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第五章数控设备机械运动的故障诊断与维修5.1数控设备机械故障分类及其处理方法•5.1.1数控设备机械故障分类•（1）功能型故障•功能型故障主要指工件加工精度方面的故障，表现在加工精度不稳定，加工误差大，运动方向误差大，工件表面粗糙。•（2）动作型故障•动作型故障主要指机床各执行部件的动作故障，如主轴不转动、液压变速不灵活、机械手动作故障、工件或刀具夹不紧或松不开以及刀库转位定位不准确等。•（3）结构型故障•结构型故障主要指主轴发热，主轴箱噪声大，切削时产生振动等。•（4）使用型故障•使用型故障主要指因使用和操作不当引起的故障，如由过载引起的机件损坏、撞车等。第五章数控设备机械运动的故障诊断与维修5.1.2数控设备机械故障的常见诊断方法1．采用听、摸、视、闻方法；2．温度监测法；3．振动监测；4．噪声监测。5.1.3数控设备机械故障的常规处理方法数控设备机械故障出现后，不要急于动手处理，首先要查看故障记录，向操作人员询问故障发生的全过程。特别要注意确定以下主要故障信息。①机械故障发生时报警号和报警提示是什么，那些指示灯和发光管指示了什么报警，如无报警，系统处于何种工作状态，系统的自诊断结果是什么；②故障发生在哪个部位，执行何种指令，故障发生前进行了何种操作，轴处于什么位置，与指令值的误差量有多大；③以前是否发生过类似故障，现场有无异常现象等。第五章数控设备机械运动的故障诊断与维修5.2数控设备主轴的故障诊断5.2.1主轴的结构及特点1．主轴的支承结构①前支承采用双列短圆柱滚子轴承和角接触双列向心推力球轴承组合，后支承采用向心推力球轴承的结构，如图（a）所示：分析故障原因时应注意以下几点。：（1）先查外部后查内部；（2）先查机械后查电气；（3）先简单后复杂第五章数控设备机械运动的故障诊断与维修②前支承采用高精度双列向心推力球轴承，如图（b）所示。③前、后支承分别采用双列和单列圆锥滚子轴承，如图（c）所示。返回数控设备主轴轴承结构形式第五章数控设备机械运动的故障诊断与维修3．拉刀机构及吹净装置•数控镗铣床主轴结构图第五章数控设备机械运动的故障诊断与维修2．主轴卡盘液压驱动动力的自定心卡盘返回数控车床主轴第五章数控设备机械运动的故障诊断与维修4．主轴准停装置•主轴准停装置的工作原理•在传动主轴旋转的多楔带轮1的端面上装有一个厚垫片4，垫片上装有一个体积很小的永久磁铁3，在主轴箱箱体的对应主轴准停的位置上，装有磁传感器2。当机床需要停车换刀时，数控装置发出主轴停转的指令，主轴电动机立即降速，主轴以最低转速慢转很少几转后，永久磁铁3对准磁传感器2，磁传感器感受永久磁铁3的磁场，并发出准停信号。第五章数控设备机械运动的故障诊断与维修5.2.2立式镗铣床主轴部件的拆卸与调整•如图所示的数控镗铣床主轴结构，试说明主轴部件的拆卸与调整：第五章数控设备机械运动的故障诊断与维修2．主轴安装的注意事项•①碟形弹簧的安装高度应与拆卸前一致；•②主轴前、后轴承的预紧量要保证轴承在预紧后无轴向窜动且转动轻快；•③皮带轮的安装要保证其轴向位置定位；•④主轴准停传感器的安装间隙要适当；•⑤各行程开关的位置调整要求准确；•⑥拉刀机构的行程调整要保证刀具能顺利取出。第五章数控设备机械运动的故障诊断与维修5.2.3数控设备主轴运动故障的诊断与维修•1．主轴部件的维护特点•（1）主轴润滑•①循环式润滑；•②油气润滑；•③喷注润滑。•（2）防泄漏•在主轴密封中，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。第五章数控设备机械运动的故障诊断与维修2．主轴常见故障分析与排除•（1）主轴不能转动•①主轴与电机连接皮带过松，应调整；皮带表面有油，造成打滑，应该用汽油清洗；皮带使用太久而失效，应更换。•②主轴中的拉杆未拉紧夹持刀具的拉钉。