常州轻工职业技术学院 数控机床故障诊断及维护课程授课教案 NO:07 授课日期 授课班级03机电33103机电332 课是 数控机床机械结构主要故障诊断方法 授课类型 讲授 课时数 教学 目的 重点 难点 教具 挂图 教学过程 教学方法 及 主要教学内容 的运用 时间分配 1主轴部件 1.1维护特点 数控机床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:它的功率大小与问转速度影响加工 效率:它的自动变速、准停和换刀等影响机床的自动化程度。 此,要求主轴部件具有与本机床上作性能相适府的高回转精度 刚度、抗振性、耐磨性和低的温升。在结构上,必须很好地解决 刀具和工件的装夹、轴承的配置、轴承间隙调整和润滑密封等问 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 般中、小规格的数控机床的主轴部件多采用成组高精度滚动轴 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2000/min的主轴采用磁力轴承或氮化硅材 料的陶瓷滚珠轴承。 1.1.1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 控机床的主轴轴承采用高级油脂封放方式润滑,每加一次油脂可 以使用7-10年,简化了结构,降低了成本且维护保养简单,但 需防止润滑油和油脂组合,通常采用迷宫式密封方式。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开发出 。这些新型润滑冷却方式不单要减少轴承温升,还要减少轴承
1 常州轻工职业技术学院 数控机床故障诊断及维护 课 程 授 课 教 案 NO: 07 授课日期 授课班级 03 机电 331 03 机电 332 课题 数控机床机械结构主要故障诊断方法 授课类型 讲 授 课时数 教 学 目 的 重 点 难 点 教 具 挂 图 教学过程 及 时间分配 主 要 教 学 内 容 教学方法 的运用 1 主轴部件 1.1 维护特点 数控机床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；它的功率大小与问转速度影响加工 效率；它的自动变速、准停和换刀等影响机床的自动化程度。因 此，要求主轴部件具有与本机床上作性能相适府的高回转精度、 刚度、抗振性、耐磨性和低的温升。在结构上，必须很好地解决 刀具和工件的装夹、轴承的配置、轴承间隙调整和润滑密封等问 题。 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。 1.1.1 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 控机床的主轴轴承采用高级油脂封放方式润滑，每加一次油脂可 以使用 7—10 年，简化了结构，降低了成本且维护保养简单，但 需防止润滑油和油脂组合，通常采用迷宫式密封方式。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开发出 来。这些新型润滑冷却方式不单要减少轴承温升，还要减少轴承
内外围的温差.以保证主轴热变形小 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 实现了油雾润滑,又不致于油雾太多而污染周围空气:后者则是 连续供给油雾。 (2)喷注润滑方式它用较大流量的恒温油(每个轴承3-4L/ min)喷注到主轴轴承,以达到润滑、冷却的目的。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、油温变动控制在 ±0.5℃ 112防泄漏 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彼侧。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密封介质的 压力差或浓度差,致使流体向压力或浓度低的一侧流动。图3-6 为卧式加工中心主轴前支承的密封结构。 图3-6主轴前支承的密封结构 1一进油口2一轴承3一套筒4、5一法兰盘 6—主轴7—泄漏孔8一回油斜孔9一泄油孔 这种主轴前端密封结构也适合于普通卧式车床的主轴前端密 封;在油脂润滑状态下使用浓密封结构时,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。 2
2 内外围的温差．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 实现了油雾润滑，又不致于油雾太多而污染周围空气；后者则是 连续供给油雾。 (2)喷注润滑方式 它用较大流量的恒温油(每个轴承 3--4L／ min)喷注到主轴轴承，以达到润滑、冷却的目的。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、油温变动控制在 ±0.5℃。 1.1.2 防泄漏 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彼侧。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密封介质的 压力差或浓度差，致使流体向压力或浓度低的一侧流动。图 3—6 为卧式加工中心主轴前支承的密封结构。 图 3—6 主轴前支承的密封结构 1 一进油口 2 一轴承 3 一套筒 4、5 一法兰盘 6—主轴 7—泄漏孔 8 一回油斜孔 9 一泄油孔 这种主轴前端密封结构也适合于普通卧式车床的主轴前端密 封；在油脂润滑状态下使用浓密封结构时，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
