数控机床的安装与调试

课后自测 1、请列举出其它几种用于数控机床上的编码器名称。 2、请思考主轴编码器与主轴之间采用1:1的连接传动，为什么？
3、在一个加工程序运行时，运行到第一次出现进给率F的程序段时，程序不往下
运行了，有没有可能是主轴编码器的原因，请分析？
任务三：数控机床性能调试 在安装完数控车床CK6136后，保留原车床的主轴箱部分，依靠变档进行主轴转 速调整。对机床的相应机构进行必要的维护和修调，在检修过程中，导轨磨损严 重，精度不能满足要求，装 为了保证CK6136数控车床能切削螺纹，要求主轴转速和坐标轴进给速度有一定 的比例关系。在主轴旁安装主轴编码器来反馈主轴实际转速，主轴编码器与主轴 之间采用1:1的齿轮连接，把检测到的实际主轴转速经隔离电路以及I/O接口送给 数控系统(CNC)。通过数控系统控制，进给轴电机得到的脉冲数与主轴的转数形
三、进给部件的安装调试
安装X、Z向滚珠丝杠的，在安装过程中保证丝杠与导轨的平行度。Z轴丝杠的安 装与找正：把丝杠螺母屉套在丝杠上，并用螺栓初步连接在滑溜板上，把丝杠前 端装入主轴箱端的轴承座孔内(此时需要用铜锤敲击另一端)。用百分表表针接触 丝杠上的A、B两点找正丝杠与导轨的平行度，百分表表针在丝杠上的测点位置 如图8-8所示。
图8-8 丝杠测点位置
在滑溜板上打孔并攻丝，用螺栓把大托板和滑溜板紧固在一起，拆掉螺栓夹板。 把两个角接触球轴承7207AC和推力球轴承51107安装在丝杠前端，把调心球轴 承1205K+H205安装在尾座端的轴承座内安装X轴丝杠的方法与安装Z轴相同，
不同之处是：使用专制的检验棒代替丝杠，找正时以左侧导轨为基准面检测。
(1)提高传动精度和刚度，消除传动间隙。
(2)减小摩擦阻力。 (3)减小运动部件惯量。 (4)对系统添加适度阻尼，减轻振动影响。 一、滚珠丝杠的型号选择 要求滚珠丝杠的基本额定载荷≥6.31KN，通过参考文献查得，滚珠丝杠的型号为 FD4006-3-P4 950/880，即内循环浮动式双螺母垫片预紧滚珠丝杠副，公称
数控机床调试与维修
主编：张洪强
项目八：数控机床的安装与调试
【学习目标】 （一）专业能力目标 1、能进行数控机床的滚珠丝杠安装；
2、能进行数控机床的编码器安装；
3、能进行数控机床的性能调试； （二）社会能力目标 1. 具有良好的职业道德和敬业精神； 2. 具有较强的责任感； 3．具有团结协作精神； 4．具有良好的心理素质和身体素质；
图8-7车床主轴编码器的安装
为了保证改造后的 CK6136数控车床能切削螺纹，要求主轴转速和坐标轴进给速度 有一定的比例关系，因此，数控系统必须知道主轴的实际转速。在主轴旁安装主轴 编码器来反馈主轴实际转速，主轴编码器与主轴之间采用 1:1的齿轮连接，使其传 动比为1:1，把检测到的实际主轴转速经隔离电路以及 I/O接口送给数控系统 (CNC)。 通过数控系统控制，进给轴电机得到的脉冲数与主轴的转数形成相对应的关系，完
机床，一般都是整机发送，出厂前都已调好，但用户在使用前还需要注意几点：
1、数控机床通电调试前要检查各类接口插座、接线端子、电磁阀和限位开关， 检查电源电序和地线。
2、机床总电源接通后，查看冷却风扇、机床照明、油压气压指示等是否正常。
观察有无漏油现象。为防止万一，应在接通电源的同时，做好按压急停按钮的准 备，以便随时切断电源。 3、通电正常后，检查各基本运动功能：
轴最大负载
抗冲击 抗震动
径向85N轴向50N
980m/s2,6ms，XYZ方向各2次 50m/s2,10~200Hz，XYZ方向各2次
工作寿命
工作温度 防护
MTBF≥30000h（+25℃，2000rpm）
-30℃~100℃ 防火、防尘、防油IP54
为了保证主轴编码器与主轴之间的传动比为1:1。在主轴箱外端找出与主轴同转速 的轴，在其上安装一齿轮A，在编码器的轴上安装一齿轮B，这两个齿轮的参数完 全相同。编码器安装在法兰上，找准使两个齿轮A/B完全啮合的位置后，将法兰的 另一端固定在机床上。安装结构如图8-7所示。
四、滚珠丝杠副轴向间隙的调整
