数控机床的常见机械故障与维护
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数控机床的常见机械故障与维护
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【摘 要】数控机床具有智能化高，加工精度高、加工质量稳定、生产效率高等特点。它综合了计算机技术、自动化技术等各个领域的多项技术成果。作为一名合格的机修钳工，能够正确高效的维修数控机床各部件经常出现的机械故障是提高数控机床使用效率的基本保证。&&&&　　【关键词】数控机床；变频调速电动机；电主轴。　　随着社会生产的不断发展,机械设备的故障分析和维修保养逐渐成为具有重要意义的工作。数控机床（见图1）作为机电一体化在机械加工领域中的典型设备,将电子电力、自动化控制、电机、检测、计算机、机床、液压、气动和加工工艺等技术集中于一体,特别适合于加工零件较复杂、精度要求高、产品更新频繁的场合。它的任何部分出现故障,都可能导致加工精度降低,甚至机床停机、生产停顿,从而带来不必要的损失。因此,加强数控机床故障诊断与维修的研究是十分必要的，下面我们先来简要的了解一下什么是数控机床。&&& 　　　　数控机床是用数字信号来控制机械动作的机床的简称，是一种装有程序控制系统的自动化机床。该控制系统能够逻辑地处理具有控制编码或其他符号指令规定的程序，并将其译码，从而使机床动作并加工零件。数控机床一般是由机床主机部分、数控部分、驱动部分、辅助装置部分等几部分组成。与普通车床比，数控机床有以下几个特点:&&&&　　1、加工精度高，加工质量稳定。定位精度为±0.01毫米，重复定位精度为±0.005毫米。适合生产精度要求比较高的高附加值产品。　　2、可以多坐标的联动，能加工形状复杂的零件。比如活塞的燃烧室部位、气门部位等。　　3、因为机床本身的精度高、刚性大,所以可以选择有利的加工用量，大大的提高了生产效率。　　4、机床自动化程度高，可以减轻员工的劳动强度，并可实现一人多机操作。　　5、对使用人员的素质要求比较高，对维修人员的技术要求更高。&&&&　　近年来，随着我公司市场需求的不断扩大以及生产产品技术含量的提高，公司大批引进、制造并应用了众多的数控机床，成为我公司活塞生产的关键设备。为了能更好的使用数控机床，使数控机床高效的发挥它的性能，现结合我公司的数控机床对数控机床常见的一些机械故障以及维护维修措施阐述如下：&&&&　　一、主轴部分　　　　1、主轴电机。&&& 　　　　数控机床大多采用变频调速电动机。变频调速电动机具有较硬的机械特性，稳定性良好；无转差损耗，效率高；接线简单、控制方便、价格低；能高效率的平滑调速，而且转速高、功率大，速度变换迅速、可靠；能无级变速等特点。&&&&　　变频调速电动机一般常见的机械故障表现为电机发热、振动、噪声等。&&&&　　（1）、电机发热：&&& 　　　　首先排除电器故障引起的电机发热，机械故障一般是电机轴承损坏、轴承间隙大导致电机转子高速旋转时与定子摩擦或者轴承缺润滑脂引起的，散热排风扇不工作或者损坏等。　　维修方法：一般更换电机轴承或者轴承加适量润滑脂，检查排风扇是否良好，清除排风扇上的污物。&&&&　　（2）、电机振动：&&& 　　　　振动的原因除了轴承损坏外，电机紧固螺栓松动或者电机皮带轮与电机轴间隙过大都能够引起电机的振动。　　维修方法：更换电机轴承或者轴承加润滑脂，紧固电机与机床床身连接螺栓，检查皮带轮动平衡，皮带轮内孔尺寸与电机主轴的配合间隙是否超差。&&&&　　（3）、电机噪声：　　电机产生噪声的机械故障原因主要是由于电机轴承损坏或轴承缺少润滑脂引起的。　　维修方法：更换电机轴承，轴承重新更换润滑脂，最好采用耐高温的润滑脂，并且润滑脂涂抹要适量。&&&&　　2、主轴箱。　　主轴箱部件是机床的重要部件之一。主轴部件和支承件均采用了刚度和抗振性较好的新型结构。主轴的加工精度、抗振性能以及热变形等对活塞的加工质量有直接的影响。因为采用了变频调速电动机，数控机床的主轴箱结构比较简单。主要是前后轴承支撑主轴，由电动机靠皮带传送动力直接带动旋转，主轴前端（见图2）一般采用双列圆柱滚子轴承2和角接触球轴承组合3，后支承采用双列圆柱滚子轴承。前后轴承利用锁紧螺母4与轴承间隙调整垫1消除调整轴向和径向间隙。这种结构能够具有强有力的切削性能，并且加工精度也能满足活塞加工的要求，是目前我公司制造的大多数控机床采用的结构形式。&&&　　[$page]　　主轴的主要故障表现为主轴发热、噪音、加工尺寸不稳定等。&&&&　　（1）、主轴发热、噪音：&&& 　　　　主轴发热的原因主要是轴承损坏或者轴承缺润滑脂，轴承的预紧力过紧引起的。　　维修方法：主轴发热是要先找到发热源，判断是哪一端轴承发热引起的，然后用手转动主轴，判断主轴转动时松紧是否均匀，有没有沉点。如果是轴承引起的主轴发热，就要更换或清洗主轴轴承、轴承加适量润滑脂。在清洗轴承的时候一般采用煤油或者汽油清洗，先粗洗后精洗，然后均匀涂抹耐高温润滑脂后再重新装配。如果轴承预紧力过大引起的发热，先分别检查测量前后轴承与轴承间隙调整垫之间的间隙，要求在无锁紧螺母的外力下，轴承与轴承间隙调整垫之间的间隙在0.08mm-0.10mm之间，然后重新锁紧螺母，消除轴承间隙即可。&&　　（2）、加工尺寸不稳定：&&& 　　　　主轴轴承损坏或者轴承间隙过大或过小都会引起加工产品的尺寸不稳定。　　维修方法：检查更换主轴轴承。轴承磨损严重会直接影响加工工件的尺寸精度和工件表面粗糙度。调整轴承间隙调整垫的厚度，使主轴的轴向跳动和径向跳动达到最佳状态。
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电气设备常见故障
