第六章 数控机床常见机械故障及其维修资料

第7章数控机床常见机械故障及其维修

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，本章只能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。

本章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。由于滚珠丝杠副和导轨副时为适应数控机床的特殊要求而特有的，因此对它们的结构及材料性能作了一些介绍，以便读者了解；最后介绍刀库及换刀装置的故障及维修。

7.1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变速这两种方法。

7.1.1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。

7.1.2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。

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。现在许多数控机床的主轴采用高级锂基润滑脂封闭方式润滑，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，但是需要防止润滑油和油脂混合，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。这些新的润滑冷却方式不单要减少轴承温升，还要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的把油雾送进轴承空隙中，这样既实现了油雾润滑，又不至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。需要特别指出的是，较大流量的油，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℃。

2、防泄漏

图7-1所示为卧式

法兰盘4和5上开沟槽及泄漏孔，当喷入轴承2

被法兰盘4内壁挡住，并经过其下部的泄油孔9和套筒3

油斜孔7流回油箱，少量油液沿着主轴6

离心力的作用下被甩至法兰盘4的沟槽内，经过回油斜孔7

流回油箱，达到了润滑介质防泄漏的目的

当外部切削液、切屑及灰尘等沿主轴6与法兰盘5

隙进入时，经法兰盘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兰盘5的沟槽内由泄油孔7排出，达到了主轴端部密封的目的。

要使间隙密封结构能在一定的压力和温度范围内具有良好的密封防泄漏性能，必须保证法兰盘4和5与主轴及轴承端面的配合间隙符合如下条件。

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，则泄漏量将按照间隙的3次方扩大；若间隙过小，由于加工及安装的误差，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兰盘4内端面下部的泄油孔9经回油斜孔7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。间隙太大，进入主轴6内的切削液及杂物会显著增多，间隙太小，则容易与主轴接触。法兰盘5沟槽深度应大于10mm（单边），泄漏孔7应大于Φ6mm，并位于主轴下端靠近沟槽内壁处。

④法兰盘4的沟槽深度应大于12mm（单边），主轴上的锯齿尖而深；一般在5～7mm范围内，以确保具有足够的甩油空间。法兰盘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7及法兰盘4的泄油孔9流量为进油孔1的2～3倍，以保证压