正常状态还是异常状态。然后采取合适的状态趋势分析方法，对被诊断对象进行来发展趋势预测，即故障预测。最后采用合适的决策方法，根据机械系统的有关状态趋势及故障初始原因，形成正确的决策，即作出调整、控制、维修等决策。5.2.3数控机床机械故障诊断方法机床在运行过程中，机械零件受到力、热、摩擦以及磨损等多种因素的作用，运行状态不断变化，一旦发生故障，往往会导致严重后果。因此，必须在机床运行过程中，对机床的运行状态进行监测，及时进行判断并采取相应措施。运行状态出现返回下一页上一页5.2数控机床机械故障诊断方法异常时，必须停机检修或停止使用，这样才能提高机床运行的可靠性，并进一步提高机床的利用率。数控机床机械故障诊断包括机床运行状态的监视、识别和预测3个方面的内容。通过对数控机床机械装置的某些特征参数，如振动、噪声、温度等数据进行监测和测定，并将测定值与规定的正常值进行比较，可以判断机械装置的工作状态是否正常。若对机械装置进行连续或定期监测，还可获得机械装置状态变化的趋势性规律，从而对机械装置的运行状态进行预测和预报。当然，要做到这一点，需要具备丰富的实践经验和必要的测试技术和测试设备。数控机床的诊断技术可以分为实用诊断技术和现代诊断技术两种。数控机床机械系统故障诊断的方法如表5-1所示。返回下一页上一页5.2数控机床机械故障诊断方法1.实用诊断技术的应用由维修人员的感觉器官对机床进行问、看、听、触、嗅等的诊断，即通过对数控机床形貌、声音、温度、颜色和气味的变化来诊断其故障的方法称为“实用诊断法”。(1)问通过询问操作者机床故障发生的经过，通常应询问下列情况。①机床启动及运行时有哪些异常现象。②弄清故障是突发的，还是渐发的。③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。④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。返回下一页上一页5.2数控机床机械故障诊断方法⑤润滑油品牌号是否符合规定，用量是否适当;机床何时进行过保养检修等。(2)看①看主动系统速度的变化。例如，观察带传动的线速度变慢，可能是传动带过松或负荷过大;检查主传动系统中的齿轮，主要看它是否跳动、摆动;检查传动轴是否弯曲或晃动。②看变形，主要观察机床的传动轴、滚珠丝杠是否变形;直径大的带轮和齿轮的端面是否跳动。③看伤痕，机床零部件碰伤损坏部位很容易发现，若发现裂纹时，应作一记号，隔一段时间后再比较它的变化情况，以便进行综合分析。返回下一页上一页5.2数控机床机械故障诊断方法④看工件，从工件来判别机床。例如，车削后的工件表面粗糙度数值大，主要是由于主轴与轴承之间的间隙过大，或溜板、刀架等压板楔铁有松动以及滚珠丝杠预紧松动等原因所致。如果磨削后的表面粗糙度数值大，主要是由于主轴或砂轮动平衡差，机床出现共振以及工作台爬行等原因所引起的。若工件表面出现波纹，则看波纹数是否与机床主轴传动齿轮的齿数相等，如果相等，则表明主轴齿轮啮合不良是故障的主要原因。⑤看颜色，如果机床转动部位，特别是主轴和轴承运转有故障，就会发热。长时间升温会使机床外表颜色发生变化，大多呈黄色。油箱里的油也会因温升过高而变稀，颜色变样;但有时也会因久不换油、杂质过多或油变质而变成深墨色。⑥看油箱与冷却箱，主要观察油或冷却液是否变质，确定其能否继续使用。返回下一页上一页5.2数控机床机械故障诊断方法(3)听通过听判别机床运转是否正常。一般运行正常的机床，其声响具有一定的音律和节奏，并保持持续的稳定。机械运动发出的正常声响大致可归纳为以下儿种。①通常作旋转运动的机件，处于运转区间较小或处于封闭系统时，多发出平静的“嘤嘤”声;如在非封闭系统或运行区较大时，多发出较大的蜂鸣声;而各种大型机床则产生低沉而震动声浪很大的轰隆声。②在低速正常运行的齿轮副一般无明显的声响;而链轮和齿条传动副一般发出平稳的“唧唧”声;直线往复运动的机件，一般发出周期性的“咯噔”声;常见的凸轮顶杆机构、曲柄连杆机构和摆动摇杆机构等，通常都发出周期性的“嘀嗒”声;多数轴承副一般无明显的声响，借助传感器(通常用金属杆或螺钉旋具及医用听诊器)可听到较为清晰的“嘤嘤”声。返回下一页上一页5.2数控机床机械故障诊断方法③各种介质的传输设备产生的输送声，通常随传输介质的特性而异。例如，气体介质多为“呼呼”声;流体介质为“哗哗”声;固体介质发出“沙沙”声或“呵罗呵罗”声响。④掌握正常声响及其变化，并与故障时的声音相对比，是“听觉诊断”的关键。下面介绍儿种出现故障时容易出现的异声。.摩擦声，声音尖锐而短促，常常是两个接触面相对运动的研磨。轴承及传动丝杠副之间缺少润滑油，均会产生这种异声。.泄漏声，声小而长，连续不断，如漏风、漏气和漏液等。.冲击声，声音低而沉闷，如气缸内的间断冲击声，一般是由于螺栓松动或内部有其他异物碰击。除以上声响外，对于怀疑有裂纹的零件，通常用手锤轻轻敲击来鉴别零件是否缺损。有裂纹的零件敲击后发出的声音就不那么清脆。返回下一页上一页5.2数控机床机械故障诊断方法(4)触用手的触觉去感觉机床来判别机床的故障，通常能获得以下儿方面的信息。①温升，人的手指触觉对温升是很灵敏的，能可靠地判断各种异常的温升，其误差可准确到3℃一5℃。根据经验，当机床温度在0℃左右时，手指感觉冰凉，长时间触摸会产生让人无法忍受的刺骨痛感;10℃左右时，手感觉较凉，但可忍受;20℃左右时，手感到稍凉，随着接触时间延长，手感潮湿;30℃左右时，手感微温有舒适感;40℃左右时，手感如触摸高烧病人;50℃以上时，手感较烫，触摸时间较长掌心有汗感;60℃左右时，手感很烫，但可忍受lOs左右;70℃左右时，手有灼痛感，且手的接触部位很快出现红色;80℃以上时，瞬时接触手感觉“麻辣火烧”，时间过长会烫伤手指。为了返回下一页上一页5.2数控机床机械故障诊断方法防止手指烫伤，应注意手的触摸方法，一般先用右手并拢的食指、中指和无名指指背中节部位慢慢接近后轻轻触及机件表面，如温度过高在手指接近时就能感知不适的热浪，断定对皮肤无损害后，才可用手指肚或手掌触摸。②振动，轻微振动可用手鉴别，至于振动的大小，通过用一只手去同时触摸其他固定基点便可以比较出振动的大小。③伤痕和波纹，用手指去摸可很容易地感觉出来肉眼看不清的伤痕和波纹，触摸的方法是:对圆形零件要分别沿切向和轴向分别去摸;对平面零件则要左右、前后均匀地去摸。触摸时不能用力太大，只需轻轻把手指放在被检查面上接触便可。④爬行，用手摸可直观地感觉出爬行现象，造成爬行的原因很多，常见的是润滑油不足或选择不当、活塞密封过紧或磨损造成机械摩擦阻力过大、液压系统混入空气或压力不足等。