滚珠丝杠副的轴向间隙，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的位移量；二是丝杠与螺母的几何间隙。 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。对轴向间隙进行调整的基本原理是 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目的。 五、轴向间隙调整的方法
经过维修与调试，使主轴达到正常工作的性能要求。
二、导轨副的修磨与调整 普通车床经过长时间的使用，导轨面上已经出现凹凸不平的痕迹，这样会增大托 板
在其表面上滑动时的摩擦力，也不利于滚珠丝杠的找正，需要对导轨面进行维修。
由于导轨磨削比人工刮衍的性价比高，所以选择导轨磨削。在沧州机床有限公司 机加工车间，对导轨进行磨削及处理后，导轨面的精度满足了使用要求。将大托 板与导轨配合，采用“高点法”刮衍大托板与导轨的配合面，以导轨面作为基准 面，通过刮衍，使大托板与导轨配合满足要求。同样，把小托板与大托板的配合 面进行刮衍，并调试镶条的位置，使其满足要求。调试大托板与导轨配合部分的 压板及预紧力，更换了压板及螺栓，使大托板在导轨上滑动时满足运动要求。
1.螺纹调隙式
两个螺母以平键与外套相连，平键可限制螺母在外套内转动，用两个锁紧螺母6 能使螺母相对丝杠做轴向移动，如图8-4所示。这种结构紧凑，调整方便，但调 整位移量不易精确控制，故预紧力不能准确控制。
图8-4螺纹调隙式结构
2.垫片调隙式 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 分别与丝杠螺纹轨道的左、右侧接触，达到消除间隙和产生预紧力的作用， 如图8-5所示。这种结构简单，刚性好，但调整费时，且不能在工作中随意 调整。
直径d0=40mm，公称导程Ph0=6mm，负荷钢球圈数为3圈，精度等级为4级，
额定动载荷为15.1KN。详细参数见表8-1所示。
表8-1 FD4006-3-P4型滚珠丝杠详细参数
二、滚珠丝杠的轴承选择与安装
滚珠丝杠采用一端固定一端铰支的支承形式，前端用两个角接触球轴承和一
个推力球轴承，尾端用一个调心球轴承。前端的角接触球轴承内径为25mm， 型号为7205AC；推力球轴承内径为25mm，型号为51105。尾端的调心球轴 承内径为25mm，型号为1205K+H205。 在安装时，两个角接触球轴承对称安装，采用外圈窄边相背的安装(反装)方式， O1、O2分别为两个轴承的实际支持力作用点，见图8-1所示。
项目
输出波型 输出相 消耗电流 响应频率 载空比 相位差 电源电压 输出电压 最大转速 转动惯量 起动力矩
参数
方波 A、B、Z三相 ≤150mA 0-120kHz 0.5T±0.1T 90°±45° DC5V、DC5-12V、DC12-24V、DC5-24V 高电平VH≥85%Vcc，低电平VL≤0.3V 6000rpm 1×10-6kg •m2 2×10-3N•m
将数控系统与所控制的部件进行连接，主要有与主轴转速检测与制动控制连接， 与坐标轴电机进给驱动控制连接，与刀架装置控制连接，与输入输出接口控制连 接，与辅助装置控制连接，总体框架如图8-9所示。
图8-9 电控系统框图
四、CK6136数控车床调试 数控机床调试的目的是使用数控机床达到出厂时的各项性能指标，检验机床安 装是否稳固，各传动、操纵和控制等系统是否正常和灵敏可靠。对于小型数控
成不同形状、螺距的加工。、
任务小节
本任务主要阐述了主轴转速和坐标轴进给速度的比例关系，为了使数控车床能切削
螺纹，在主轴旁安装主轴编码器来反馈主轴实际转速，编码器把检测到的实际主轴 转速经隔离电路以及I/O接口送给数控系统(CNC)。数控系统控制进给轴电机与主轴 转数的对应比例，完成不同形状、螺距的加工。
图8-1 角接触轴承轴向载荷分布
三、X轴、Z轴装配图 经过安装及调试，最终装配如图8-2、8-3所示：
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1—步进电机 2—联轴器 3—锁紧螺母 4—轴承 5—滚珠丝杠 6—螺母屉 图8-2 Z向进给装配图