1.1.3刀具夹紧 在自动换刀机床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1000N以上。松刀时,通过液压 缸活塞推动拉杆来压缩碟形弹簧,使夹头涨开,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。在活塞推动拉杆松 开刀柄的过程中,压缩空气内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,防止主轴锥孔中掉人切屑和灰尘,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。主 轴锥孔的清洁十分重要。 12主传动链的维护 )熟悉数控机床主传动链的结构、性能参数,严禁超性能使 用 2)主传动链出现不正常现象时,应立即停机排除故障 3)操作者应注意观察主轴箱温度,检査主轴润滑恒温油箱, 调节温度范围,使油量充足。 4)使用带传动的主轴系统,需定期观察调整主轴驱动皮带的 松紧程度,防因皮带打滑造成的丢转现象 5)因液压系统平衡主轴箱重量的平衡系统,需定期观察液压 系统的压力表,当油压低于要求值时,要进行补油 6)使用液压拔叉变速的主传动系统,必须在主轴停车后变速 7)使用啮合式电磁离合器变速的主传动系统,离合器必须在 低于1~2r/min的转速下变速: 8)注意保持主轴与刀柄连接部位及刀柄的清洁,防止对主轴 的机械碰撞。 9)每年对主轴润滑恒温油箱中的润滑油更换一次,并清洗过 滤器。 10)每年清理润滑油池底一次,并更换液压泵滤油器。 l〕每天检查主轴润滑恒温油箱,使其油量充足,工作正常 12)防止各种杂质进入润滑油箱,保持油液清洁 13)经常检査轴端及各处密封,防止润滑油液的泄漏 14)刀具夹紧装量长时间使用后,会使活塞杆和拉杆和拉杆之 间的间隙加大,造成拉杆位移量减少,使碟形弹簧张闭伸缩量不 够,影响刀具的夹紧,故需及时调整液压缸活塞的位移量。 15)经常检查压缩空气气压,并调整到标准要求值足够的气 压才能使主轴锥孔中的切屑和灰尘清理彻底。 13主传动链的故障诊断 131主轴发热
3 1.1.3 刀具夹紧 在自动换刀机床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 l0000N 以上。松刀时，通过液压 缸活塞推动拉杆来压缩碟形弹簧，使夹头涨开，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。在活塞推动拉杆松 开刀柄的过程中，压缩空气内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，防止主轴锥孔中掉人切屑和灰尘，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。主 轴锥孔的清洁十分重要。 1.2 主传动链的维护 1)熟悉数控机床主传动链的结构、性能参数，严禁超性能使 用。 2)主传动链出现不正常现象时，应立即停机排除故障 3)操作者应注意观察主轴箱温度，检查主轴润滑恒温油箱， 调节温度范围，使油量充足。 4)使用带传动的主轴系统，需定期观察调整主轴驱动皮带的 松紧程度，防因皮带打滑造成的丢转现象。 5)因液压系统平衡主轴箱重量的平衡系统，需定期观察液压 系统的压力表，当油压低于要求值时，要进行补油。 6)使用液压拔叉变速的主传动系统，必须在主轴停车后变速。 7)使用啮合式电磁离合器变速的主传动系统，离合器必须在 低于 1~2r/min 的转速下变速： 8)注意保持主轴与刀柄连接部位及刀柄的清洁，防止对主轴 的机械碰撞。 9)每年对主轴润滑恒温油箱中的润滑油更换一次，并清洗过 滤器。 10)每年清理润滑油池底一次，并更换液压泵滤油器。 11)每天检查主轴润滑恒温油箱，使其油量充足，工作正常。 12)防止各种杂质进入润滑油箱，保持油液清洁。 13)经常检查轴端及各处密封，防止润滑油液的泄漏。 14)刀具夹紧装量长时间使用后，会使活塞杆和拉杆和拉杆之 间的间隙加大，造成拉杆位移量减少，使碟形弹簧张闭伸缩量不 够，影响刀具的夹紧，故需及时调整液压缸活塞的位移量。 15)经常检查压缩空气气压，并调整到标准要求值 足够的气 压才能使主轴锥孔中的切屑和灰尘清理彻底。 1.3 主传动链的故障诊断 1.3.1 主轴发热