返回下一页上一页5.2数控机床机械故障诊断方法⑤松紧度，用手转动主轴或摇动手轮即可感到接触部位的松紧度是否均匀适当，从而可判断出这些部位是否完好可用。(5)嗅当剧烈摩擦或电器元件绝缘破损短路发生时，使附着的油脂或其他可燃物质发生氧化蒸发或燃烧产生油烟气、焦蝴气等异味，通过嗅觉诊断可比较准确地判断故障。上述实用诊断技术的主要诊断方法，实用简便且相当有效。2.现代诊断技术的应用现代诊断技术是借助于诊断仪器和数据处理对机械装置的故障原因、部位和故障的严重程行定性和定量的分析。它包括油液光谱分析、振动监测、噪声分析、温度监测、非破坏性裂纹监测(无损探伤)等方法。返回下一页上一页5.2数控机床机械故障诊断方法①油液光谱分析。通过使用原子吸收光谱仪对进入润滑油或液压油中磨损的各种金属微粒和外来沙粒、尘埃等残余物进行形状、大小化学成分和浓度分析，判断磨损状态、激励和严重程度，从而有效掌握零件的磨损情况。②振动监测。通过安装在机床某些特征点上的传感器，利用振动计巡回检测，测量机床上某些特征点的总振级大小，如位移、速度、加速度和幅频特征等，在机床运行过程中获取信号，对信号做各种处理和分析。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，或对故障进行预测和监测。但是要注意首先应进行强度测定，确认有异常时，再做定量分析。该方法具有实用可靠、判断准确的特点。返回下一页上一页5.2数控机床机械故障诊断方法③噪声谱分析。用噪声测量计、声波计对机床齿轮、轴承运行中的噪声信号频谱的变化规律进行深入分析，识别和判断齿轮、轴承磨损时的故障状态，可做到非接触式测量，但要减少环境噪声干扰。要注意首先应进行强度测定，确认有异常时，再做定量分析。④故障诊断专家系统。将诊断所必需的知识、经验和规则等信息编成计算机可以利用的知识库，建立具有一定智能的专家系统。这种系统能对机器状态做常规诊断，解决常见的各种问题，并可自行修正和扩充已有的知识库，不断提高诊断水平。返回下一页上一页5.2数控机床机械故障诊断方法⑤温度监测。用于机床运行中发热异常的检测，利用各种测温热电偶探头，测量轴承轴瓦、电动机和齿轮箱等装置的表面温度，具有快速、准确、方便的特点。或采用温度计、热电偶、测量贴片、热敏涂料直接接触轴承、电动机、齿轮箱等装置的表面进行测量。⑥非破坏性监测。通过磁性探伤法、超声波法、电阻法、声发射法等观察零件内部机体的裂纹缺陷。测量不同性质材料的裂纹应采用不同的方法。一般情况下都采用实用诊断技术来诊断机床的实时状态，只有对那些在实际诊断中提出疑难问题的机床才进行下一步的诊断，综合应用诊断技术才最为经济有效。返回下一页上一页5.3主轴部件维修与调试机床主运动系统主要包括主轴箱、主轴部件、调速主轴电动机。主轴部件在主轴箱内，由主轴、主轴轴承、工件或刀具自动松夹机构(对于加工中心还有主轴定向准停机构)等组成。对于标准型数控机床，主轴箱内还有齿轮或带轮组成的自动变速机构，与无级调速的主轴伺服电动机配合，以达到扩大变速范围的日的。本节主要针对主轴部件的维修进行详细介绍。5.3.1主轴部件的结构主轴部件是机床的关键部件，它包括主轴的支承、安装在主轴上的传动零件等。主轴部件的结构及工作性能直接影响被加工零件的精度、加工质量和生产率以及刀具的寿命。无论哪种机床的主轴部件都应当能满足下述儿个方面的要求:主轴的回转精度，主轴部件的结构刚度和抗振性，运转温度和返回下一页上一页5.3主轴部件维修与调试热稳定性，以及部件的耐磨性和精度保持性等。对于数控机床尤其是自动换刀数控机床，为了实现刀具在主轴上的自动装卸与夹持，还必须有刀具的自动夹紧装置、主轴准停装置和主轴孔的清理装置等结构。数控机床主轴部件的典型结构如图5-1所示。轴端部的结构是标准化的，采用7:24的锥孔，用于装夹刀具或刀杆。主轴端部还有一端面键，用于传递转矩，兼作刀具定位。主轴是空心的，用于安装自动换刀需要的夹紧装置。数控机床主轴前后轴承类型和配置的选择取决于数控机床加工对主轴部件精度、刚度和转速的要求。主轴轴承一般由2个或3个角接触球轴承组成，或用角接触轴承与圆柱滚子轴承组合，这种轴承经过预紧后可得到较高的刚度。常用主轴轴承的配置形式主要有以下三种，如图5-2所示。返回下一页上一页5.3主轴部件维修与调试①前支承采用双列短圆柱滚子轴承和60。角接触双列向心推力球轴承组合，后支承采用成对向心推力球轴承，如图5-2(a)所示。此配置可提高主轴的综合刚度，满足强力切削的要求。②前支承采用双列(三列)高精度向心推力球轴承，后支承采用单列向心推力球轴承，如图5-2(b)所示。向心推力轴承有良好的高速性，但它的承载能力小。此配置适用于高速、轻载、精密的数控机床主轴。③前后支承采用双列和单列圆锥滚子轴承，如图5-2(c)所示，这种轴承径向和轴向刚度高，能承受重载荷，尤其是可承受较强的动载荷。其安装、调整性能好，但限制了主轴转速和精度，适用于中等精度、低速、重载的数控机床主轴。返回下一页上一页5.3主轴部件维修与调试数控机床为了完成ATC(刀具自动交换)的动作过程，必须设置主轴准停机构。由于刀具装在主轴上，切削时切削转矩不可能仅靠锥孔的摩擦力来传递，因此在主轴前端设置一个突键，当刀具装入主轴时，刀柄上的键槽必须与突键对准，才能顺利换刀。为此，主轴必须准确地停在某固定的角度上。由此可知，主轴准停是实现ATC过程的重要环节。通常主轴准停机构有两种方式，即机械式与电气式。机械方式采用机械凸轮机构或光电盘方式进行粗定位，然后由一个液动或气动的定位销插入主轴上的销孔或销槽实现精确定位，完成换刀后定位销退出，主轴才开始旋转。采用这种传统方法定位，结构复杂，在早期数控机床上使用较多。返回下一页上一页5.3主轴部件维修与调试现代数控机床采用电气方式定位较多。电气方式定位一般有以下两种方式。一种是用磁性传感器检测定位，这种方式如图5-3所示，在主轴上安装一个发磁体与主轴一起旋转，在距离发磁体旋转外轨迹1一2mm处固定一个磁传感器，它经过放大器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。另一种是用位置编码器检测定位，这种方法是通过主轴电动机内置安装的位置编码器或在机床主轴箱上安装一个与主轴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。返回下一页上一页5.3主轴部件维修与调试5.3.2主轴部件的维护1.主轴润滑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。