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1—步进电机2—联轴器3—锁紧螺母4—轴承5—滚珠丝杠6—螺母屉7—托板 8—床身9—床鞍10—T形板 图8-3 X向进给装配图
成相对应的关系，完成不同形状、螺距的加工。
依据数控机床控制形式，查阅《GSK928TEⅡ车床数控系统说明书》以及主轴编 码器的相关资料，选择无锡市斯贝德科技有限公司生产的主轴编码器，型号为： SF5815-007C-1024-BZ-15L。主要参数如表8-2所示：
表8-2 SF5815编码器技术参数
(1)将状态选择开关放置在JOG模式，将点动速度放在最低档，分别进行各坐标正
反方向的点动操作， 同时按下与点动方向相对应的超程保护开关，验证其保护作 用的可靠性，然后再进行慢速的超程试验，验证超程撞块安装的正确性。 (2)将状态开关置于返参（回零）模式，完成返参操作。 (3)将状态开关置于JOG模式，主轴转速倍率开关放在最低档，进行主轴正反转试 验，观察主轴转情况，然后再逐渐升速到最高转速，观察主轴运转的稳定性。检 查刀架换刀情况。 (4)检查快速倍率和进给倍率开关。 (5)切削精度的检测与调试。切削精度是几何精度与定位精度在切削条件下的一项 综合考核。在此，选用单向加工来检测精度，并对加工过程中的问题进行调试。 车削外圆，选用45钢，直径50mm，切削长度为300mm，切削后圆度误差不得超
（三）方法能力目标
1. 具有通过电教片、网络等现代途径学习和图书查询等自学能力； 2. 具有综合运用知识与技术从事程度较复杂的技术工作的能力。
【相关知识】
任务一：滚珠丝杠的安装与调试 滚珠丝杠是数控机床的主要组成部分，它将进给电动机的旋转运动转化为刀架 （工作台）的直线运动，采用滚珠丝杠螺母副传动，可以有效地提高进给系 统的定位精度和灵敏度，防止爬行。通过滚珠丝杠螺母带动刀架移动，数控 机床进给传动装置的精度、灵敏度和稳定性，将直接影响工件的加工精度， 因此，进给传动系统必须满足下列要求。
图8-6齿差调隙式结构
任务小节
滚珠丝杠是将进给电动机的旋转运动转化为刀架（工作台）的直线运动，可以 有效提高进给系统的定位精度和灵敏度，防止爬行。它的传动的精度、灵 敏度和稳定性，将直接影响工件的加工精度，因此，有一定的条件要求。 滚珠丝杠的型号应能够熟练掌握，根据型号能够清楚滚珠丝杠的特性。滚 珠丝杠采用一端固定一端铰支的支承形式，前端用两个角接触球轴承和一 个推力球轴承，尾端用一个调心球轴承。在安装时，两个角接触球轴承对
称安装，采用外圈窄边相背的安装(反装)方式。对轴向间隙进行调整的基本
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 预紧力的目的。
课后自测 1、简述滚珠丝杠轴向间隙调整的基本原理。 2、请指出型号为FD4006-3-P4 950/880的滚珠丝杠进行间隙调整采用的方法？ 该型号丝杠的公称直径是多少？ 3、滚珠丝杠轴向间隙调整的方法有哪些？
行调试。
一、主传动系统的调试 打开主轴箱上盖，检测主轴箱内齿轮的侧隙及齿厚，发现齿轮传动精度不满足要 求，更换新的传动齿轮。对齿轮与传动轴的配合精度进行检测，齿轮在传动轴上 有间隙，更换了连接键，改善了传动条件。对主轴的噪声情况进行检测并且监视 其发热状态，依据此将主轴上的轴承进行更换，装配时按规定调试预紧力。更换 了主轴箱内的换润滑油管。由于离合及换挡机构工作异常更换离合器及换挡拨叉。
图8-5垫片调隙式结构
3.齿差调隙式 在两个螺母的凸缘上分别有齿数为Z1、Z2的齿轮，且Z1、Z2相差一个齿。在 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，如图8-6所示，从而实现间隙的调整和施加预紧力。如两齿同 向各转过一个齿时，其位移量S=（1/Z1-1/Z2）P，其中P为滚珠丝杠的导程。 这种结构复杂，但调整准确可靠，精度高。