•（2）主轴转速不正常•造成这种故障的可能原因有：•①装在主轴电动机尾部的测速发电机出现故障；•②速度指令给定错误；•③数模（D/A）转换器出现故障等。•（3）主轴不定向或定向位置不准确•①主轴不定向•②主轴停在不正确位置上•（4）主轴转动时振动和噪声太大•（5）主轴箱不能移动•第五章数控设备机械运动的故障诊断与维修（6）主轴伺服系统故障•1）外界干扰；•2）过载；•3）主轴定位抖动•5.3数控设备进给运动的故障诊断•5.3.1数控设备进给运动的基本要求•1．高的传动精度与定位精度；•2．宽的进给调速范围；•3．良好的响应速度。•5.3.2进给系统的机械传动结构•数控工作台传动系统的机械结构如图所示：第五章数控设备机械运动的故障诊断与维修数控工作台传动系统的机械结构第五章数控设备机械运动的故障诊断与维修5.3.3进给系统结构的典型元件•1．数控设备的滚动导轨•（1）滚动导轨的类型•①滚珠导轨;•②滚柱导轨;•③滚针导轨.•滚柱导轨•滚珠导轨第五章数控设备机械运动的故障诊断与维修（2）块状滚动导轨•标准滚动导轨块的结构图（3）直线滚动导轨第五章数控设备机械运动的故障诊断与维修2．滚珠丝杠传动•1、高传动效率•滚珠丝杠副的传动效率高达90%～96%，约为一般滑动丝杆副的2～4倍。所以移动相同的负荷所需的动力就小得多。2、运动平稳•3、寿命长•4、传动精度高•5、可预紧消隙•滚珠丝杠螺母机构图第五章数控设备机械运动的故障诊断与维修数控机床用滚珠丝杠结构图第五章数控设备机械运动的故障诊断与维修（1）伺服电动机与滚珠丝杠的连接•电动机与丝杠直联结构第五章数控设备机械运动的故障诊断与维修（2）滚珠丝杠螺母副传动的消隙•A.双螺母齿差调隙式结构•调整时先将内齿圈取出，根据间隙的大小使两个螺母分别在相同方向转过一个齿或几个齿，当两个螺母向相同方向都转过一个齿时，其轴向位移量为：•S=（1/Z1-1/Z2）L•式中L——滚珠丝杠的导程，单位为mm；•S——轴向位移量，单位为mm；•Z1——齿轮1的齿数；•Z1——齿轮2的齿数。•当两齿轮的齿数较大时，调隙量可达0.001mm，它是目前应用较广的一种结构。•••第五章数控设备机械运动的故障诊断与维修B.双螺母垫片调隙式结构•图示是双螺母垫片调隙式结构，其螺母本身与单螺母相同，它通过修磨垫片的厚度来调整轴向间隙。这种调整方法具有结构简单，刚性好，拆装方便等优点，但它很难在一次修磨中调整完毕，调整的精度也不如齿差调隙式好。第五章数控设备机械运动的故障诊断与维修（3）滚珠丝杠传动的维护与常见故障的处理•滚珠丝杠常见故障及处理如下。•①滚珠丝杠副有噪声；•滚珠丝杠副产生噪声的可能原因是电动机与丝杠联轴器松动，丝杠支承轴承的压盖压合情况不好。•②滚珠丝杠运动不灵活；•主要原因是丝杠与导轨不平行，丝杠润滑不良，滚珠丝杠副滚珠有破损，轴向预加载荷太大，丝杠弯曲变形，或螺母轴线与导轨不平行。•③滚珠丝杠副润滑状况不良；•检查各滚珠丝杠副润滑情况，取下罩套，涂上润滑脂。第五章数控设备机械运动的故障诊断与维修4．键连接间隙补偿机构•消除键连接间隙的两种结构第五章数控设备机械运动的故障诊断与维修5.3.4数控设备进给运动的故障诊断与维修•1．滚珠丝杠螺母副的故障及调整•（1）滚珠丝杠螺母副的维护•①支承轴承的定期检查；•②滚珠丝杠螺母副的润滑；•③滚珠丝杠的防护。•（2）齿轮传动的消隙及调整•①刚性调整法；•②柔性调整法。••圆柱齿轮齿侧间•隙的调整结构图第五章数控设备机械运动的故障诊断与维修齿侧间隙可自动补偿的调整结构.•它是柔性齿侧间隙调整法的一种。这种调整方法能自动补偿间隙，但其结构复杂，且传动刚度差，能传递的转矩取决于弹簧力的大小。第五章数控设备机械运动的故障诊断与维修5.4数控回转工作台结构及其故障的诊断•5.4.1回转工作台工作原理•回转分度时，工作台须经过松开、上升、回转、下降、定位、夹紧等过程。•5.4.2回转工作台的结构及分类•1．数控回转工作台的结构•2．分度工作台•①定位销式分度工作台;•②鼠牙齿盘式分度工作台•鼠牙齿盘式分度工作台作分度运动时，其工作过程分为四个步骤。