用液压泵供油强力润滑，在油箱中使用油温控制器控制油液温度。近年来，有些数控机床主轴轴承采用了高级油脂封放方式润滑，每加一次油脂可以使用7-10年，这简化了结构，降低了成本且维护简单。润滑脂的填充量不能过多，不能把轴承的空间填满，否则将引起过高的发热，并使润滑脂熔化流出，就会适得其反。高速主轴轴承润滑的填充量约为轴承空间的1/3左右。精密主轴轴承填充润滑脂时应该用注射针管注入，使滚道和每个滚动体都粘上润滑脂。不能用手指涂，因为手有汗，会腐蚀轴承。使用前最好把润滑脂薄薄地涂在洁净的玻璃上，检查其中是否混入杂质。返回下一页上一页5.3主轴部件维修与调试在使用中需防止润滑油和油脂润滑混合，因此通常用迷宫式密封方式。为了适应主轴转速向更高速化发展的需要，新的润滑冷却方式相继被开发出来，如油气润滑和喷注润滑。这些新型润滑冷却方式不仅能减少轴承温升，还能减少轴承内外圈的温差，以保证主轴热变形小。(1)油气润滑方式这种润滑方式近似于油雾润滑方式，所不同的是，油气润滑是定时定量地把油雾送进轴承空隙中，这样既实现了润滑，又不致因油雾太多而污染周围空气，后者则是连续供给油雾。返回下一页上一页5.3主轴部件维修与调试(2)喷注润滑方式将较大流量的恒温油(每个轴承3一4L/min喷注到主轴轴承，以达到润滑、冷却的日的。这里要特别指出的是，较大流量喷注的油，不是自然回流，而是用排油泵强制排油，同时，采用专用高精度大容量恒温油箱，把油温变动控制在士5℃.2.主轴密封在密封件中，被密封的介质往往是以穿漏、渗透或扩散的形式越界泄漏到密封连接处的另外一侧。造成泄漏的基本原因是流体从密封面上的间隙中溢出，或是由于密封部件内外两侧介质的压力差或浓度差，致使流体向压力或浓度低的一侧流动。返回下一页上一页5.3主轴部件维修与调试图5-4所示为卧式加工中心主轴前支承的密封结构。卧式加工中心主轴前支承处采用的是双层小间隙密封装置。主轴前端车出两组锯齿形护油槽，在法共盘4和5上开沟槽及泄漏孔，喷入轴承2内的油液流出后被法共盘4内壁挡住，并经其下部的泄油孔9和套筒3上的回油斜孔8流回油箱。少量油液沿主轴6流出时，经过主轴护油槽在离心力的作用下被甩至法共盘4的沟槽内，经回油斜孔8重新流回油箱，达到防止润滑介质泄漏的日的。当外部切削液、切屑及灰尘等沿主轴6与法共盘5之间的间隙进入时，经法共盘5的沟槽由泄漏孔7排出，少量的切削液、切屑及灰尘进入主轴前锯齿沟槽，在主轴6高速旋转的离心力作用下仍被甩至法共盘5的沟槽内由泄漏孔7排出，达到主轴端部密封的日的。返回下一页上一页5.3主轴部件维修与调试必须保证法“今盘4和5与主轴及轴承端面的配合间隙。①法兰盘4与主轴6的配合间隙应控制在0.1-0.2mm(单边)范围内。如果间隙偏大，则泄漏量将按间隙的三次方扩大;若间隙过小，由于加工及安装误差，容易与主轴局部接触使主轴局部升温并产生噪声。②法兰盘4内端面与轴承端面的间隙应控制在0.15-0.3mm之间。小间隙可使压力油直接被挡住并沿法“今盘4内端面下部的泄油孔9经回油斜孔8流回油箱。③法兰盘5与主轴的配合间隙应控制在0.15-0.25mm(单边)范围内。间隙进入主轴6内的切削液及杂物会显著增多，间隙太小，则易与主轴接触。法_盘5沟槽深度应大于10mm(单边)，泄漏孔7应大于6mm，并位于主轴下端靠近沟槽内壁处。返回下一页上一页5.3主轴部件维修与调试④法兰盘4的沟槽深度大于12mm(单边)，主轴上的锯齿尖而深，一般在5-8mm范围内，以确保具有足够的甩油空间。法铸盘4处的主轴锯齿向后倾斜，法兰盘5处的主轴锯齿向前倾斜。⑤法兰盘4上的沟槽与主轴6上的护油槽对齐，以保证被主轴甩至法兰盘沟槽内腔的油液能可靠地流回油箱。⑥套筒前端的回油斜孔8及法兰盘4的泄油孔9的流量为进油孔的2-3倍，以保证压力，使油能顺利地流回油箱。这种主轴前端密封结构也适用于普通卧式车床的主轴前端密封。在油脂润滑状态下使用该密封结构时，取消了法兰盘泄油孔及回油斜孔，并且有关配合间隙适当放大，经正确加工及装配后同样可达到较为理想的密封效果。返回下一页上一页5.3主轴部件维修与调试3.工件或刀具自动松夹机构工件或刀具自动松夹机构用碟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10kN以上。松刀时通过液压缸活塞推动拉杆来压紧碟形弹簧，使夹头张开，夹头与刀柄上的拉钉脱离，刀具即可拔出，进行新、旧刀具的交换。新刀装入后，液压缸活塞后移，新刀具又被碟形弹簧拉紧。在活塞拉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，以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面划伤，同时保证了刀具的位置正确。主轴锥孔的清洁十分重要。5.3.3主轴部件的常见故障维修表5-2所示为主轴部件的常见故障及其诊断维修。返回下一页上一页5.3主轴部件维修与调试【例5-1】CK6140车床运行在1200r/min时，主轴噪声变大。故障分析与检查:CK6140车床采用的是齿轮变速传动。一般来讲主轴产生噪声的噪声源主要有:齿轮在啮合时的冲击和摩擦产生的噪声;主轴润滑油箱的油不到位产生的噪声;主轴轴承不良引起的噪声。将主轴箱上盖的固定螺钉松开，卸下上盖，发现油箱的油在正常水平。检查该挡位的齿轮及变速用的拨叉，查看齿轮有没有毛刺及啮合硬点，结果正常，拨叉上的铜块没有摩擦痕迹，且移动灵活。在排除以上故障后，卸下皮带轮及卜盘，松开前后锁紧螺母，卸下主轴，检查主轴轴承，发现轴承的外环滚道表面上有一个细小的凹坑碰伤。故障处理:更换轴承，重新安装好后，用声级计检测，主轴噪声降到73.5dB.返回下一页上一页5.3主轴部件维修与调试【例5-2】西门子840D系统数控铣床主轴电动机在工作时出现转速不稳，时快时慢。故障分析与检查:这台机床的主轴电动机采用西门子1PH7主轴电动机，使用西门子611D交流数字伺服驭动装置控制。分析主轴转速不稳的原因可有以下儿个方面。①主轴驭动装置的机床数据调整不当，没有进行优化，使主轴驭动装置没有达到最佳工作状态。由于这台机床在出现故障前，主轴工作一直很稳定，因此可以将这种可能性排除。②由于干扰原因引起的，但机床其他部分工作正常，因此这种可能性也不大。返回下一页上一页5.3主轴部件维修与调试③转速反馈回路有问题，即主轴编码器有问题、编码器连接电缆有问题或者主轴伺服控制模块有问题等造成主轴控制环工作不稳定。