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1毕业论文烟台工程职业技术学院数控技术系系数控设备应用与维护专业08302级毕业设计（论文）题目:数控机床主轴部件及维护姓名学号指导教师（签名）二○年月日2烟台工程职业技术学院毕业设计（论文)诚信承诺书本人慎重承诺：我所撰写的设计（论文）《数控机床主轴部件及其维护维修》是在老师的指导下自主完成，没有剽窃或抄袭他人的论文或成果。如有剽窃、抄袭，本人愿意为由此引起的后果承担相应责任。毕业论文（设计）的研究成果归属学校所有。学生(签名):2010年月日3目录【摘要】…………………………………………………………………………………4【前言】…………………………………………………………………………………4一、数控系统与数控机床技术发展趋势………………………………………………5二、数控机床主轴结构…………………………………………………………………9（一）高速加工对机床主轴的要求……………………………………………………9（二）主轴的结构设计…………………………………………………………………9三、数控机床主轴的故障分析与维修………………………………………………12（一）开机后短时间加工零件尺寸有偏差……………………………………………12（二）加工过程中主轴过热……………………………………………………………12（三）主轴刀具未到位…………………………………………………………………12（四）主轴定位精度不准………………………………………………………………12（五）主轴夹紧装置不动作…………………………………………………………12（六）主轴出现异常噪音或振动……………………………………………………13（七）主轴的转速达不到预定值………………………………………………………13四、主轴的维护的内容………………………………………………………………14（一）主轴的传动………………………………………………………………………14（一）主轴的维护………………………………………………………………………15【致谢】…………………………………………………………………………………17【结语】…………………………………………………………………………………17【参考文献】……………………………………………………………………………184数控机床主轴部件及维护宋恒昌【摘要】：随着我过国民经济的快速发展,数控机床在国内的应用越来越普遍,数控机床作为高效率自动化装备越来越广大应用,数控技术是集计算机技术,自动控制技术,测试控制技术,机械知道技术为一体的综合性高新技术,它将机械装备的功能,可靠性,效率,质量及自动化程度等提高到一个新的水平。数控机床的组成不见大致可以分为机械和电气两部分,机械部分通常称为机床本体,它由对主轴组件的主运动系统,进给系统,支撑系统和自动换刀系统组成。【关键词】：数控车床、主轴箱体、主轴、主轴箱底座、主轴故障、主轴维修、主轴保养、前言从20世纪中叶数控技术出现以来，数控机床给机械制造业带来了革命性的变化。数控加工具有如下特点：加工柔性好，加工精度高，生产率高，减轻操作者劳动强度、改善劳动条件，有利于生产管理的现代化以及经济效益的提高。数控机床是一种高度机电一体化的产品，适用于加工多品种小批量零件、结构较复杂、精度要求较高的零件、需要频繁改型的零件、价格昂贵不允许报废的关键零件、要求精密复制的零件、需要缩短生产周期的急需零件以及要求100%检验的零件。数控机床的特点及其应用范围使其成为国民经济和国防建设发展的重要装备。1983年，日本东芝公司卖给前苏联几台五轴联动数控铣床，前苏联将其用于制造核潜艇推进螺旋桨，由于加工精度提高，使得螺旋桨在水中转动时候噪声大为下降，以至于美国的声纳无法侦测到前苏联核潜艇的动向,苏军潜艇能很好的隐藏在海底下。该数控机床的销售，也使得苏联的装备制造业上了一个档次，时至今日，美军的声纳也难以监听到俄军的潜艇了。