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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。
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℃。
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
力油能顺利地流回油箱。
（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。
7.1.3主传动系统的常见故障及排除方法（见表7-1）
主传动系统的常见故障及排除方法
例1. 主轴噪声的故障维修
故障现象：车床CK转时，主轴噪声变大
分析及处理过程：CK6140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；主轴轴承的不良引起的噪声。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，看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，卸下皮带轮及卡盘，松开前后锁紧螺母，卸下主轴，检查主轴轴承，检查中发现轴承的外环滚道表面上有一个细小的凹坑碰伤，更换轴承，重新安装好后，用声级计检测，主轴噪声降到73.5dB。
例2．主轴漏油
故障现象：
ZJK7532铣钻床加工过程中出现漏油
分析及处理过程：该铣钻床为手动换挡变速，通过主轴箱盖上方的注油孔加入冷却润滑油。在加工时只要速度达到400rpm时，油就会顺着主轴流下来。观察油箱油标，油标显示在油在上限位置。拆开主轴箱上盖，发现冷却油已注满了主轴箱（还未超过主轴轴承端），游标也被油浸没。可以肯定是油加的过多，在达到一定速度时油弥漫所致。放掉多余的油后主轴运转时漏油问题解决。外部观察油标正常，是因为加油过急导致游标的空气来不及排出，油将游标浸没，从而给加油者假象，导致加油过多，从而漏油。
例3. 主轴箱渗油
故障现象：CJK6032车床主轴箱部位有油渗出
分析及处理过程：将主轴外部防护罩拆下，发现油是从主轴编码器处渗出。该CJK6032车床的编码器安装在主轴箱内，属于第三轴，该编码器的油密封采用O型密封圈的密封方式。拆下编码器，将编码器轴卸下，发现该O型密封圈的橡胶已磨损，弹簧已露出来，属于安装O型密封圈不当所致。更换密封圈后问题解决。
例4. 加工件粗糙度不合格
故障现象：CK6136车床车削工件粗糙度不合格
分析及处理过程：在排除工艺方面的因素后（如刀具、转速、材质、进给量、吃刀量等），将主轴挡位挂到空挡，用手旋转主轴，感觉主轴较松。打开主轴防护罩，松开主轴止退螺钉，收紧主轴锁紧螺母用手旋转主轴，感觉主轴合适后，锁紧主轴止退螺钉，重新精车削，问题得到解决。
7.2数控机床进给系统的结构及维修
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。
数控机床进给系统中的机械传动装置和器件具有高寿命、高刚度、无间隙、高灵敏度、和低摩擦阻力等特点。
7.2.1滚珠丝杠副
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双推――自由方式
如图7-2a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。
重而出现的弯曲，同时丝杆热变形可以自由地向一端伸长。
③双推――双推方式
如图c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。
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。如果滚珠丝杠副在机床上外露，则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侧面，另一端固定在滚珠丝杠的支承座上。如果滚珠丝杠副处于隐蔽的位置，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采用耐油橡胶或尼龙制成，其内孔做成与丝杆螺纹滚道相配的形状；接触式密封圈的防尘效果好，但由于存在接触压力，使摩擦力矩略有增加。非接触式密封圈又称迷宫式密封圈，它采用硬质塑料制成，其内孔与丝杆螺纹滚道的形状相反，并稍有间隙，这样可避免摩擦力矩，但是防尘效果差。工作中应避免碰击防护装置，防护装置一有损坏应及时更换。
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
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数控机床的故障主要分机械故障和电气故障。
1．机床本体的维护内容:
(1).主轴箱的润滑和冷却；
(2).导轨副和丝杠螺母副的间隙调整、润滑；
(3).支承的预紧；
(4).液压和气动装置的压力和流量调整。
2．电气系统的维护内容:
(1).数控系统；
(2).伺服系统；
(3).强电柜及操作面板。
公司主要经营业务有：数控机床维修、制造，数控设备项修、大修、普通机床数控化改造以及数控设备维修等业务。
公司主要经营的设备有：立式加工中心、卧式加工中心、数控车床、多功能车床、 铣床系列、立、卧车床系列、龙门铣、刨系列等。联系我时，请说明是在天津赶集网二手设备/办公用品看到的机床转让信息，谢谢。
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