为此，首先对编码器的电缆连接进行检查，发现编码器电缆插头X413连接松动，导致主轴电动机转速不稳。故障处理:将主轴编码器的电缆连接插头紧固后，机床故障消除，主轴稳定旋转。返回下一页上一页5.4进给传动机构维修与调试数控机床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。数控机床的机械结构较之传统机床已大为简化，大部分是由进给伺服电机经过联轴器与滚珠丝杠直接相连，只有少数早期生产的数控机床，伺服电机还要经过1一2级齿轮或带轮降速再传动丝杠，然后由滚珠丝杠副驭动刀架或工作台运动。进给传动系统的故障直接影响数控机床的正常运行和工件的加工质量，加强对进给传动系统的维护和修理也是一项非常重要的工作。进给传动系统的故障大部分是由于运动质量下降造成的。例如，机械执行部件不能到达规定的位置、运动中断、定位精度下降、反向间隙过大、机械出现爬行、轴承磨损严重、噪声过大、机械摩擦过大等。因此，经常是通过调整各运动副的预紧力、调整松动环节、调整补偿环节等来排除故障，以达到提高运动精度的日的。返回下一页上一页5.4进给传动机构维修与调试5.4.1滚珠丝杠螺母副1.滚珠丝杠螺母副的结构滚珠丝杠螺母副是把由进给电机带动的旋转运动，转化为刀架或工作台的直线运动。在丝杠和螺母上加工有弧形螺旋槽，当它们套装在一起时形成螺旋滚道，并在滚道内装上滚珠。当丝杠对螺母相对旋转时，则螺母产生了轴向位移，而滚珠则沿着滚道滚动。螺母的螺旋槽的两端用回珠器连接起来，使滚珠能够周而复始地循环运动，管道的两端还起到挡珠的作用，以防滚珠从滚道掉出。滚珠丝杠螺母副必须有可靠的轴向消除间隙的机构，并易于调整安装，具体如图5-5所示。返回下一页上一页5.4进给传动机构维修与调试2.滚珠丝杠螺母副的维护(1)轴向间隙的调整数控机床的进给机械传动采用滚珠丝杠将旋转运动转换为直线运动。滚珠丝杠螺母副的轴向间隙，源于两项因素的总和:一是负载时滚珠与滚道型面接触的弹性变形所引起的螺母相对丝杠位移量;二是丝杠与螺母的儿何间隙。丝杠与螺母的轴向间隙是传动中的反向运动死区，它使丝杠在反向转动时螺母产生运动滞后，直接影响进给运动的传动精度。因此，滚珠丝杠螺母副除了对本身单一方向的进给运动精度有要求外，对其轴向间隙也有严格的要求。滚珠丝杠螺母副消除间隙的方法是采用双螺母机构，对其轴向间隙进行调整和预紧，使其轴向间隙达到要求。其基本原理是使丝杠上的两个螺母间产生轴向相对位移，以达到消除间隙和产生预紧力的日的。其结构形式有下述3种。返回下一页上一页5.4进给传动机构维修与调试①双螺母垫片调隙式。如图5-6所示，其结构是通过改变垫片的厚度，使两个螺母间产生轴向位移，从而两螺母分别与丝杠螺纹滚道的左、右侧接触，起到消除间隙和产生预紧力的作用。这种调整垫片结构简单可靠，刚性好，但调整费时，且不能在工作中随意调整。②双螺母螺纹调隙式。如图5-7所示，其结构为利用螺母来实现预紧的结构。两个螺母用平键与外套相连，平键可限制螺母在外套内转动，其中右边的一个螺母外伸部分有螺纹。用两个锁紧螺母1和2能使螺母相对丝杠做轴向移动。这种结构既紧凑，工作又可靠，调整也方便，故应用较广，但调整位移量不易精确控制，因此，预紧力也不能准确控制。返回下一页上一页5.4进给传动机构维修与调试③双螺母齿差调隙式。如图5-8所示，其结构为双螺母齿差调隙式。在两个螺母的凸缘上分别有齿数为Z,,Z:的齿轮，而且Z,与Z:相差一个齿。两个齿轮分别与两端相应的内齿圈相啮合。内齿圈紧固在螺母座上，调整轴向间隙时使齿轮脱开内齿圈，令两个螺母同向转过相同的齿数，然后再合上内齿圈。两螺母间轴向相对位置发生变化，从而实现间隙的调整和施加预紧力。如果其中一个螺母转过一个齿，则其轴向位移量S为

S=P/Z1式中P—丝杠螺距;Z1—齿轮齿数。返回下一页上一页5.4进给传动机构维修与调试两齿轮沿同方向各转过一个齿时，其轴向位移量S为

S=(1/Z1一1/Z2)P式中Z1,Z2—分别为两齿轮齿数;P-丝杠螺距。例如当Z1=99,Z2=100,P=10mm，两齿轮沿同方向各转过一个齿时，S=10/9900mm=1um，即两个螺母间产生了1um的位移。这种调整方式的结构复杂，但调整准确可靠、精度高。返回下一页上一页5.4进给传动机构维修与调试(2)支承轴承的定期检查应定期检查丝杠支承轴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，要及时紧固松动部位并更换支承轴承。(3)滚珠丝杠螺母副的润滑在滚珠丝杠螺母副里加润滑剂可提高其耐磨性和传动效率。润滑剂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，润滑脂可采用锉基润滑脂。润滑脂一般加在螺纹滚道和安装螺母的壳体空间内，而润滑油则经过在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，清洗丝杠上的I日润滑脂，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。返回下一页上一页5.4进给传动机构维修与调试(4)滚珠丝杠螺母副的保护滚珠丝杠螺母副和其他滚动摩擦的传动元件一样，只要避免磨料微粒及化学活性物质进入就可以认为这些元件儿乎是在不产生磨损的情况下工作的。但如在滚道上落入了脏物或使用肮脏的润滑油，不仅会妨碍滚珠的正常运转，而且会使磨损急剧增加。对于制造误差和预紧变形量以微米计的滚珠丝杠传动副来说，这种磨损就特别敏感。因此有效地防护密封和保持润滑油的清洁就显得十分有必要。返回下一页上一页5.4进给传动机构维修与调试通常采用毛毡圈对螺母进行密封，毛毡圈的厚度为螺距的2一3倍，而且内孔做成螺纹的形状，使之紧密地包住丝杠，并装入螺母或套筒两端的槽孔内。密封圈除了采用柔软的毛毡之外，还可以采用耐油橡皮或尼龙材料。由于密封圈和丝杠直接接触，因此防尘效果较好，但也增加了滚珠丝杠螺母副的摩擦阻力矩。为了避免这种摩擦阻力矩，可以采用由较硬质塑料制成的非接触式迷宫密封圈，内孔做成与丝杠螺纹滚道相反的形状，并留一定的间隙。对于暴露在外面的丝杠一般采用螺旋钢带、伸缩套筒、锥形套筒以及折叠式塑料或人造革等形式的防护罩，以防止灰尘和磨粒粘附到丝杠表面。这儿种防护罩与导轨的防护罩有相似之处，一端连接在滚珠螺母的端面，另一端固定在滚珠丝杠的支承座上。近年来还出现了一种钢带缠卷式丝杠防护装置。返回下一页上一页5.4进给传动机构维修与调试5.4.2滚珠丝杠螺母副常见故障维修表5-3所示为滚珠封杠螺母副的常见故障及其诊断维修。