132主轴在强力切削时停转 13.3主轴噪声 134主轴没有润滑油循环或滑油不足 13.5滑油油泄漏 13.6刀具不能夹紧 13.7刀具夹紧后不能松开 2滚珠丝杠螺母副 21滚珠丝杠螺母副的维护 211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轨向位 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。用这种方法预紧消除轴向间隙时,应注意须紧力不宜过 大,预紧力过大会使空载力矩增加,从而降低传动效率,缩短使 用寿命。此外还要消除丝杠安装部分和驱动部分的间隙。常用的 双螺母丝杠消除间隙的方法有:①垫片调隙式。⑦螺纹调隙式 ⑦齿差调隙式 212支承轴承的定期检查 应定期检查丝杠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,要及时紧固松动部位并更换支承轴 213滚珠丝杠副的润滑 润滑剂可提高耐磨性及传动效率。润滑刑可分为润滑油和润 滑脂两大类。润滑油一般为全损耗系统用油:润滑脂可采用理基 润滑脂。润滑脂一般加个螺纹滚道和安装螺母的壳体空间内,而 润滑油则经过壳体卜的油孔注人螺母的空间内: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 214滚珠丝杠的防护 滚珠丝杠副和其他滚动摩擦的传动元件一样,应避免硬质灰 尘或切屑话物进入,因此,必须有防护装置。如滚珠丝杠副在机 床上外露,应采用封闭的防护罩,如采用螺旋弹簧钢带套管、伸
4 1.3.2 主轴在强力切削时停转 1.3.3 主轴噪声 1.3.4 主轴没有润滑油循环或滑油不足 1.3.5 滑油油泄漏 1.3.6 刀具不能夹紧 1.3.7 刀具夹紧后不能松开 2 滚珠丝杠螺母副 2.1 滚珠丝杠螺母副的维护 2.1.1 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轨向位 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。用这种方法预紧消除轴向间隙时，应注意须紧力不宜过 大，预紧力过大会使空载力矩增加，从而降低传动效率，缩短使 用寿命。此外还要消除丝杠安装部分和驱动部分的间隙。常用的 双螺母丝杠消除间隙的方法有：①垫片调隙式。⑦螺纹调隙式。 ⑦齿差调隙式。 2.1.2 支承轴承的定期检查 应定期检查丝杠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，要及时紧固松动部位并更换支承轴 承。 2.1.3 滚珠丝杠副的润滑 润滑剂可提高耐磨性及传动效率。润滑刑可分为润滑油和润 滑脂两大类。润滑油一般为全损耗系统用油；润滑脂可采用理基 润滑脂。润滑脂一般加个螺纹滚道和安装螺母的壳体空间内，而 润滑油则经过壳体卜的油孔注人螺母的空间内：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。 2.1.4 滚珠丝杠的防护 滚珠丝杠副和其他滚动摩擦的传动元件一样，应避免硬质灰 尘或切屑话物进入，因此，必须有防护装置。如滚珠丝杠副在机 床上外露，应采用封闭的防护罩，如采用螺旋弹簧钢带套管、伸
缩套管以及折叠式套管等。安装时将防护罩的一端连接在滚珠螺 母的端面,另一端固定在滚珠丝杠的文承座上。如果处于隐蔽的 位置,则可采用密封圈防护,密封圈装在螺母的两端。接触式的 弹性密封圈系用耐油橡胶或尼龙制成,其内孔做成与丝杠螺纹滚 道相配的形状,接触式密封圈的防尘效果好,但固有接触压力, 使摩擦力矩略有增加。非接触式密封圈又称迷宫式密封圈,它用 硬质塑料制成,其内孔与丝杠螺纹滚道的形状相反,并稍有间 隙,这样可避免摩擦力矩,但防尘效果差。工作中应避免碰击防 护装置,防护装置一有损坏要及时更换。 22滚珠丝杠副的故障诊断 221滚珠丝杠副的噪声 222滚珠丝杠运动不灵活 223滚珠丝杠副润滑状况不良 3导轨副 31导轨副的维护 31.1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。间隙调整的方法行: 压板调整间隙图3-7所示为矩形导轨上常用的几种压 板装置 图37压板调整间隙 8)修复刮研式b)镶条式c)垫片式 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3-7a所示的压板结构,如间隙过大,应 修磨或副硏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)镶条调整间隙图3-8a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
5 缩套管以及折叠式套管等。安装时将防护罩的一端连接在滚珠螺 母的端面，另一端固定在滚珠丝杠的文承座上。如果处于隐蔽的 位置，则可采用密封圈防护，密封圈装在螺母的两端。接触式的 弹性密封圈系用耐油橡胶或尼龙制成，其内孔做成与丝杠螺纹滚 道相配的形状，接触式密封圈的防尘效果好，但固有接触压力， 使摩擦力矩略有增加。非接触式密封圈又称迷宫式密封圈，它用 硬质塑料制成，其内孔与丝杠螺纹滚道的形状相反，并稍有间 隙，这样可避免摩擦力矩，但防尘效果差。工作中应避免碰击防 护装置，防护装置一有损坏要及时更换。 2.2 滚珠丝杠副的故障诊断 2.2.1 滚珠丝杠副的噪声 2.2.2 滚珠丝杠运动不灵活 2.2.3 滚珠丝杠副润滑状况不良 3 导轨副 3.1 导轨副的维护 3.1.1 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。间隙调整的方法行： (1)压板调整间隙 图 3—7 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 3—7a 所示的压板结构，如间隙过大，应 修磨或副研 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 图 3—8a 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