进入21世纪，我国经济与国际全面接轨，进入了一个蓬勃发展的新时期。机床制造业既面临着机械制造业需求水平提升而引发的制造装备发展的良机，也遭遇到加入世界贸易组织后激烈的国际市场竞争的压力，加速推进数控机床的发展是解决机床制造业持续发展的一个关键。随着制造业对数控机床的大量需求以及计算机技术和现代设计技术的飞速进步，数控机床的应用范围还在不断扩大，并且不断发展以更适应生产加工的需要。5一、数控系统与数控机床技术发展趋势（一）高速化随着汽车、国防、航空、航天等工业的高速发展以及铝合金等新材料的应用，对数控机床加工的高速化要求越来越高。（1）主轴转速：机床采用电主轴（内装式主轴电机），主轴最高转速达200000r/min；（2）进给率：在分辨率为0.01μm时，最大进给率达到240m/min且可获得复杂型面的精确加工；（3）运算速度：微处理器的迅速发展为数控系统向高速、高精度方向发展提供了保障，开发出CPU已发展到32位以及64位的数控系统，频率提高到几百兆赫、上千兆赫。由于运算速度的极大提高，使得当分辨率为0.1μm、0.01μm时仍能获得高达24～240m/min的进给速度；（4）换刀速度：目前国外先进加工中心的刀具交换时间普遍已在1s左右，高的已达0.5s。德国Chiron公司将刀库设计成篮子样式，以主轴为轴心，刀具在圆周布置，其刀到刀的换刀时间仅0.9s。（二）高精度化数控机床精度的要求现在已经不局限于静态的几何精度，机床的运动精度、热变形以及对振动的监测和补偿越来越获得重视。（1）提高CNC系统控制精度：采用高速插补技术，以微小程序段实现连续进给，使CNC控制单位精细化，并采用高分辨率位置检测装置，提高位置检测精度（日本已开发装有106脉冲/转的内藏位置检测器的交流伺服电机，其位置检测精度可达到0.01μm/脉冲），位置伺服系统采用前馈控制与非线性控制等方法；（2）采用误差补偿技术：采用反向间隙补偿、丝杆螺距误差补偿和刀具误差补偿等技术，对设备的热变形误差和空间误差进行综合补偿。研究结果表明，综合误差补偿技术的应用可将加工误差减少60%～80%；（3）采用网格解码器检查和提高加工中心的运动轨迹精度，并通过仿真预测机床的加工精度，以保证机床的定位精度和重复定位精度，使其性能长期稳定，能够在不同运行条件下完成多种加工任务，并保证零件的加工质量。6（三）功能复合化复合机床的含义是指在一台机床上实现或尽可能完成从毛坯至成品的多种要素加工。根据其结构特点可分为工艺复合型和工序复合型两类。工艺复合型机床如镗铣钻复合——加工中心、车铣复合——车削中心、铣镗钻车复合——复合加工中心等；工序复合型机床如多面多轴联动加工的复合机床和双主轴车削中心等。采用复合机床进行加工，减少了工件装卸、更换和调整刀具的辅助时间以及中间过程中产生的误差，提高了零件加工精度，缩短了产品制造周期，提高了生产效率和制造商的市场反应能力，相对于传统的工序分散的生产方法具有明显的优势。加工过程的复合化也导致了机床向模块化、多轴化发展。德国Index公司最新推出的车削加工中心是模块化结构，该加工中心能够完成车削、铣削、钻削、滚齿、磨削、激光热处理等多种工序，可完成复杂零件的全部加工。随着现代机械加工要求的不断提高，大量的多轴联动数控机床越来越受到各大企业的欢迎。在2005年中国国际机床展览会（CIMT2005）上，国内外制造商展出了形式各异的多轴加工机床（包括双主轴、双刀架、9轴控制等）以及可实现4～5轴联动的五轴高速门式加工中心、五轴联动高速铣削中心等。（四）控制智能化随着人工智能技术的发展，为了满足制造业生产柔性化、制造自动化的发展需求，数控机床的智能化程度在不断提高。