5.4.3传动齿轮间隙的消除与调整数控机床进给系统中的减速齿轮除本身要求很高的传动精度和工作平稳性以外，还需尽可能地消除传动齿轮副间的传动间隙。否则，齿侧间隙会造成进给系统反向运动时滞后于指令信号，丢失指令脉冲并产生反向死区，对加工精度影响很大。因此必须采取措施减少或消除齿轮传动间隙。在数控机床上常见的齿轮间隙消除方法有刚性消除方法和弹性消除方法两类。1.刚性消除间隙方法刚性消除间隙的方法有采用偏心调整和垫片调整两种。返回下一页上一页5.4进给传动机构维修与调试(1)偏心套调整法图5-9所示为偏心轴套式调整间隙结构，齿轮1装在偏心轴套2上，可以通过偏心轴套2调整齿轮1和齿轮3之间的中心距来消除齿轮传动副的齿侧间隙。(2)垫片调整法图5-10所示为用一个带有锥度的齿轮来消除直齿轮间隙的结构，一对啮合着的圆柱齿轮，若它们的节圆之间沿着齿厚方向制成一个较小的锥度，只要改变垫片3的厚度就能改变齿轮2和齿轮1的轴向相对位置，从而消除了齿侧间隙。图5-11所示为斜齿轮垫片间隙消除的结构。此时将相啮合斜齿轮中的一个分成两片结构，如图5-11中的3和4,调整垫片2的厚度可使两斜齿轮轴向距离变化，从而分别贴紧在宽斜齿轮1齿间的两侧，消除齿轮间隙。垫片调整法可用于中间传动齿轮。返回下一页上一页5.4进给传动机构维修与调试2.弹性消除间隙方法用刚性方法消除传动齿轮间隙具有结构简单、工作可靠、传动刚度好的优点，但如果调整要求较高，尤其是垫片调整法，如果垫片厚度控制不当，可能会造成间隙消除不完全，或者造成齿轮运行不灵活。此外，刚性方法消除间隙在磨损后不能自动补偿。弹性消除间隙方法则具有调整容易，可以自动补偿因磨损引起的间隙变化的优点。弹性消除间隙方法分为轴向和周向弹簧调整方法两种。(1)轴向弹簧调整消除齿轮间隙图5-12所示为斜齿轮轴向压簧调整法，这种方法与斜齿轮间隙垫片调整法相似，但它采用了轴向弹簧压紧薄斜齿轮的两侧以消除齿轮间隙。弹簧调整法可实现磨损后的自动补偿，但对弹簧力要求较高。弹簧力过低会影响传动刚度，过高则会加速齿轮磨损。返回下一页上一页5.4进给传动机构维修与调试图5-13所示为锥齿轮轴向压簧调整法，锥齿轮1和2相互啮合，其中在装锥齿轮1的传动轴上装有压簧3,锥齿轮1在弹簧力的作用下可稍作轴向移动，从而消除侧隙。弹簧力的大小由螺母4调节。(2)周向弹簧调整结构图5-14所示为直齿轮周向弹簧调整法，两个薄斜齿轮依靠4个弹簧拉紧，分别贴紧在宽斜齿轮齿间的两侧，以消除齿轮传动间隙。此方法用于实现直齿齿轮磨损后的间隙自动补偿。如图5-15所示为锥齿轮周向弹簧调整法，将一对啮合锥齿轮中的一个齿轮做成大小两片1和2，在大片上制有3个圆弧槽，而在小片的端面上制有3个凸爪6,凸爪6伸入大片的圆弧槽中。弹簧4一端顶在凸爪6上，而另一端顶在镶块3上。为了安装的方便，用螺钉5将大小片齿圈相对固定，安装完毕之后将螺钉返回下一页上一页5.4进给传动机构维修与调试卸去，利用弹簧力使大小片锥齿轮稍微错开，从而达到消除侧隙的日的。【例5-3】数控机床产生加工精度不稳的故障。故障分析及检查:产生此类故障机械方面的因素较多，加工精度不稳是由机床的传动误差和刀架的重复定位精度造成的，主要原因以下儿个。①滚珠丝杠轴承螺母松动;②滚珠丝杠轴端与伺服电动机轴的联轴器松动;③滚珠丝杠与外装编码器之间松动;④切削量的选择不合理;⑤电动机本身故障。返回下一页上一页5.4进给传动机构维修与调试故障排除:合理选择切削量，检查滚珠丝杠轴承螺母、滚珠丝杠轴端与伺服电动机轴的联轴器、滚珠丝杠与外装编码器之间是否松动。【例5-4】某加工中心运行时，工作台X轴方向位移过程中产生明显的机械抖动故障，故障发生时系统不报警。故障分析与检查:因为故障发生时系统不报警，观察CRT显示出来的Y轴位移脉冲数字量的速率均匀(通过观察X轴与Z轴位移脉冲数字量的变化速率后得出)，故可排除系统软件参数与硬件控制电路的故障影响。由于故障发生在Y轴方向，因此可采用交换法判断故障部位。通过交换伺服控制单元，故障没有转移，所以判断故障部位应在Y轴伺服电动机与丝杠传动链一侧。为区别电动机故障，可拆卸电动机与滚珠丝杠之间的弹性联轴器，单独通电检查电动机。经检查，电动机运转时返回下一页上一页5.4进给传动机构维修与调试无振动现象，显然故障部位在机械传动部分。脱开弹性联轴器，用扳手转动滚珠丝杠进行触摸检查，通过触摸，感觉到这种抖动故障的存在，且丝杠的全行程范围均有这种异常现象。于是拆下滚珠丝杠进行检查，发现滚珠丝杠轴承损坏。故障处理:换上新的同型号规格的轴承后，故障排除。返回下一页上一页5.5导轨副维修与调试机床导轨是机床基本结构要素之一。从机械结构的角度来说，机床的加工精度和使用寿命在很大程度上取决于机床导轨的质量。数控机床对导轨的要求更高。如高速进给时不振动，低速进给时不爬行，有很高的灵敏度;能在重负载下长期连续工作，耐磨性高，精度保持性好等要求都是数控机床的导轨所必须满足的。5.5.1导轨副的结构日前数控机床使用的导轨主要有3种:塑料滑动导轨、滚动导轨和静压导轨。1.塑料滑动导轨为了提高数控机床的定位精度和运动平稳性，日前在数控机床上已广泛采用塑料滑动导轨。它分为贴塑导轨和注塑导轨两种。返回下一页上一页5.5导轨副维修与调试(1)贴塑导轨近年来国内外已研制了数十种塑料基体的复合材料用于机床导轨，其中比较引入注日的为应用较广的填充PTEE(聚四氟乙烯)软带材料。由于这类导轨软带采用粘接方法，国内习惯上称为贴塑导轨。其结构如图5-16所示。与之相配的导轨副多为铸铁导轨或淬硬钢导轨。这种导轨副能使部件运行平稳，无爬行，定位精度高;无振动，噪声小;磨损小且嵌入性能好，与其配合的金属导轨不会被拉伤;可在原导轨面上进行粘接，不受导轨形式的限制。这种导轨出现的主要故障多为粘接时工艺掌握不好，使软带与导轨基面粘接不牢而造成的，解决起来较为简单。返回下一页上一页5.5导轨副维修与调试(2)注塑导轨以环氧树脂和二硫化钥为基体，加入增塑剂，混合成液状或膏状为一组份，固化剂为另一组份的双组份塑料涂层。由于这类涂层导轨采用涂刮或注入膏状塑料的方法，国内习惯上称之为涂塑导轨或注塑导轨。其结构如图5-17所示。这种导轨在满足数控机床对导轨各项要求的基础上还有一个突出的优点，即具有良好的可加工性，再经车、铣、刨、钻、磨削和刮削。另外这种导轨的使用工艺也很简单，特别是可在调整好固定导轨和运动导轨间的相对位置精度后注入涂料，可节省许多加工工时。特别适用于重型机床和不能用导轨软带的复杂配合面上。这种导轨常出现的故障是由于耐磨涂层材料脆性较大，受冲击载荷或意外碰撞时容易损坏，这一点在使用过程中应特别注意。