•a.分度工作台上升，鼠牙齿盘脱离啮合；•b.工作台回转分度；•c.分度工作台下降；•d.定位压紧，分度活塞退回。第五章数控设备机械运动的故障诊断与维修定位销式分度工作台定位销式分度工作台定位销式分度工作台第五章数控设备机械运动的故障诊断与维修•数控回转工作台结构第五章数控设备机械运动的故障诊断与维修5.5数控设备换刀装置、刀库结构及其故障诊断•5.5.1自动换刀装置的分类及其结构•（1）四方回转刀架•①刀架上升；•②刀架转位；•③刀架锁紧。•（2）六角回转刀架•①刀架抬起；•②刀架转位；•③刀架压紧；•④转位液压缸复位。第五章数控设备机械运动的故障诊断与维修数控车床回转刀架第五章数控设备机械运动的故障诊断与维修数控车床回转刀架（12刀位）第五章数控设备机械运动的故障诊断与维修•立式四方刀架结构图第五章数控设备机械运动的故障诊断与维修•六角回转刀架结构图第五章数控设备机械运动的故障诊断与维修5.5.2刀库及换刀机械手•1．刀库的分类加工中心刀库的形式很多，结构也各不相同，最常用的有鼓轮式刀库、链式刀库和格子盒式刀库。（1）鼓轮式刀库•（2）链式刀库•（3）格子盒式刀库•2．换刀机械手•（1）无机械手换刀•第五章数控设备机械运动的故障诊断与维修•鼓轮式刀库第五章数控设备机械运动的故障诊断与维修•链式刀库第五章数控设备机械运动的故障诊断与维修•固定型格子盒式刀库第五章数控设备机械运动的故障诊断与维修鼓轮式刀库第五章数控设备机械运动的故障诊断与维修链式刀库结构第五章数控设备机械运动的故障诊断与维修鼓轮式刀库立式加工中心第五章数控设备机械运动的故障诊断与维修换刀过程步骤如下：•A、主轴准停，主轴箱上升；•B、主轴箱上升到极限位置，被更换的刀具刀杆进入刀库空位；•C、刀库油缸将刀盘向左推，从主轴锥孔中将刀拔出；•D、刀库旋转，将待换刀具转到最下面的位置，同时，压缩空气将主轴锥孔吹净；•E、刀库退回，同时将新刀插入主轴锥孔；•F、主轴下降到加工位置后启动，开始下一工步的加工。•第五章数控设备机械运动的故障诊断与维修（2）有机械手换刀•采用机械手进行刀具交换的方式应用得最为广泛。这是因为机械手换刀有很大的灵活性，而且可以减少换刀时间。•有机械手换刀动作分解如图所示：第五章数控设备机械运动的故障诊断与维修5.5.3换刀装置及刀库的常见故障诊断•下面主要就刀库和换刀机械手的故障作简要介绍。1．刀库及换刀机械手的维护•①不能把超重、超长的刀具装入刀库，防止在机械手换刀时掉刀或刀具与工件、夹具等发生碰撞；•②顺序选刀方式必须注意刀具放置在刀库中的顺序要正确；•③用手动方式往刀库上装刀时，要确保装到位、装牢靠，并检查刀座上的锁紧是否可靠；•④经常检查刀库的回零位置是否正确，检查机床主轴回换刀点位置是否到位，并及时调整，否则不能完成换刀动作；•⑤要注意保持刀具刀柄和刀套的清洁；•⑥开机时，应先使刀库和机械手空运行，检查各部分工作是否正常，特别是各行程开关和电磁阀能否正常动作。第五章数控设备机械运动的故障诊断与维修2．刀库的故障•刀库的主要故障有：刀库不能转动或转动不到位，刀库的刀套不能夹紧刀具，刀套上、下不到位等。（1）刀库不能转动；•（2）刀套不能夹紧刀具；•（3）刀套上、下不到位；•（4）刀套不能拆卸或停留一段时间才能拆卸。3．换刀机械手故障•（1）刀具夹不紧；•（2）刀具夹紧后松不开；•（3）刀具从机械手中脱落；•（4）刀具交换时掉刀；•（5）机械手换刀速度过快或过慢；•（6）机械手在主轴上装不进刀。第五章数控设备机械运动的故障诊断与维修5.6数控设备液压、气动系统及其故障诊断•5.6.1液压传动系统••数控车床液压系统控制图第五章数控设备机械运动的故障诊断与维修5.6.2液压系统的维护要点•（1）控制油液污染；•（2）控制液压系统的温度；•（3）减少液压油泄漏；•（4）降低液压系统振动与噪声。•5.6.3液压系统的定期检查及常见故障的诊断和排除方法•1．液压系统的定期检查•2．液压元件的常见故障及其诊断和排除方法•液压元件常见的故