具体体现在以下几个方面：（1）加工过程自适应控制技术：通过监测加工过程中的切削力、主轴和进给电机的功率、电流、电压等信息，利用传统的或现代的算法进行识别，以辩识出刀具的受力、磨损、破损状态及机床加工的稳定性状态，并根据这些状态实时调整加工参数（主轴转速、进给速度）和加工指令，使设备处于最佳运行状态，以提高加工精度、降低加工表面粗糙度并提高设备运行的安全性；（2）加工参数的智能优化与选择：将工艺专家或技师的经验、零件加工的一般与特殊规律，用现代智能方法，构造基于专家系统或基于模型的“加工参数的智能优化与选择器”，利用它获得优化的加工参数，从而达到提高编程效率和加工工艺水平、缩短生产准备时间的目的；7（3）智能故障自诊断与自修复技术：根据已有的故障信息，应用现代智能方法实现故障的快速准确定位；（4）智能故障回放和故障仿真技术：能够完整记录系统的各种信息，对数控机床发生的各种错误和事故进行回放和仿真，用以确定错误引起的原因，找出解决问题的办法，积累生产经验。（5）智能化交流伺服驱动装置：能自动识别负载，并自动调整参数的智能化伺服系统，包括智能主轴交流驱动装置和智能化进给伺服装置。这种驱动装置能自动识别电机及负载的转动惯量，并自动对控制系统参数进行优化和调整，使驱动系统获得最佳运行。（6）智能4M数控系统：在制造过程中，加工、检测一体化是实现快速制造、快速检测和快速响应的有效途径，将测量（Measurement）、建模（Modelling）、加工（Manufacturing）、机器操作（Manipulator）四者（即4M）融合在一个系统中，实现信息共享，促进测量、建模、加工、装夹、操作的一体化。（7）数控标准的建立：国际上正在研究和制定一种新的CNC系统标准ISO14649（STEP-NC），以提供一种不依赖于具体系统的中性机制，能够描述产品整个生命周期内的统一数据模型，从而实现整个制造过程乃至各个工业领域产品信息的标准化。标准化的编程语言，既方便用户使用，又降低了和操作效率直接有关的劳动消耗。（五）极端化国防、航空、航天事业的发展和能源等基础产业装备的大型化需要大型且性能良好的数控机床的支撑。而超精密加工技术和微纳米技术是21世纪的战略技术，需发展能适应微小型尺寸和微纳米加工精度的新型制造工艺和装备，所以微型机床包括微切削加工（车、铣、磨）机床、微电加工机床、微激光加工机床和微型压力机等的需求量正在逐渐增大。（六）高可靠性数控机床与传统机床相比，增加了数控系统和相应的监控装置等，应用了大量的电气、液压和机电装置，易于导致出现失效的概率增大；工业电网电压的波动和干扰对数控机床的可靠性极为不利，而数控机床加工的零件型面较为复杂，加工周期长，要求平均无故障时间在2万小时以上。为了保证数控机床有高的可靠性，就要精心设计系统、严格制造和明确可靠性目标以及通过维修分析故障模式并找出薄弱环节。国外数控系统8平均无故障时间在7～10万小时以上，国产数控系统平均无故障时间仅为10000小时左右，国外整机平均无故障工作时间达800小时以上，而国内最高只有300小时。（七）加工过程绿色化随着日趋严格的环境少用冷却液、实现干切削、半干切削节能环保的机床不断出现，并在不断发展当中。在21世纪，绿与资源约束，制造加工的绿色化越来越重要，而中国的资源、环境问题尤为突出。因此，近年来不用或色制造的大趋势将使各种节能环保机床加速发展，占领更多的世界市场。9二、数控机床主轴结构（一）高速加工对机床主轴的要求1.高旋转精度主轴的旋转精度是指机床空载时,低速转动主轴,此时在主轴安装工件或刀具部位的定心表面上测得的径向跳动,端面跳动和轴向窜动值的大小.2.高刚度刚度主要反映机床或部件抵抗外载荷的能力.影响到刚度的因素很多,如主轴的尺寸和形状,滚动轴承的型号,数量,预紧和配置形式,前后支承的跨矩和主轴前悬伸量,传动件的布置方式等.数控机床既要完成粗加工,又要完成精加工,因此对其主轴组件的刚度提出更高的要求.3高的耐温升温升将引起热变形使主轴伸长,轴承间隙变化,降低了加工精度;温升也会降低润滑剂的黏度,恶化润滑条件.因此,对高精度机床应研究如何减少主轴组件的发热,如何控温等.4高抗振性主轴组件的抗振性是指其抵抗受迫振动和自激振动而保持平稳运转的能力.主轴的振动将降低甚至恶化工件的表面质量,限制机床能力的充分发挥,增大机床的噪声.一般来说,粗