返回下一页上一页5.5导轨副维修与调试2.滚动导轨现代数控机床常用的滚动导轨有两种，一种是滚动导轨块，另一种是直线滚动导轨。(1)滚动导轨块近代数控机床普遍采用一种做成独立标准部件的滚动导轨支承块，其特点是刚度高，承载能力大，便于拆装，可直接装在任意行程长度的运动部件上。当运动部件移动时，滚柱在支承部件的导轨面与本体之间滚动，同时又绕本体循环滚动，滚柱与运动部件的导轨面并不接触，因而该导轨面不需淬硬磨光。图5-18所示为滚动导轨块结构。返回下一页上一页5.5导轨副维修与调试与之相配的导轨多用镶钢淬硬导轨，在行程较大的数控机床上经常使用。这种滚动导轨使用时较常见的故障，是由于对滚动导轨预紧时，预紧力掌握不当或调整时未达到要求所造成的滚动导轨块在工作过程中出现的噪声过大、振动过大以及与之相配的镶钢淬硬导轨在导轨全长上硬度不均匀而预紧力过大所造成的对导轨面的损伤等。这时，对滚动导轨块的调整预紧就显得非常重要了。为了确保滚动导轨块在工作中不出现上述故障，应十分注意滚动导轨块的安装方法。既能使安装调整方便又可确保导轨工作精度的一种行之有效的方法，是将滚动导轨块紧固在可进行调整的楔块或镶条上，这样只需楔块或镶条留有足够的余量，就能保证滚动导轨安装调整方便且工作精度有保障(可较容易地控制预紧力的大小)。返回下一页上一页5.5导轨副维修与调试(2)直线滚动导轨日前，数控机床常用的滚动导轨为直线滚动导轨，这种导轨的外形和结构如图5-19所示。直线滚动导轨主要由导轨体、滑块、滚柱或滚珠、保持器、端盖等组成。当滑块与导轨体发生相对移动时，滚动体在导轨体和滑块之间的圆弧直槽内滚动，并通过端盖内的滚道，从工作负荷区到非工作负荷区，然后再滚动回工作负荷区不断循环，从而把导轨体和滑块之间的移动变成滚动体的滚动。为防止灰尘和脏物进入导轨滚道，滑块两端及下部均装有塑料密封垫，滑块上还有润滑油杯。返回下一页上一页5.5导轨副维修与调试最近新出现了一种在滑块两端装有自动润滑的滚动导轨，使用时无须配润滑装置。其最突出的优点为无间隙，并能施加预紧力。直线滚动导轨具有自动调整功能，运动精度可达微米级，且能承受任意方向的载荷。这种导轨装配简单方便，有多种型号规格可供选择。只要维修人员在调整时认真细致，使用时注意防护，故障就会很少出现。3.静压导轨静压导轨分为液体静压导轨和气体静压导轨两类。液体静压导轨是将具有一定压力的润滑油，经节流器输入到导轨面上的油腔中，形成承载油膜;使导轨面之间处于纯液体摩擦状态。气体静压导轨是利用恒定压力的空气膜，使运动部件之间形成均匀分离。以得到高精度的运动，摩擦因数小，不易引起发热变形。但是，气体静压导轨会随空气压力波动而使空气膜发生变化，且承载能力小，故常用于负荷不大的场合。返回下一页上一页5.5导轨副维修与调试(1)静压导轨的结构形式静压导轨可分为开式和闭式两种，数控机床上常采用闭式静压导轨。①开式静压导轨。由于开式静压导轨只设置在床身的一边，依靠运动件自重和外载荷保持运动件不从床身上分离，因此只能承受单向载荷，而且承受偏载力矩的能力差。它适用于载荷较均匀，偏载和倾覆力矩小的水平放置的场合。返回下一页上一页5.5导轨副维修与调试图5-20为开式静压导轨的结构示意图。工作时，来自液压泵的压力油，其压力为P0，经节流器压力降至P1，进入导轨的各个油腔内，借油腔内的压力将动导轨浮起，使导轨面间以一层厚度为h0的油膜隔开，油腔中的油不断地穿过各油腔的封油间隙流回油箱，压力降为零。当动导轨受到外载W工作时，使动导轨向下产生一个位移，导轨间隙由h0降为h(h<h0)，使油腔回油阻力增大，油腔中压力也相应增大变为P0,P0>P1，以平衡负载，使导轨仍在纯液体摩擦下工作。返回下一页上一页5.5导轨副维修与调试②闭式静压导轨。闭式静压导轨设置在床身的儿个方向，各方向导轨面上都开有油腔，能限制运动件从床身上分离，因此能承受正、反向载荷，承受偏载荷及颠覆力矩的能力较强，油膜刚度高，可应用于载荷不均匀、偏载大及有正反向载荷的场合。图5-21为闭式液体静压导轨的结构示意图。闭式静压导轨各方向导轨面上都开有油腔，所以闭式导轨具有承受各方向载荷和颠覆力矩的能力，设油腔各处的压强分别为P1、P2、P3、P4、P5、P6，当受颠覆力矩M时，P1、P6处间隙变小，则P1、P6增大，P4、P3处间隙变大，则P4、P3变小，可形成一个与颠覆力矩呈反向的力矩，从而使导轨保持平衡。返回下一页上一页5.5导轨副维修与调试使用闭式恒流静压导轨时较易出现的故障有以下儿种:油液过滤精度不高，有杂质混入，使多头泵受损，导致导轨不能正常工作;静压系统油路被堵塞或不畅，导致最终静压不能建立;静压导轨油膜厚度不均匀导致局部静压不能形成。5.5.2导轨副的维护1.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。间隙调整的方法有以下三种。返回下一页上一页5.5导轨副维修与调试①压板调整间隙。矩形导轨上常用的压板装置形式有修复刮研式、镶条式、垫片式，如图5-22所示。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。图5-22(a)所示的压板结构，如间隙过大，应修磨或刮研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。②镶条调整间隙。常用的镶条有两种，即等厚度镶条和斜镶条。等厚度镶条如图5-23(a)所示，它是一种全长厚度相等、横截面为平行四边形(用于燕尾形导轨)或矩形的平镶条，通过侧面的螺钉调节和螺母锁紧，以其横向位移来调整间隙。由于压紧力作用点因素的影响，在螺钉的着力点有挠曲。斜镶条如图5-23(b)所示，它是一种全长厚度变化的斜镶条及三种用于斜镶条的调节螺钉，以其斜镶条的纵向位移来调整返回下一页上一页5.5导轨副维修与调试间隙。斜镶条在全长上支承，其斜度为1:40或1:100，由于楔形的增压作用会产生过大的横向压力，因此调整时应细心。③压板镶条调整间隙。压板镶条如图5-24所示，T形压板用螺钉固定在运动部件上，运动部件内侧和T形压板之间放置斜镶条，镶条不是在纵向有斜度，而是在高度方面做成倾斜。调整时，借助压板上儿个推拉螺钉，使镶条上下移动，从而调整间隙。三角形导轨的上滑动面能自动补偿，下滑动面的间隙调整和矩形导轨的下压板调整底面间隙的方法相同。圆形导轨的间隙不能调整。(2)滚动导轨的预紧图5-25列举了四种滚动导轨的结构。为了提高滚动导轨的刚度，应对滚动导轨预紧。预紧可提高接触刚度和消除间隙。在立式滚动导轨上，预紧可防止滚动体脱落和歪斜。图返回下一页上一页5.5导轨副维修与调试5-25(b),(c),(d)所示为具有预紧结构的滚动导轨。常见的预紧方法有以下两种。①采用过盈配合。预加载荷大于外载荷，预紧力产生过盈量为2一3mm，过大会使牵引力增加。若运动部件较重，其重力可起到预加载荷的作用，若刚度满足要求，可不施预加载荷。②调整法。通过调整螺钉、斜块或偏心轮进行预紧。图5-25(b),(c),(d)所示为采用调整法预紧滚动导轨的方法。返回下一页上一页5.5导轨副维修与调试(3)导轨的润滑导轨面上进行润滑后，可降低摩擦系数，减少磨损，并且可以防止导轨面锈蚀。导轨常用的润滑剂有润滑油和润滑脂，前者用于滑动导轨，而滚动导轨两种都用。①润滑方法。导轨最简单的润滑方式是人工定期加油或用油杯供油。这种方法简单、成本低，但不可靠，一般用于调节辅助导轨及运动速度低、工作不频繁的滚动导轨。运动速度较高的导轨大都采用润滑泵，以压力油强制润滑。这样不但可连续或间歇供油给导轨进行润滑，而且可利用油的流动冲洗和冷却导轨表面。为实现强制润滑，必须备有专门的供油系统。返回下一页上一页5.5导轨副维修与调试②对润滑油的要求。在工作温度变化时，润滑油钻度变化要小，要有良好的润滑性能和足够的油膜刚度，油中杂质应尽量少且不侵蚀机件。常用的全损耗系统用油有L-AN10,L-AN15,L-AN32,L-AN42,L-AN68，精密机床导轨油L-HG68，汽轮机油L-TSA32,L-TS46等。(4)导轨的防护为了防止切屑、磨粒或切削液散落在导轨面上而引起磨损、擦伤和锈蚀，导轨面上应有可靠的防护装置。常用的刮板式、卷帘式和叠层式防护罩大多用于长导轨上。在机床使用过程中应防止损坏防护罩，对叠层式防护罩应经常用刷子蘸机油清理移动接缝，以避免碰壳现象的发生。返回下一页上一页5.5导轨副维修与调试5.5.3导轨副的常见故障维修表5-4为导轨副的常见故障及其诊断维修。【例5-5】CJK6136运动过程中Z轴出现跟踪误差过大报警。故障分析及检查:该机床采用半闭环控制系统，在Z轴移动时产生跟踪误差报警，在参数检查无误后，对电动机与丝杠的连接等部位进行检查，结果正常。将系统的显示方式设为负载电流显示，在空载时发现电流为额定电流的40%左右，在快速移动时就出现跟踪误差过大报警。用手触摸Z轴电动机，明显感受到电动机发热。检查Z轴导轨上的压板，发现压板与导轨间隙不到0.O1mm。可以判断是由于压板压得太紧而导致摩擦力太大，使得Z轴移动受阻，导致电动机电流过大而发热，快速移动时产生丢步而造成跟踪误差过大报警。返回下一页上一页5.5导轨副维修与调试故障处理:松开压板，使得压板与导轨间的间隙在0.02一0.04mm之间，锁紧紧定螺母，重新运行，机床故障排除。【例5-6】某加工中心采用直线滚动导轨，安装后用扳手转动滚珠丝杠进行触摸检查，发现工作台X轴方向移动过程中产生明显的机械干涉故障，运动阻力很大。故障分析与检查:根据故障现象可以知道，故障显然出现在机械结构部分。于是拆下工作台，首先对滚珠丝杠与导轨的平行度进行检查，检查合格;接着检查两条直线导轨的平行度，发现导轨的平行度严重超差;拆下两条直线导轨，滑板上直线导轨的安装基面的平行度检查合格;再检查直线导轨，发现一条直线导轨的安装基面与其滚道的平行度严重超差(0.5mm)。故障处理:更换合格的直线导轨，正确安装后，机床恢复正常。返回下一页上一页5.6液压、气动系统维修与调试现代数控机床在实现整机的全自动化控制中，除数控系统外，还需要配备液压装置和气动装置来辅助实现整机的自动运行功能。液压、气动系统是现代数控机床的重要组成部分，各种液压、气动元器件在机床工作过程中的状态直接影响到机床的工作状态。因此，液压、气动部件的故障诊断及维护、维修对数控机床的影响是至关重要的。5.6.1液压、气动系统的维护1.液压系统的维护数控机床液压系统的主要驭动对象有液压卜盘、静压导轨、液压拨叉变速液压缸、主轴箱的液压平衡、液压驭动机械手和主轴上的松刀液压缸等。返回下一页上一页5.6液压、气动系统维修与调试(1)液压系统的组成液压装置中由于使用工作压力高的油性介质，因此机构出力大，机械结构更紧凑，动作平稳可靠，易于调节，噪声较小，但要配置液压泵和油箱，当油液渗漏时易污染环境)一个完整的液压系统是由以下儿部分组成的)图5-26为常用的液压系统原理图。①能源部分，包括泵装置和蓄能器，它们能够输出压力油，把原动机的机械能转变为液体的压力能并储存起来。②执行机构部分，是液压油缸、液动机等，它们用来带动运动部件，将液体压力能转变成使工作部件运动的机械能。③控制部分，是各种液压阀，用于控制流体的压力、流量和流动方向，从而控制执行部件的作用力、运动速度和运动方向，也可以用来卸载，实现过载保护等。返回下一页上一页5.6液压、气动系统维修与调试④辅件部分，辅件是系统中除上述3部分以外的所有其他元件，如油箱、压力表、滤油器、管路、管接头、加热器和冷却器等。液压系统中，各种控制阀可采用分散布局，就近安装的原则，分别装在数控机床的有关零部件上，电磁阀上贴有磁铁号码，便于用户维修。为减少液压系统的发热，液压泵采用变量泵。油箱内安装的过滤器，应定期用汽油或超声波振动清洗。(2)液压系统的维护①控制油液污染，保持油液清洁。这是确保液压系统正常工作的重要措施。据统计，液压系统的故障有80%是由于油液污染引发的，油液污染还会加速液压元件的磨损。返回下一页上一页5.6液压、气动系统维修与调试②控制液压系统油液的温升。这是减少能源消耗、提高系统效率的一个重要环节。一台机床的液压系统，若油温变化范围大，其后果是:影响液压泵的吸油能力及容积效率;系统工作不正常，压力、速度不稳定，动作不可靠;液压元件内外泄漏增加，加速油液的氧化变质。③控制液压系统的泄漏。泄漏和吸空是液压系统常见的故障。要控制泄漏，首先要提高液压元件零部件的加工质量和元件的装配质量以及管道系统的安装质量，其次要提高密封件的质量，并注意密封件的安装使用与定期更换，最后是加强日常维护。④防止液压系统振动与噪声。振动影响液压件的性能，使螺钉松动、管接头松脱，从而引起漏油。因此要防止和排除振动现象。返回下一页上一页5.6液压、气动系统维修与调试⑤严格执行日常检查制度。液压系统故障存在着隐蔽性、可变性和难于判断性，因此应对液压系统的工作状态进行检查，把可能产生的故障现象记录在日常检修卜上，并将故障排除在萌芽状态，减少故障的发生。⑥严格执行定期紧固、清洗、过滤和更换制度。液压设备在工作过程中，由于冲击振动、磨损和污染等因素，使管件松动，金属件和密封磨损，因此必须对液压件及油箱等实行定期清洗和维修，对油液、密封件执行定期更换制度。(3)液压系统的点检与定检①各液压阀、液压缸及管接头是否有外漏。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，压力是否稳定。返回下一页上一页5.6液压、气动系统维修与调试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。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。⑩定期对油箱内的油液进行取样化验，检查油液质量，定期过滤或更换油液。⑩定期检查蓄能器的工作性能。⑩定期检查冷却器和加热器的工作性能。⑩定期检查和紧固重要部位的螺钉、螺母、接头和法共螺钉。⑩定期检查更换密封件。返回下一页上一页5.6液压、气动系统维修与调试⑩定期检查清洗或更换液压件。⑩定期检查清洗或更换滤芯。⑩定期检查清洗油箱和管道。2.气动系统的维护数控机床上的气动系统用于主轴锥孔吹气和开关防护门等。气动装置的气源容易获得，机床可以不必再单独配置动力源，装置结构简单，工作介质不污染环境，工作速度快，动作频率高，适合于完成频繁启动的辅助工作，其过载时比较安全，不易发生过载损坏机件等事故。返回下一页上一页5.6液压、气动系统维修与调试(1)气动系统原理图5-27为常用的气动系统原理图。气动系统在数控机床中主要用于对工件、刀具定位面(如主轴锥孔)和交换工作台的自动吹屑，清理定位基准面，安全防护门的开关以及刀具、工件的夹紧、放松等。有些加工中心依靠气液转换装置实现机械手的动作和主轴松刀。气动系统中的分水滤气器应定期放水，分水滤气器和油雾器还应定期清洗。(2)气动系统的维护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。水分会腐蚀管道、阀和气缸;油分会使橡胶、塑料和密封材料变质;粉尘造成阀体动作失灵。选用合适的过滤器，可以清除压缩空气中的杂质。使用过滤器时应及时排除积存的液体，否则，当积存液体接近挡水板时，气流仍可将积存物卷起。返回下一页上一页5.6液压、气动系统维修与调试②保证空气中含有适量的润滑油。大多数气动执行元件和控制元件都要求适度的润滑。如果润滑不良将会发生以下故障。.由于摩擦阻力增大而造成气缸推力不足，阀芯动作失灵;.由于密封材料的磨损而造成空气泄漏;.由于生锈造成元件的损伤及动作失灵。一般采用油雾进行喷雾润滑。油雾器一般安装在过滤器和减压阀之后。油雾器的供油量一般不宜过多，通常每10m3的自由空气供1mL的油量40-50滴)。检查润滑是否良好的一个方法是，找一张清洁的自纸放在换向阀的排气口附近，如果阀在工作3-4个循环后，自纸上只有很轻的斑点，则表明润滑是良好的。返回下一页上一页5.6液压、气动系统维修与调试③保证气动系统的密封性。漏气不仅增加了能量的消耗，也会导致供气压力的下降，甚至造成气动元件工作失常。严重的漏气在气动系统停止运行时，由漏气引起的响声很容易发现;轻微的漏气则应利用仪表，或用涂抹肥皂水的办法进行检查。④保证气动元件中运动零件的灵敏性。从空气压缩机排出的压缩空气，包含有粒度为0.01一0.08m的压缩机油微粒，在排气温度为120℃一220℃的高温下，这些油粒会迅速氧化，氧化后油粒颜色变深，黍占性增大，并逐步由液态固化成油泥。这种微米级以下的颗粒，一般过滤器无法滤除。当它们进入到换向阀后便附着在阀芯上，使阀的灵敏度逐步降低，甚至出现动作失灵。为了清除油污，保证灵敏度，可在气动系统的过滤器之后，安装油雾分离器，将油泥分离出来。此外，定期清洗阀也可以保证阀的灵敏度。返回下一页上一页5.6液压、气动系统维修与调试⑤保证气动装置具有合适的工作压力和运动速度。调节工作压力时，压力表应当工作可靠、读数准确。减压阀与节流阀调节后，必须紧固调压阀盖或锁紧螺母，防止松动。(3)气动系统的点检与定检①管路系统点检。其主要内容是对冷凝水和润滑油的管理。冷凝水的排放，一般应当在气动装置运行之前进行。但是当夜间温度低于0℃时，为防止冷凝水冻结，气动装置运行结束后，就应开启放水阀门排放冷凝水。补充润滑油时，要检查油雾器中油的质量和滴油量是否符合要求。此外，点检还应包括检查供气压力是否正常、有无漏气现象等。②气动元件的定检。其主要内容是彻底处理系统的漏气现象，例如更换密封元件，处理管接头或连接螺钉松动等，定期检验测量仪表、安全阀和压力继电器等。返回下一页上一页5.6液压、气动系统维修与调试气动元件的定检内容如表5-5所示。5.6.2液压、气动系统的常见故障维修1.液压系统的常见故障及其诊断维修表5-6所示为液压系统的常见故障及其诊断维修。2.气动系统的常见故障及其诊断维修表5-7所示为气动系统的常贝故障及其诊断维修。【例5-7】某配套FANUCOTD的数控车床，在开机后发现液压站发出异响，液压卜盘无法正常装夹。故障分析与检查:经检查，发现机床开机启动液压泵后即产生异响，而液压站输出部分无液压油输出，因此，可以断定产生异响的原因处在液压站上，而产生该故障的原因有以下儿种。返回下一页上一页5.6液压、气动系统维修与调试①液压站油箱内液压油太少，导致液压泵因缺油而产生空转。②液压站油箱内液压油由于长久未换，污物进入油中，导致液压油钻度太高而产生异响。③由于液压站输出油管某处堵塞，产生液压冲击，发出异响。④液压泵与液压电动机连接处产生松动而发生异响。⑤液压泵损坏。⑥液压电动机轴承损坏。返回下一页上一页5.6液压、气动系统维修与调试根据上述原因进行检查，发现液压油很干净，油位处于正常位置，而且在液压泵启动后，液压泵出口压力为0。拆下液压泵进行检查，发现液压泵为叶片泵，而叶片泵正常，液压电动机转动正常。于是进一步对液压泵与液压电动机连接的联轴器进行检查，该联轴器采用尼龙齿式联轴器，由于该机床使用的时间较长，液压站的输出压力调得太高，导致联轴器的啮合齿损坏，当液压电动机旋转时，联轴器不能很好地传动转矩，于是产生异响。故障处理:更换联轴器后，故障排除。例5-8】TH5840立式加工中心换刀时，主轴锥孔吹气，把含有铁锈的水分子吹出，并附着在主轴锥孔和刀柄上。故障分析与检查:根据图5-28所示的气动控制原理进行分析，故障产生的原因是压缩空气中含有水分。返回下一页上一页5.6液压、气动系统维修与调试故障处理:采用空气干燥机，使用干燥后的压缩空气，故障就可以排除。如果没有条件，也可在主轴锥孔吹气的管路上进行两次分水过滤，设置自动放水装置，并对气路中的相关零件进行防锈处理，故障即可排除。返回下